Content
- Què és Calcària?
- Com es forma la pedra calcària?
- Formació de Dolomita a partir de calcàries
- Altres tipus de roca carbonatada
- Roques de carbonats miners
- Usos de pedra calcària
- L’escassetat de ciment de Portland
- Fonts de pedra calcària en el futur
- Patrons de producció de calcàries
- Alguns problemes sobre la mineria calcària
- Necessitat d’entendre un recurs essencial
- Consum industrial de pedra calcària dels Estats Units
Productes de pedra calcària: La pedra calcària és una mercaderia mineral essencial d'importància nacional. Alguns dels molts productes elaborats amb calcària es mostren en aquesta fotografia: cereals per esmorzar, pintura, pastilles de suplement de calci, taula de marbre, comprimits antiàcids, paper d'alta qualitat, grànuls de sostre blanc i ciment Portland. (Fotografia USGS; l'ús de noms comercials, d'empresa o de productes és només per a fins descriptius i no implica l'aval del govern dels Estats Units.)
Calcària d'Indiana a l'edifici Apex: Molts edificis a la capital de les Nacions estan coberts de pedra calcària. L'Apex Building / Federal Trade Commission té un exterior superior de pedra calcària d'Indiana. (Fotografia USGS.)
Què és Calcària?
"Calcària" significa qualsevol roca formada majoritàriament per carbonat càlcic (CaCO)3), però per als geòlegs, la pedra calcària només és un dels diversos tipus de "roques carbonatades". Aquestes roques estan compostes per més del 50% de minerals carbonats, generalment els minerals de calcita (CaCO pur3) o dolomita (carbonat càlcic-magnesi, CaMg)2) o ambdós.
Com es forma la pedra calcària?
La majoria de roques carbonatades es van dipositar de l’aigua de mar. Aquestes roques sedimentàries de carbonat són comunes a tots els continents i s’han format a través de la major part de la història geològica; encara avui es formen als tròpics com a esculls de corall i als fons de les profunditats marines.
La calcària marina es forma perquè l’aigua de mar té elevades concentracions de dos productes químics dissolts: calci (Ca++) i bicarbonat (HCO)3-) ions. A la capa propera a la superfície de la majoria dels oceans, coralls, cloïsses i altres criatures habitants del mar utilitzen aquests dos productes químics per fabricar petxines protectores combinant-los per formar calcita o "aragonita", que és la mateixa composició química que la calcita, però té una diferents formes de cristall.
Sinkhole a Winter Park, Florida: Grans volums de pedra calcària es poden dissoldre i transportar per les aigües superficials i subterrànies. Això crea coves, com les cavernes de Carlsbad a Nou Mèxic (foto a sota). En els climes humits, la formació de la cova és especialment freqüent i es poden desenvolupar forats a l’aiguabarreig on els sostres de la cova s’esfondren. Es va obrir un forat a uns 240 peus al nivell del sòl, el 1981 a Winter Park, Florida, quan el sostre d'una cova subjacent de pedra calcària es va ensorrar. La cova i el forat es troben a la formació de Cypresshead, que és un aqüífer important al centre de la Florida. En els aqüífers de pedra calcària cavernosa, els contaminants de les aigües subterrànies es mouen molt més ràpidament que en altres tipus de roques, per la qual cosa les pedreres d'aquest tipus són especialment preocupants. (Fotografia USGS.)
Formació de Dolomita a partir de calcàries
Algunes calcàries han estat canviades per la introducció de magnesi a les aigües subterrànies. El magnesi a les aigües subterrànies pot convertir una part o tota la calcita de la calcària en dolomita. També algunes roques que es van formar a prop de la riba dels antics mars en climes àrids eren majoritàriament dolomites en el moment de la seva deposició.
Cova calcària: Les estalactites pengen del sostre i les estalagmites s’aixequen des del sòl de les cavernes de Carlsbad, Nou Mèxic, dins d’una pedra calcària de 260 milions d’anys. (Fotografia del Servei del Parc Nacional.)
Altres tipus de roca carbonatada
La pedra calcària inclou diferents varietats. El guix és una calcària marina porosa de gra fi i gran, formada gairebé totalment per fòssils microscòpics. El travertí és una pedra calcària sedimentària d’aigua dolça que té capes molt fines i crenulades i que es forma comunament a les fonts. El marbre és una roca carbonatada, generalment una pedra calcària marina, que ha estat espremuda i deformada com a plàstic per una gran calor i pressió a la superfície de la Terra. Aquest procés s'anomena "metamorfisme". També hi ha rares roques carbonatades "ígnies" que han cristal·litzat a partir del magma fos de la mateixa manera que tenen les laves o els granits. S’anomenen "carbonatites", i aquest tipus de roca s’extreu en alguns llocs del món com a calcària industrial.
Roques de carbonats miners
Els dipòsits de pedra calcària sedimentària poden ser extensos, abastant centenars de milles quadrades i poden ser relativament uniformes en gruix i qualitat. Per tant, les pedreres de pedra calcària poden tenir grans i de llarga vida, i minvar capes de pedra calcària que poden arribar a ser de centenars de peus de gruix sobre àrees de diverses milles quadrades. Moltes pedreres produeixen múltiples productes, i les roques triturades que no són prou pures per a determinats usos encara poden ser adequades com a agregat de carreteres. Les pedreres de marbre també poden ser molt grans. Tanmateix, aquestes roques que abans eren de llit regularment s’han metamorfosat en cossos de forma irregular que són més difícils i costoses per a la mina.
A les grans parts dels Estats Units hi ha extensos jaciments de pedra calcària marina de diverses edats des d’uns quants milers fins a més de 350 milions d’anys. Alguns dipòsits tenen qualitats químiques fins a un 95% de CaCO3. Tot i això, algunes zones es troben completament sense dipòsits de calcària adequats. La major part del cost de la pedra calcària per al client es determina en quina distància es troba i com s’envia. L'enviament en barca a l'aigua és més barat que el tren, que, al seu torn, és més barat que el transport en camió.
Usos de pedra calcària
La pedra calcària té molts usos industrials i es pot utilitzar com a minat o processat en una gran varietat de productes. És la matèria primera per a una gran varietat de materials de construcció, agrícoles, ambientals i industrials.
La pedra calcària s'utilitza en la construcció gairebé a tot arreu. El 2007, la pedra calcària triturada era el 68% de tota la roca triturada produïda als Estats Units. Així mateix, la pedra calcària és l’ingredient clau per elaborar el ciment Portland. Malgrat l’abundància de pedra calcària de les Nacions, hi ha hagut escassetat de ciment en els darrers anys.
Alguns dels més puros de les calcàries naturals són els marbres. Durant segles, el marbre ha estat la pedra decorativa escollida en edificis governamentals i estàtues públiques. El travertí també s’utilitza com a pedra de dimensió en rajoles i tauletes. Alguna pedra calcària blanca és simplement triturada i tamisada per utilitzar-la en jardineria i sostres.
La calcària en pols s'utilitza per eliminar les impureses dels metalls fosos com l'acer. També pot eliminar compostos tòxics de l'exhauriment de les centrals de combustió de carbó. La pedra calcària s'utilitza com a farcit en una varietat de productes, incloent paper, plàstic i pintura. La pedra calcària més pura fins i tot s’utilitza en aliments i medicaments com cereals per esmorzar i pastilles de calci.
La pedra calcària també és la matèria primera per a la fabricació de calç (CaO) que s’utilitza per tractar sòls, purificar l’aigua i olorar el coure. La calç té molts usos addicionals a les indústries químiques.
Les dolomies són generalment menys adequades que altres calcàries industrials per a la majoria d’aplicacions. La major part de dolomita que s’extreu és simplement triturada i tamisada per a ser utilitzada com a agregat en formigó o asfalt.
L’escassetat de ciment de Portland
El ciment Portland és un dels productes més importants elaborats amb calcària. És essencial en moltes aplicacions de construcció. Els Estats Units no són autosuficients en ciment i l’han d’importar d’altres països per compensar mancances. Les importacions de clinker (el producte des del primer pas per produir el ciment) i el ciment acabat van representar al voltant del 23% de les vendes totals de ciment dels Estats Units el 2006. Els anys anteriors al 2007, el ciment Portland va ser en breu subministrament a la nació. Entre les causes hi havia la competència d’altres països, un sistema de transport oceànic inadequat i els subestimats requisits d’espai de càrrega.
Quan el ciment de Portland era de subministrament molt curt, el seu preu va augmentar significativament. Els consumidors van buscar substituts. Van utilitzar fusta tractada a pressió, acer aïllat i poliestirè en panells, i fins i tot van redissenyar els peus de construcció per reduir la quantitat de ciment necessària. L’escassetat de ciment també va provocar retards en la construcció que van provocar un augment de costos per a carreteres, ponts i edificis.
Fonts de pedra calcària en el futur
L’establiment de noves pedreres de calcària i plantes de ciment als Estats Units és un procés lent i les mancances d’aprovisionament requereixen temps per corregir-les. Es necessita aproximadament 2 anys per construir una nova planta de ciment i el procés de permetre pot trigar molt més de 8 a 10 anys. Potser un problema encara més difícil és que la gent pot no acollir noves pedreres i plantes a la seva zona. Malgrat aquests obstacles, moltes empreses de ciment nord-americanes estan en procés d’ampliar i modernitzar les seves operacions.
Quan una zona de roca adequada i minera és engolida pel creixement urbà o quan la mineria queda prohibida per la legislació o la zonificació, el resultat s'anomena "esterilització de recursos". La pedra calcària és un material d’importància nacional i l’esterilització de recursos pot donar lloc a un llarg recorregut a un cost més elevat des de la pedrera fins al client.
Patrons de producció de calcàries
La major part de les calcàries que es minven es trituren per agregat. La majoria de la producció de pedra triturada nord-americana prové de calcària durant almenys els darrers 40 anys. Això és cert, tot i que les roques carbonatades són només del 25 al 35% de les roques a la superfície.
Les operacions de pedra triturada nord-americana han disminuït en nombre, amb una pèrdua del 20% per dècada des de 1971. Tot i això, des del 2001 fins al 2006, la producció total anual de pedra calcària nord-americana va augmentar segons els resums de matèries minerals dels EUA Geological Survey (USGS), de manera que la mida mitjana d'un la pedrera està en augment. En altres parts del món, la nova producció prové principalment d’unes quantes pedreres molt grans. Malgrat l’augment de la producció dels EUA, la Nació va importar cada cop més els seus productes de pedra calcària fins a la recent caiguda de la construcció. Aquestes importacions provenen principalment del Canadà, Mèxic i la Xina. A mesura que hi hagi menys pedreres, augmentarà la distància mitjana del transport i, probablement, augmentarà el preu de les calcàries.
Alguns problemes sobre la mineria calcària
La pedra calcària s’explota més sovint d’una pedrera. Tot i això, les mines subterrànies de pedra calcària es troben a llocs del centre i l'est dels Estats Units, especialment a les ciutats properes o properes. La mineria subterrània de pedra calcària té alguns avantatges respecte a les pedreres de superfície i probablement augmentarà en el futur. Les preocupacions generals del públic sobre la mineria de pedra calcària són la pols, el soroll, les vibracions i els camions i altres trànsits associats a les operacions de pedrera.
Algunes calcàries també són aqüífers, és a dir, són unitats de roca que poden cedir aigua als pous. Quan la pedra calcària sigui un aqüífer, hi pot haver una preocupació que els contaminants de les operacions de pedrera puguin escapar a les aigües subterrànies.
En moltes zones dels Estats Units on es troba la pedra calcària, es dissol gradualment en aigües de pluja a la superfície o a les aigües subterrànies properes. En climes humits, grans volums de pedra calcària es dissolen i es transporten a l'aigua. Això crea coves i es poden desenvolupar forats a l’enfonsament dels sostres de la cova. En els aqüífers de pedra calcària cavernosa, els contaminants de les aigües subterrànies es mouen molt més ràpidament que en altres tipus de roques, per la qual cosa les pedreres d'aquest tipus són especialment preocupants.
Necessitat d’entendre un recurs essencial
La pedra calcària es troba entre els recursos més essencials de les nostres Nacions. La nostra comprensió d'aquest recurs com a mineral industrial és poca, donada la seva importància per a la nostra economia. Com que la pedra calcària ha estat considerada com una roca "comuna", les investigacions geològiques anteriors tenien un abast limitat. En el passat, la majoria d’investigacions de l’USGS sobre calcàries s’han centrat en la cartografia de dipòsits, a més d’entendre els seus papers com a aqüífers i embassaments de petroli. Tot i això, es necessiten diferents dades per caracteritzar les calcàries adequades per a la construcció i altres indústries. Les roques carbonatades han de complir els requisits de puresa química que varien segons l’ús previst. Alguns usos requereixen que la pedra calcària també tingui certes propietats d'enginyeria favorables. Els estàndards i els requisits per a l’ús de la pedra calcària van augmentant, i es necessita una major comprensió de les característiques, la variabilitat i les propietats d’enginyeria de les calcàries.
La pedra calcària es troba entre els recursos més essencials de les nostres Nacions. La nostra comprensió d'aquest recurs com a mineral industrial és poca, donada la seva importància per a la nostra economia. Com que la pedra calcària ha estat considerada com una roca "comuna", les investigacions geològiques anteriors tenien un abast limitat. En el passat, la majoria d’investigacions de l’USGS sobre calcàries s’han centrat en la cartografia de dipòsits, a més d’entendre els seus papers com a aqüífers i embassaments de petroli. Tot i això, es necessiten diferents dades per caracteritzar les calcàries adequades per a la construcció i altres indústries. Les roques carbonatades han de complir els requisits de puresa química que varien segons l’ús previst. Alguns usos requereixen que la pedra calcària també tingui certes propietats d'enginyeria favorables. Els estàndards i els requisits per a l’ús de la pedra calcària van augmentant, i es necessita una major comprensió de les característiques, la variabilitat i les propietats d’enginyeria de les calcàries.
Consum industrial de pedra calcària dels Estats Units
Tant els límits geològics com els econòmics afecten sens dubte els subministraments futurs de pedra calcària. Actualment, els Estats Units consumeixen entre un 5 i un 10% de la producció global de pedra calcària industrial. El 2007, la producció domèstica de pedra calcària industrial va ser d’uns 1.300 milions de tones, valorada en més de 25.000 milions de dòlars. El mateix any, la Nació va importar uns 4.30.000 tones mètriques de pedra calcària i productes industrials de pedra calcària, valorats en uns 2.200 milions de dòlars. La majoria d’aquestes importacions eren de ciment Portland.
Per afrontar el desafiament de subministrar les necessitats a Amèrica de productes bàsics minerals essencials, com la pedra calcària industrial, es necessiten dades científiques precises i imparcials. El treball continu dels científics amb el Programa de Recursos Minerals de la USGS proporciona la informació crucial per a la creació de polítiques sòlides que ajudin a assegurar el subministrament futur de recursos minerals.