رده بندی کانسارها-4

کانسارهای هیدروترمال در محیطهای دگرگونی

دگرگونی پیشرونده مقدار زیادی از سیالات را آزاد می کند اما در مورد اهمیت دگرگونی در تشکیل کانسنگ بحثهای زیادی وجود دارد. بسیاری از کانسارهای کوهزایی طلا مربوط به رخدادهای از دست دادن آب در مناطق تجمیع و پشت قوسی، در خلال پس از اوج دگرگونی است. کانسارهای کوهزاد طلا مسئول تولید حدود نیمی از طلای جهانی به جز کانسارهای پلاسر و پالئوپلاسر هستند. این کانسارهای گرمابی عمدتاً شامل رگه های سولفیدی ضعیف کوارتز-طلا با دگرسانی موضعی سنگ دیواره می باشند که توسط ساختارهای فرعی مربوط به مناطق گسل درجه یک پوسته عمیق و مرتبه 1 تا 100 کیلومتر به طول میزبانی شده است.

انواع کانسارها از استوک ورک و برشها در رژیمهای شکننده کم عمق از طریق رگه های پرکننده ترکها در نواحی پوسته خمیری-شکننده تا توده های معدنی افشان و جایگزینی در محیطهای خمیری که در اعماق کمتر از 4 کیلومتر تا بیش از 12 کیلومتر  شکل گرفته اند، متغییر می باشند. سنگهای رخساره شیست سبز دارای بیشترین ذخایر طلای کوهزایی هستند، گرچه بعضی از آنها در سنگهای دگرگونی درجه پایینتر یا بالاتر قرار دارند. طلا احتمالاً دارای منشا توالیهای سنگی آتشفشانی و رسوبی می باشد، که احتمالاً در بخشی از پیریت دریایی مشتق شده است، سپس در اثر واکنش با سنگهای دیواره نهشته گردیده است. بزرگترین ذخایر که معمولاً به عنوان کوهزایی طبقه بندی می شود شامل منطقه Ashanti در غنا (2/07 کیلوتن طلا)، Golden Mile، Kalgoorlie (1/98 کیلوتن طلا) در استرالیا، Homestake  (1/24 کیلوتن) و Mother Lode (کمتر از 0/8کیلوتن) در ایالات متحده وHollinger-McIntyre  (0/99 کیلوتن) در کانادا می باشند.

کانسارهای رسوبی

فرآیندهای رسوبی شیمیایی و تخریبی طیف گسترده ای از کانسارها را تشکیل می دهند و منبع اصلی آهن، منگنز، فسفر و همچنین عناصر و ترکیباتی هستند که در مرکز تبخیریهای دریایی (سدیم، پتاسیم، برم) و قاره ای (لیتیوم و trona، یک کربنات سدیم) متمرکز شده اند.

1. کانسارهای آهن و سازندهای آهن نواری

سازندهای آهن نواری (BIF)، منبع اصلی آهن، از نوارهای متناوب چرت (سیلیس) و کانیهای آهن تشکیل شده اند که شامل هماتیت، مگنتیت، سیدریت و/یا سیلیکاتهای آهن (گرینتالیت یا stilpnomelane) می باشد. بیشترین ذخایر مربوط به مناطق Carajás و Quadrilatero Ferrifero در برزیل، Hamersley در غرب استرالیا، Transvaal در آفریقای جنوبی، Krivoy Rog در اوکراین، Mesabi-Marquette در ایالات متحده و از Labrador Trough در کانادا هستند.

عمده کانسارهای BIF به عنوان رسوبات شیمیایی کم عمق در سکوهای پایدار قاره ای تشکیل می شوند. BIF اصلی، بدون دگرسانی حاوی حدود 20 تا 30 درصد یا بیشتر آهن است، اما BIF در بسیاری از مناطق دارای عیارهای بسیار بالاتر، تا حدود 65 درصد آهن می باشد. حذف سیلیس و انتقال مجدد موضعی آهن توسط سیالات حوضه ای یا هوازدگی توسط آب جوی باعث افزایش مقدار آهن سنگ باقیمانده شد. نوع غالب BIF در برزیل، آفریقای جنوبی، هند و غرب استرالیا در همگی تمرکز آهن تا 65 درصد ارتقا یافته است، در حالیکه بیشتر BIF در منطقه Mesabi-Marquette، با عیارهای 50-30 درصد آهن غنی نمی شود.

مورد دوم پس از پرعیارسازی (خالص سازی) (پلتهای تاکونیتی) اقتصادی است و به دلیل نزدیکی تاریخی به کارخانه های فولاد از توسعه اولیه حمایت می کند. یک نوع کانسنگ آهن در غرب استرالیا با افزایش علاقه اقتصادی به نام کانسنگ آهن کانالی، نشان دهنده کانسارهای هماتیت اوولیتی سنوزوئیک که در طول پروفیلهای هوازدگی جانبی تشکیل شده و در مجاری رودخانه پست قدیمی متمرکز شده اند، می باشد. این کانسنگ حاوی حدود 58 وزنی آهن بوده و به طور عمده به پروفیلهای هوازدگی قدیمیتر، مانند استرالیا محدود می شود.

بزرگترین BIF در حدود 2/4 و 2/6 میلیارد سال پیش (مسئول 70 درصد کانسارهای آهن پرکامبرین) نهشته شد، و با یک پالس مختصر دیگر از کانسارهای بزرگ در 1/88 میلیارد سال پیش دنبال گردید. ایجاد سکوهای بزرگ و پایدار پس از دوره تشکیل پوسته اصلی قاره ای در 2/7 میلیارد سال پیش، مکانهایی برای نهشت BIF را ایجاد نموده و ممکن است منجر به یک الگوی اقیانوسی دارای لایه بندی و الگوهای گردشی شود که منبع را به سایتهای رسوبی آهن متصل می سازد. فعالیت چشمه های آب گرم کف دریا باعث حل شدن آهن به اقیانوس euxinic (محیط کم اکسیژن)، با فرآیندهای بیولوژیکی مؤثر در اکسیداسیون و رسوب آهن و سیلیس شد. اکثر ذخایر آهن قبل از اولین رویداد بزرگ اکسیداسیون تشکیل شده اند. رویداد دوم در 1/88 میلیارد سال پیش ممکن است به همگن شدن اقیانوس قبلاً طبقه بندی شده مرتبط باشد. سومین رویداد نسبتاً جزئی (از نظر اندازه BIF)، با احیا موضعی اقیانوس ناشی از پوشش یخ در اثر رویداد زمین گلوله برفی در 740-600 میلیون سال پیش به حوضه های متصل به آتشفشان زیردریایی محدود شد.

2. کانسارهای پلاسر

فلزی که در ابتدا محرک هجوم برای طلا به سمت کالیفرنیا، یوکان و استرالیا بود، از رسوبات گراولی در رودخانه ها و آبراهه ها استخراج می شده است. طلا به شکل نیتیو (عنصری) خود به عنوان یک فلز بسیار متراکم اما قابل انعطاف ظاهر می شود، و در رودخانه ها و آبراهه ها که در آن تمایل به انباشت در مناطقی از جریانهای ضعیف، پایدار است تا آنچه را که به عنوان رسوبات پلاسری شناخته می شود، ایجاد نماید. استخراج پلاسرهای اخیر، که در حال حاضر بسیار صنعتی است، کمتر از 20 درصد از تولیدات جهان را در بر می گیرد، اما اثرات زیست محیط نامتناسبی بسیار بزرگی دارد.

در طول آرکئن، فرسایش پیش بومها در طی دوره های طولانی ثبات منجر به تجمع بزرگ پلاسری در آبراهه های بریده بریده شده که پالئوپلاسرهای طلا-اورانیومWitwatersrand  را در آفریقای جنوبی ایجاد کرده اند، که تاکنون بزرگترین ایالت طلا در جهان است. حمل و نقل و حفظ اورانیوم U در Witwatersrand و پالئوپلاسرهای پالئوپروتوزوئیک اورانیوم Elliott Lake palaeoplacers  در کانادا حداقل تا حدی به محتوای اکسیژن کم جو اولیه نسبت داده می شود. سایر کانیهای تشکیل دهنده پلاسر شامل الماس، یاقوت کبود (سافیر) و یاقوت (که چندان متراکم نیستند اما در برابر هوازدگی بسیار سخت و مقاوم هستند) و آلیاژهای کانیهای گروه پلاتین هستند. ماسه های ساحلی می توانند حاوی تمرکز بالایی از کانیهای سنگین مضر مانند روتیل، ایلمنیت و زیرکن باشند و منبع اصلی فلزات تکنولوژی بالا تیتانیم و زیرکنیم می باشند.

کانسارهای حاصل هوازدگی

در مناطق گرم و مرطوب گرمسیری، به ویژه مناطقیکه دارای فصول مرطوب و خشک متمایز هستند، برخی از فلزات در لاتریتها متمرکز شده اند، نوعی از خاک که در آن اکثر عناصر شسته شده اند، تنها عناصری را که در هنگام هوازدگی غیرقابل حمل هستند را باقی می گذارند. در جاییکه سنگ زیرین گرانیتی، رسوبات غنی از رس یا پاراگنیس، آبهای زیرزمینی اجزای محلول از جمله Si ، Mg ، Ca ، Na ، K و بعضی از انواع آهن را جدا می کنند و برخی از انواع نامحلول مانند آلومنیوم و مقداری آهن به علاوه Si و Ti، برجای می گذارد، در نتیجه بوکسیت ایجاد می شود. بیشتر بوکسیتهای دنیا از ذخایر لاتریتی در مناطقی که اکنون یا قبلاً گرمسیری بودند مانند استرالیا، جزایر کارائیب، آفریقای استوایی و آمریکای جنوبی به وجود آمده اند. عیار و کیفیت بوکسیت ممکن است متفاوت باشد اما با نرخهای فعلی تولید، ذخایر شناخته شده برای تأمین چند قرن جهان کافی می باشد. در جائیکه سنگ زیرین اولترامافیک، از جمله کوماتییتی است، محصول باقیمانده هوازدگی از نیکل و در جاهایی از کبالت، غنی می شود. هوازدگی سنگهای اولترامافیک که زمانی جزئی از لیتوسفر اقیانوسی (افیولیتها) بودند کانسنگهای غنی از لاتریتهای نیکل کالدونیای جدید، اندونزی و فیلیپین را تولید کردند.

کانسارهای سولفید فلزی که در معرض هوازدگی قرار دارند فلزات را در محلول آبهای زیرزمینی آزاد می کنند. در بعضی موارد، فلزات، به طور عمده مس، نقره، سرب و روی، توسط آنیونهایی که در منطقه هوازدگی فراوان هستند، از جمله کربنات، سولفاتها، هالیدها و اکسید/هیدروکسید نهشته می شوند تا کانسارهای سوپرژن تشکیل شوند. در مورد مس، اکسیداسیون سولفید در بالای سطح آب توسط باکتریهای اکسید کننده-S و اسید دوست-Fe و واسطه می شود، این اسید سولفوریک تولید می کند که به طور مؤثر مس را شسته و آن را به سمت پایین به محیط احیایی و زیر سطح آب، که در آن غنی سازی سولفید به طور عمده از طریق تبادل کاتیون غیر زنده صورت می گیرد، منتقل می نماید.

این فرآیند که غنی سازی سوپرژن نامیده می شود، می تواند یک منطقه غنی از فلز با یک عیار مس را تا دو یا سه برابر بیشتر از رویه کانسنگ هیپوژن عمیق زیرین تولید کند و در شکلگیری برخی از کاننسگها با بالاترین عیار در دو  مورد از بزرگترین ایالتهای پورفیری مس، آند مرکزی و جنوب غربی آمریکای شمالی نقشی اساسی داشته است.

تاریخچه مربوط به هوازدگی هر دو ایالت از 15 تا 30 میلیون سال پیش، از ائوسن شروع می شود. ارتباط تنگاتنگ بین تکامل تکتونیکی و آب و هوای کمربندهای کوهزایی، که منجر به بالا آمدن، پایین آمدن سطوح آبهای قدیمی و اکسیداسیون کارآمد سولفید گردیده، با واسطه فرآیندهای باکتریایی و در مورد آند مرکزی، و به دنبال آن خشکی بیش از حد، برای ایجاد و حفظ این ذخایر سوپرژن مهم و حیاتی بوده  است.

کنترلهای جهانی در توزیع کانسارها

کانسارها هم در زمان زمین شناسی و هم در فضا به صورت نابرابر توزیع می شوند. دوره هایی که توسط کانسارهای فراوان مشخص می شوند، به دوره های فلز زایی مشهور می باشند و مناطقیکه دارای تمرکز بالایی از کانسارها هستند، ایالتهای فلز زا نامیده می شوند. اکثر انواع کانسارها به موقعیتهای تکتونیکی خاص محدود می شوند. از آنجاییکه ما درک کافی از زمین شناسی جهانی را بدست آورده ایم، این ارتباطات به هدایت اکتشاف کمک کرده اند.

توزیع کانسارهای منتخب در طول زمان، با ترتیب موقعیت تکتونیکی. نوارها دوره های مهم یکپارچگی ابرقاره را نشان می دهند. نمونه های قدیمیتر از انواع کانسار تشکیل شده در عمق نسبتاً کم (به عنوان مثال، اپی ترمال و پورفیری) احتمالاً از سابقه سنگ محو شده اند.

کانسارها و تکامل زمین

تکامل انواع مختلف کانسارها و حضور آنها منعکس کننده تغییر در فرآیندهای ژئودینامیکی و محیطهای موجود در زمین در حال تحول و همچنین عوامل مؤثر بر حفظ آنها است. 

چندین فرآیند بسیار مهم بودند: رشد سریع پوسته قاره ای در طیو به خصوص در پایان آرکئن، و رشد اپیزودیک در عمده پروتروزوییک، قوسهای قاره ای در طول کوهزایی از زمان آرکئن به بهترین نحو حفظ شده اند. تشکیل کراتونهای پایدار که از حوضه های رسوبی کم عمق پشتیبانی می کنند، و تغییر در ترکیب اقیانوسها و جو. عوامل دیگر شامل کاهش دمای گوشته و کاهش فعالیت پلومهای گوشته و تغییر از گوشته لیتوسفری زیر قاره ای ضخیم شناور در پرکامبرین به گوشته لیتوسفری نازکتر در فانروزوئیک می باشند.

رکورد رشد پوسته با بیشینه های برجسته در 2/7، 2/5، 2/1، 1/9 و 1/1 میلیون سال پیش مشخص می شود. همچنین بین سن این بیشینه های رشد و فراوانی برخی از انواع کانسنگ، به ویژه آنهاییکه مستقیماً با رشد پوسته در ارتباط هستند، مانند رسوبات طلای کوهزایی در مناطق برافزایشی، همبستگی خوبی وجود دارد. از آنجا که کانسارهای که در حال حاضر معدنکاری می شوند در پوسته قاره ای وجود دارند، نرخی که در آن این پوسته شکل می گیرد، بر توزیع موقتی کانسارها اثر می گذارد و از اواسط پروتروزوییک، چرخه ابرقاره تأثیر مهمی بر این نرخ دارد. توزیع کانسارهای مرتبط با سنگهای رسوبی، با کانسارهای BIF و Pb-Zn عمدتا آواری شروع می شود، عمدتاً با تغییرات در ترکیبات جو و اقیانوسها، توسعه سکوهای بزرگ پایدار در پوسته قاره ای تازه شکل گرفته و تغییر در الگوهای چرخش اقیانوس ها همراه هستند. سازندهای آهن نواری نیز با تکامل بیوسفر، از جمله سیلیس، و همچنین S، و موجودات رسوبگذار کربنات در انتهای آرکئن مرتبط هستند. نهشت سرب و روی در MVT مربوط به جریان مقیاس قاره ای شورابه های مربوط به تبخیریها در توالی کربنات میزبان است که خیلی زودتر در حاشیه منفعل نهشته شده اند. کانسارهای مس استراتیفرم میزبان رسوبی در حوضه های ریفتی ناموفق، تشکیل شده اند که در آن شورابه های اکسیده شده مس از توالیهای لایه قرمز پایه و سنگ کفها جدا می شوند، و با نهشت در سیلتستونهای دریایی غنی از مواد آلی دنبال می شود. گردش مشابه همچنین اورانیوم را از سنگ کفهای پرکامبرین به حرکت وا می دارد و بزرگترین ذخایر را تشکیل می دهند که با احیا روی و زیر ناپیوستگیها ته نشین می شوند.

کانسارهای نیکل به میزبانی کوماتیتها محدود به آرکئن و ابتدای پروتروزوییک هستند زیرا تنها در این دوره، این گوشته به اندازه کافی داغ بود تا ماگما اولترامافیک تولید کند. عناصر گروه پلاتین (PGE) وسولفید نیکل-مس در نفوذیهای بزرگ لایه ای رسوب می کنند، و کیمبرلیتهای حاوی الماس، در کراتونهای پایدار، با الماسها تا حد زیادی محدود به فانروزوئیک، در موقعیتهای غیر کوهزایی وجود دارند. توزیع زمانی انواع دیگر کانسارها مربوط به توسعه آنها در موقعیتهای زمین شناسی است که شانس کمی در مورد بقای طولانی مدت آنها وجود دارد.  

این مورد برای بوکسیت، لاتریت نیکل و سایر کانسارهای ناشی از هوازدگی است که در سطح زمین تشکیل می شوند و از مواد فرسوده و به راحتی فرسایش یافته تشکیل شده اند. تسلط سیستمهای پورفیری مزوزوئیک و سنوزوئیک مس و اسکارن اپی ترمال همراه و کانسارهای مرتبط احتمالاً به دلیل زمان بقای کوتاه این کانسارهای نسبتاً کم عمق (کمتر از عمق 3-2کیلومتری)، در موقعیتهای حاشیه همگرا، به سرعت در حال افزایش است.

اگر بالاآمدگی بیش از حد طولانی در شرایط آب و هوایی پرباران ادامه یابد، کانسارها از بین می روند. بنابراین، آنها تمایل دارند فقط در طی یک فاصله زمانی زمین شناسی نسبتاً کوتاه وجود داشته باشند. تلفیق سنین پورفیری مس نشان می دهد که این کانسارها به سطح می رسند، به طور متوسط، در حدود 12 میلیون سال پیش پس از تشکیل، و بسیاری از کانسارها به طور عمده در 20 تا 30 میلیون سال فرسوده می شوند، مگر اینکه با تغییر شرایط تکتونیکی و دفن حفظ شوند.

"از جنبه علم، کانسارها کاملاً سودمند است، اما از دیدگاه دانش ناب، اصول حاکم بر چرخه های تمرکز عناصر و ... پیچیدگی چندگانه پوسته زمین را ثبت می کند."

ایالتهای فلززایی

مکانهایی که حاوی کانسارهای غیرمعمول فراوانی هستند، فرآیندهای ناهمگن زمین مربوط به تشکیل کانسنگ و حفظ ذخایر را منعکس می سازند. به عنوان مثال، کانسارهای پورفیری مس در امتداد قوسهای آتشفشانی اطراف اقیانوس آرام به صورت بسیار نامنظم توزیع می شوند. به طور مشابه، Cordillera of America شامل چندین ایالت فلز زا است است که بخش زیادی از ذخایر طلا را در خود جای داده اند، اما این ذخایر تنها در حدود 5 درصد مساحت کل محدود شده است.

توزیع و میزان فلز شناخته شده کانسارهای مس پورفیری از اقیانوس آرام، نشان دهنده ناهمگنی فلززایی. بزرگترین تمرکز مس پورفیری جهان در شیلی و جنوب غربی آمریکای شمالی وجود دارد.

منابع آینده

انواع جدید و محلهای جدید کانسارها

کانسارهای مورد اشاره تا کنون، تمامی فلزات مورد نیاز هزاره های گذشته را به جهانیان عرضه داشته است و این مسئله برای مدت طولانی در آینده ادامه خواهد داشت. اکتشاف ادامه خواهد یافت، و به مناطقیکه در گذشته کاوشهای کمی انجام شده و در مناطق معدنی قدیمیتر در عمق بیشتر، گسترش می یابند. کانسنگهای کم عیار و ذخایر پیچیده با فرآوری، محل یا چالشهای زیست محیطی ممکن است با دسترسی به فناوری و فرآیندهای جدید معدنکاری پاکتر در دسترس باشند.

در نهایت، افزایش جمعیت و افزایش تقاضا در دهه های بعدی مستلزم شناسایی منابع جدید و انواع کانسنگ است. برخی از این موارد در سنگهایی خواهد بود که قبلاً به دلایل متالورژی استخراج نشده اند، برخی دیگر در مکانهایی که هنوز برای معدنکاری در دسترس نیستند، قرار دارند و بقیه انواع جزئی هستند که در حال حاضر از کانسنگ معمولی بازیافت نشده اند. پیشرفت تکنیکهای اکتشاف، احتمالاً حتی یافتن انواع کاملاً جدیدی از کانسارها،  به کاوش در اعماق بیشتر پوسته کمک می کند، چند نمونه بالقوه در زیر خلاصه شده است.

منابع جدید.

بعضی از کانیها هنگامیکه مشخص می شود حاوی فلزاتی هستند که برای کاربردهای جدید فن آوری مورد نیاز می باشند، از حالت باطله خارج می شوند. مثال بارز bastnäsite، کربناتی است که تا زمان شروع استخراج REE، تنها برای چند جمع کننده کانیها مهم بود. فسفریتها حاوی عناصر کمیاب زیادی هستند که می توانند در طول فرآوری P بازیابی شوند. مثالهای دیگر: کانیهای رسی جادریت و هکتوریت در سنگهای آتشفشانی دگرسان شده است که می توانند منابع احتمالی لیتیوم و بور باشند. در انتهای دیگر کانیهای رایجی هستند که در آینده ممکن است منشأ عناصر مشترک باشد. به عنوان مثال، با مصرف ذخایر بوکسیت، رس و فلدسپات می توانند به عنوان منبع آلومنیوم تبدیل شوند. آب دریا و شورابه ها در آبخوانهای اصلی پوسته حاوی مقادیر قابل توجهی فلزاتی هستند که می توانند در آینده استخراج شوند.

محلهای جدید.

بدیهیترین مکان جدید برای کشف فلزات کف دریا است. تلاش برای معدنکاری ماسیو سولفیدهای کف دریا در حال انجام است. علاوه بر این برای چندین دهه مشخص شده است که گرهکهای کف دریا و پوسته ها، سرشار از منگنز هستند و می توانند حاوی نیکل، کبالت، مس و در برخی موارد PGEها و REEها باشند. حضور گسترده و عیار آنها به این معنی است که این امکان وجود دارد این منابع به طور بالقوه در آینده مورد استفاده قرار بگیرند.

مرز نهایی ممکن است خارج از زمین باشد. در حال حاضر برای ساخت و ساز در فضا و سفرهای بیرونی، شرکتهایی تشکیل شده اند تا پتانسیلهای استخراج فلزات از سیارکها را بررسی نمایند و ممکن است استخراج معادن از سیارات نزدیک در آینده ای دور امکان پذیر باشد.

ضروری بودن این کالاها به نیاز ما به کالاهای منتخب، در دسترس بودن آنها، فناوری و اقتصاد، همان عواملی که کالاهای زمینی را کنترل می کنند، وابسته است.