Występowanie i pozyskanie surowców mineralnych na Ziemi

Cele:
Uczeń:

- zna rodzaje surowców energetycznych, metalicznych, chemicznych i skalnych;
- potrafi wskazać na mapie miejsca występowania i pozyskania bogactw naturalnych na świecie;
- zna pełną nazwę organizacji OPEC i potrafi wymienić przynajmniej dwa główne cele działania tej organizacji;
- potrafi zaklasyfikować poznane bogactwa do grupy wyczerpywalnych i niewyczerpywalnych;
- potrafi odróżnić bogactwa odnawialne od nieodnawialnych;
- jest przekonany o potrzebie recyklingu nieodnawialnych bogactw naturalnych;
- potrafi wskazać na mapie świata państwa o dominującej pozycji w wykorzystaniu źródeł odnawialnych i niewyczerpywalnych.

Treści przedstawiane na lekcji:
Surowce dla przemysłu są pozyskiwane np. w kopalniach. Kopalnia to rodzaj zakładu przemysłowego należącego do przemysłu wydobywczego.
Surowce mineralne dzielą się ze względu na ich użyteczność na:
- energetyczne (węgiel kamienny, brunatny, ropę naftową, gaz ziemny, torf),
- hutnicze lub inaczej: metaliczne (rudy żelaza, miedzi, cynku i ołowiu),
- chemiczne (sól kamienna, sól potasowa, siarka i fosforyty),
- skalne (granity, bazalty, piaskowce, wapienie, gliny).
Początkowo surowcem energetycznym było drewno, później duże znaczenie odgrywało wydobycie węgla, a obecnie najważniejszym surowcem energetycznym, wydobywanym na świecie, jest ropa naftowa. Od niej uzależniona jest w dużej mierze gospodarka wielu narodów i dlatego surowiec ten jest zaliczany do surowców strategicznych. Ropa naftowa cechuje się najwyższą wartością energetyczną sięgającą 50 000 kJ/kg.
Największe zasoby ropy naftowej znajdują się w Azji Mniejszej nad Zatoką Perską: Arabii Saudyjskiej, Kuwejcie, Iraku, Iranie, w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Kraje te mają znaczącą pozycję w organizacji OPEC – Organizacji Krajów Eksportujących ropę naftową. Celem działania tej organizacji jest kontrola nad wielkością cen za ropę i wielkością jej wydobycia.
Ropa naftowa jest również wydobywana nad Morzem Kaspijskim, na Uralu, w Zagłębiu Zachodniosyberyjskim, nad Zatoką Meksykańską, na Morzu Północnym, nad Zatoką Gwinejską i w północno-zachodnich Chinach.
Górnictwo węgla kamiennego straciło swoją wysoką pozycję, choć wciąż jeszcze np. w Polsce, surowiec ten jest wykorzystywany jako podstawowy do produkcji energii elektrycznej. Węgiel kamienny również jest wysokokaloryczny, a pokłady węgla w Rybnickim Okręgu Przemysłowym posiadają wartość energetyczną nawet na poziomie 29 000 kJ/kg. Udokumentowane zasoby węgla kamiennego w Polsce wynoszą 61 mld t i należą do największych w Europie. Większość z nich (52 mld t) usytuowana jest w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, a 8,8 mld t zasobów przypada na Lubelskie Zagłębie Węglowe.
Węgiel kamienny na świecie występuje w USA (Zagłębie Apallaskie), okolicach Johannesburga w RPA, w Zagłębiu Ruhry w Niemczech, Zagłębiu Donieckim na Ukrainie, Zagłębiu Karagandzkim w Kazachstanie, Zagłębiu Kuźnieckim w Rosji, Newcastle w Australii, na Nizinie Mandżurskiej w Chinach.
Węgiel brunatny jest znacznie mniej kaloryczny od węgla kamiennego, gdyż proces jego tworzenia trwał zaledwie ok. 30 mln lat. Kaloryczność waha się w granicach od 8 000 do 16 000 kJ/kg. Z uwagi na małą kaloryczność i dużą ilość zawartej w nim wody, nie nadaje się on do transportu i jest wykorzystywany w zlokalizowanych w pobliżu elektrowniach.
Na świecie największe obszary występowania tego surowca znajdują się w Zagłębiu Łużyckim i Dolnoreńskim w Niemczech, Zagłębiu Podmoskiewskim w Rosji, Zagłębiu Mosteckim w Czechach. Znaczące ilości tego surowca są pozyskiwane również w Polsce.
W ostatnich latach również wzrasta zainteresowanie gazem ziemnym, gdyż jego kaloryczność jest podobna do kaloryczności węgla kamiennego. W wydobyciu gazu ziemnego największe znaczenie mają: Stany Zjednoczone nad Zatoką Meksykańską, Rosja na Uralu, nad Morzem Kaspijskim i na Sachalinie, a także Kanada w Górach Skalistych. Złoża znajdują się też w Zagłębiu Donieckim na Ukrainie i w Groningen w Holandii.
Surowce hutnicze dzielą się na:
- metale czarne: żelazo, chrom, mangan;
- metale uszlachetniające stal: tytan, wolfram, nikiel;
- metale kolorowe: miedź, cynk, ołów, cyna;
- metale szlachetne: platyna, złoto, srebro;
- metale lekkie: glin, magnez;
- metale promieniotwórcze: uran, tor.
Najbardziej jednak rozpowszechnionymi i wykorzystywanymi surowcami są rudy żelaza. W zależności od zawartości czystego metalu wyróżnia się magnetyty i hematyty – najbogatsze rudy, ale pospolicie występują także w niektórych miejscach na ziemi syderyty i limonity.
Na świecie rudy żelaza wydobywa się w Szwecji (Kiruna i Gallivare), na Ukrainie (Krzywy Róg), w Rosji (południowy Ural), w Kanadzie (Półwysep Labrador), w USA (Mesabi) w Brazylii (Minas Gerais) we Francji (Lotaryngia), Wenezuela (Cero Bolivar), w południowo-wschodnich Chinach, Indiach (Damodar), w Australii (Pibara).
Rudy miedzi są surowcem hutniczym pospolicie występującym w Polsce, dlatego jego wydobycie jest znaczne na tle krajów świata. Rudy miedzi wydobywa się w okolicy Bolesławca, Złotoryi, Lubina, Głogowa, Legnicy, natomiast na świecie głównie w zachodniej części Ameryki Południowej, zwłaszcza w Chile i Peru, na Filipinach i w USA w Górach Skalistych.
Cynk i ołów, to surowiec, który występuje w Górach Skalistych, Peru i Japonii.
Boksyty są rudami aluminium i występują w: Grecji, Albanii, Włoszech, na Uralu, w Gujanie, na Węgrzech.
Miejsca wydobycia pozostałych surowców hutniczych:
Wolfram: Portugalia, pd. Bajkał, pd-wsch Chiny, Korea, Kordyliery w USA, Boliwia, Australia;
Nikiel: Płw. Kolski, Ural, Indie, Wielkie Jeziora, Australia;
Platyna: Ural, RPA;
Złoto: Pn. Ural, RPA, Wielkie Jeziora;
Mangan: Krzywy Róg, Gruzja, RPA;
Uran: Francja, Ukraina, RPA, Kordyliery w USA;
Chrom: Ural, Filipiny.
Surowce chemiczne dzieli się na:
- surowce pochodzenia organicznego: węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny, wapienie, gipsy, anhydryty, drewno, tłuszcze roślinne i zwierzęce, kości zwierząt;
- surowce nieorganiczne: siarka, sól kamienna, sól potasowa, fosforyty, apatyty.
Surowce te mają szereg różnych zastosowań:
- siarka służy do produkcji kwasu siarkowego, materiałów wybuchowych, tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, zapałek;
- sól kamienna służy do konserwacji żywności, produkcji chloru, kwasu solnego i sody;
- sól potasowa służy do produkcji nawozów mineralnych, jest wykorzystywana w przemyśle farmaceutycznym i fotografii;
- fosforyty i apatyty służą do produkcji nawozów sztucznych i są wykorzystywane w przemyśle zapałczanym;
- na bazie węgla kamiennego wytwarza się np.: koks, materiały pędne, lekarstwa, smoły drogowe, fenol, smołę, bakelit, oleje, plastik, nawozy sztuczne, gaz opałowy, barwniki.
Siarka jest surowcem, który wydobywa się ze złóż rodzimych tylko w Polsce. W wielu jednak innych miejscach na świecie, gdzie surowiec ten nie występuje, siarkę otrzymuje się w procesie odsiarczania gazu ziemnego lub ropy naftowej.
W Polsce siarka występuje w okolicy w Osieku, w pobliżu Tarnobrzega, ale jej wydobycie ma coraz mniejsze znaczenie, gdyż ma niekorzystny wpływ na środowisko naturalne (wydobycie metodą tłoczenia gorącej wody w podziemne kanały, w celu rozpuszczenia siarki). Na świecie złoża siarki występują jeszcze nad Zatoką Meksykańską, na Sycylii i w Japonii, ale już się ich nie pozyskuje.
Sól kamienna jako surowiec dla przemysłu chemicznego i spożywczego występuje w dużych ilościach w Polsce w okolicach Inowrocławia, w rejonie Zatoki Puckiej i w mniejszym zakresie w Bochni, Tarnowa i Wieliczki. Na świecie sól kamienną wydobywa się w: USA, Ukrainie, Chinach, Brazylii.
Pozostałe surowce chemiczne nie znajdują się na terenie Polski, ale są wydobywane na świecie.
Sól potasowa: USA, Kanada, Niemcy, Francja, Egipt, Białoruś;
Fosforyty i apatyty: USA, Skandynawia, Egipt, Kazachstan, Rosja (Półwysep Kolski), Algieria, RPA.
Węgiel kamienny, ropa naftowa i gaz ziemny są także surowcami chemicznymi.
Surowce skalne są wykorzystywane przede wszystkim w przemyśle budowniczym, szklarskim, ceramicznym i cementowym. Na świecie występują one powszechnie w różnych miejscach.
W Polsce najczęściej eksploatowane są:
- granity wydobywane w kamieniołomach Strzegomia na Dolnym Śląsku;
- bazalty: w Złotoryi, Lubaniu, na przedgórzu Sudeckim;
- porfiry i melafiry: w Krzeszowicach koło Krakowa;
- piaskowce: w Sudetach, Karpatach i Górach Świętokrzyskich;
- marmury: w okolicach Kielc, Chęcin i Dębnika pod Krakowem;
- piaski, żwiry, iły i gliny eksploatowane są pospolicie na terenie całej Polski.

Każde pozyskanie bogactw wymienionych powyżej, zmniejsza ich zasoby na Ziemi. W ciągu życia kilku pokoleń ludzi zasoby danego bogactwa nie odnowią się. Stąd ich nazwa: zasoby nieodnawialne.
Przykładowo złoża węgla kamiennego, które tworzyły się przez ok. 300 mln lat wystarczą jeszcze na kilkadziesiąt lat. To sprawia, że coraz większą uwagę poświęca się powtórnemu wykorzystaniu odpadów, czyli tzw. recyklingowi. Niestety surowce energetyczne podlegają procesowi spalania w celu wytworzenia energii elektrycznej i nie nadają się na ponowne odtworzenie.
Wyjątek stanowi surowiec do produkcji energii w elektrowniach atomowych. W latach pięćdziesiątych energetyka atomowa na bazie pierwiastków promieniotwórczych, rozbudziła nadzieje na rozwiązanie problemów energetycznych. Sądzono, że jej produkcja będzie wkrótce nieograniczona, tania, czysta i niegroźna. Jednak surowiec tworzy się bardzo długo i nie jest możliwe jego odtworzenie nawet w ciągu wielu pokoleń. Jedyną nadzieją jest wtórne wykorzystanie odpadów z elektrowni atomowych.
Poważny potencjał surowca do elektrowni atomowych mają: Francja, Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Szwajcaria, Szwecja, Rosja, Ukraina.
Recyklingowi poddawane mogą być jedynie produkty z rud metali i różnego typu mas plastycznych czy wyrobów papierniczych.
Są i takie bogactwa, które w czasie nadmiernej eksploatacji mogą ulec wyczerpaniu, jednak w wyniku racjonalnego wykorzystywania ich stan się nie zmniejsza, gdyż mają zdolność do odnawiania się. Nazywają się bogactwami odnawialnymi.
Zarówno bogactwa odnawialne, jak i nieodnawialne są wyczerpywalne.
Bogactwa niewyczerpywalne są bez względu na działalność człowieka. Nie ma znaczenia wielkość ich pozyskania przy obecnej, znanej nam technologii, ponieważ ich zasoby są nieograniczone.
Energia wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż jej wykorzystanie nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa
Źródłem energii może być falowanie morza. Wielkie fale oceaniczne niosą ze sobą naprawdę znaczne jej ilości, lecz problemem jest jej efektywne pozyskiwanie. Testuje się obecnie różne rozwiązania, zwykle znajdujące się w fazie eksperymentu. Niedawno w Szkocji wybudowano elektrownię wykorzystującą energię fal morskich.
Energia spadku wody jest opłacalna w krajach dysponujących odpowiednimi warunkami terenowymi, czyli wystarczająco dużymi różnicami wzniesień, w takich jak: Norwegia, Szwecja, Szwajcaria oraz niektóre kraje Ameryki: Meksyk, Brazylia, Argentyna.
Energia geotermalna, wiąże się z pozyskaniem wód geotermalnych na powierzchnię ziemi. Zalicza się ją do energii niewyczerpywalnej, bo jej źródło, gorące wnętrze kuli ziemskiej, zawsze ogrzewa wodę podziemną.
Gorące źródła tzw. gejzery są charakterystycznym elementem krajobrazu Islandii, która wykorzystuje je jako źródło ogrzewania i ciepłej wody. Nie wpływa to ujemnie na środowisko naturalne.
W niewielkim stopniu jest wykorzystywana energia słoneczna. Gdyby w całości udało się wykorzystać energię słoneczną docierającą do Ziemi w ciągu 40 minut, to pokryłaby ona całoroczne zapotrzebowanie człowieka. Jednak 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijane przez atmosferę. 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 5% energii dociera do powierzchni Ziemi.
Do przyszłości należy projekt wykorzystujący różnicę temperatury wody morskiej. Stworzenie zamkniętego obiegu wody pomiędzy warstwami o różnej temperaturze pozwoliłoby uzyskać parę wodną napędzającą generatory. Również w fazie eksperymentu jest projekt wykorzystania wody morskiej jako surowca do produkcji wodoru paliwa w reakcji fuzji wodorowej.
Oprócz konwencjonalnych i nieodnawialnych bogactw energetycznych, coraz większe znaczenie ma odnawialna biomasa:
- drewno o niskiej jakości technologicznej oraz odpadowe;
- odchody zwierząt;
- osady ściekowe;
- słoma, makuchy i inne odpady produkcji rolniczej;
- wodorosty uprawiane specjalnie w celach energetycznych;
- odpady organiczne np. wysłodki buraczane, łodygi kukurydzy, trawy, lucerna;
- oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce.
W Polsce na potrzeby produkcji biomasy można uprawiać rośliny szybko rosnące, np.:
- wierzbę wiciową;
- ślazowca pensylwańskiego lub inaczej malwę pensylwańską;
- słonecznik bulwiasty;
- różę wielokwiatową;
- rdest sachaliński;
- trawy wieloletnie.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Dokonaj podziału surowców mineralnych.
2. Odszukaj w roczniku statystycznym głównych producentów surowców energetycznych, hutniczych i chemicznych.
3. Dlaczego granity tatrzańskie, ani rudy żelaza w Suwałkach nie są eksploatowane?
4. Wymień po kilka przykładów surowców niewyczerpywalnych i wyczerpywalnych (odnawialnych i nieodnawialnych).
4. Z czego można otrzymać biomasę?
Na lepszą ocenę:
1. Wskaż na mapie świata obszary wydobycia nieodnawialnych surowców mineralnych.
2. Które surowce opłaca się w Polsce eksploatować, a które pomimo tego iż są na naszym terenie, nie są wydobywane?
3. Wymień, które z działań powinno się podejmować w celu ograniczania wydobycia surowców nieodnawialnych?
4. Wyjaśnij, dlaczego w biomasa jest surowcem przyszłości dla energetyki?

Zapis lekcji:
1. Podział surowców mineralnych.
2. Występowanie i pozyskanie surowców mineralnych.
3. Cele działania organizacji OPEC.
4. Recykling sposobem na zahamowanie wydobycia surowców nieodnawialnych.
5. Wykorzystanie źródeł odnawialnych i niewyczepywalnych.