Exercicis: Els recursos geològics: explotació i ús responsable

Esmenta quatre minerals o roques d'ús quotidià (per exemple guix, sal, quars o calcària), indica una aplicació de cadascun i explica de quin tipus de jaciment o explotació s'obtenen.

Defineix mena i ganga d'un jaciment metàl·lic i explica de què depèn que un dipòsit resulti rendible d'explotar, pensant en el preu del metall i en la proporció de mena.

Raona per què els recursos geològics es consideren no renovables a escala humana i quines dues estratègies permeten allargar la seva disponibilitat —reciclatge i substitució per altres materials—, amb un exemple de cadascuna.

Classifica aquests recursos geològics en metàl·lics, no metàl·lics (industrials) i energètics: coure, guix, carbó, sorra de sílice, petroli i ferro, i posa una aplicació de cadascun.

Explica la diferència entre una pedrera a cel obert i una mina subterrània, quin tipus de recursos s'extreu en cadascuna i posa un exemple espanyol de cada tipus d'explotació.

Què és la llei d'una mena? Explica per què la llei mitjana dels jaciments explotats baixa amb el temps i quines conseqüències té per a la rendibilitat i per a la mineria futura (es podran aprofitar jaciments avui descartats?).

Esmenta tres materials de construcció obtinguts de recursos geològics (sorra, grava, guix, pedra ornamental) i explica el seu ús i d'on s'extreuen en el teu entorn més proper.

Explica per què el carbó, el petroli i el gas natural s'anomenen combustibles fòssils i què significa l'expressió «sol fòssil» aplicada a l'energia que alliberen en cremar-se.

Descriu dos impactes ambientals de la mineria a cel obert (sobre el paisatge, les aigües o l'atmosfera) i explica en què consisteix la restauració posterior d'una explotació, esmentant una mesura concreta de recuperació del terreny.

El liti, el cobalt i les terres rares es consideren recursos estratègics. Explica per a quines tecnologies són imprescindibles, quin problema de dependència exterior plantegen per a Europa i quines alternatives s'estan explorant.

Observa les característiques de les sis mostres de minerals numerades:

1. Cristalls cúbics de color groc llautó i lluentor metàl·lica.

2. Cristalls cúbics incolors i transparents, amb lluentor vítria.

3. Prismes hexagonals acabats en piràmide, incolors i amb lluentor vítria.

4. Cristalls romboèdrics translúcids amb exfoliació molt marcada.

5. Massa mineral blanquinosa, molt tova (es ratlla amb l'ungla).

6. Cristalls cúbics de color gris plom, lluentor metàl·lica i alta densitat.

1. a) Identifica cadascuna pel seu aspecte (lluentor, color, forma dels cristalls). b) Indica un ús quotidià o industrial de cada mineral. c) Senyala quins no són metàl·lics i explica la diferència entre un recurs miner metàl·lic i un de no metàl·lic.

La sorra és, després de l'aigua, el recurs més extret del planeta. Explica per a què s'usa (formigó, vidre), quins impactes té la seva extracció en rius i platges (aprofundiment de lleres, retrocés costaner) i per què no tota la sorra serveix (quin problema té la sorra del desert?).

Almadén (Ciudad Real) va allotjar la mina de mercuri més gran del món. Explica la seva importància històrica (la plata d'Amèrica i l'amalgama), per què va tancar i quins problemes ambientals persistents va deixar (mercuri en sòls i peixos), així com el seu valor actual com a patrimoni.

Quan l'extracció d'un aqüífer supera la seva recàrrega es parla de «mineria d'aigua». Explica què significa aquesta expressió, per què en els aqüífers fòssils (recàrrega gairebé nul·la) és literal i posa un exemple de la tensió que genera entre regadiu i conservació (Tablas de Daimiel, Doñana).

Descriu les fases del cicle de vida d'una explotació minera (prospecció, extracció, concentració de la mena, tancament i restauració) i raona per què el pla de tancament s'ha d'aprovar i dotar econòmicament abans de començar a excavar.

Compara l'obtenció d'una tona de coure des d'una mina amb la seva recuperació des de ferralla electrònica: consum d'energia, emissions de $\text{CO}_2$, residus generats i ocupació creada. Conclou quin paper pot tenir el reciclatge en el subministrament futur del metall.

Una empresa minera presenta un projecte per reobrir una explotació a cel obert de sulfurs polimetàl·lics (coure i zinc) a 3 km del límit d'un parc natural assentat sobre un massís càrstic amb aqüífers protegits. L'empresa defensa la viabilitat ambiental al·legant que la curta se situa a una cota topogràfica 80 m més baixa que les deus del parc i que crearà 350 llocs de treball directes en una comarca en declivi demogràfic.

1. a) Rebat l'argument hidrogeològic de l'empresa: justifica per què la diferència topogràfica no garanteix la seguretat hidrogeològica en un terreny càrstic si l'eixugament continu d'aigua a la curta modifica el nivell freàtic regional.
2. b) Prediu quines conseqüències hidroquímiques i hidrodinàmiques tindria per a les deus del parc natural la formació d'un con de depressió que inverteixi el gradient hidràulic.
3. c) Com a tècnic ambiental, dissenya tres condicions tècniques no negociables (en relació amb el control piezomètric, el confinament d'estèrils i la fiança de restauració postclausura) que exigiries per no emetre una declaració d'impacte ambiental desfavorable.

Una mina a cel obert d'or explota una mena amb una llei mitjana d'1,5 g d'Au per tona de roca remoguda, amb una petjada de carboni de 14.000 kg de CO₂ eq per cada quilogram de metall fi obtingut. En contrast, les plaques de circuit imprès de telèfons mòbils rebutjats presenten concentracions mitjanes de 300 g d'Au i 120 kg de Cu per tona de residu.

1. a) Calcula quantes tones de roca mineralitzada s'han d'extreure i triturar a la mina primària per obtenir la mateixa quantitat d'or continguda en 2 t de plaques de telèfons mòbils. Interpreta l'impacte geomorfològic comparatiu d'ambdues fonts.
2. b) Si la concentració de metall és tan superior en els residus electrònics, justifica per què la mineria primària continua aportant més del 80 % de l'or mundial: analitza dues limitacions termodinàmiques o tecnològiques lligades a la dispersió de materials (aliatges complexos, soldadures, miniaturització) i una barrera logística de recollida.
3. c) Prediu quin impacte ambiental sobre els sòls i les aigües freàtiques causaria la recuperació d'aquests metalls mitjançant lixiviació àcida artesanal o informal, comparant-la amb una hidrometal·lúrgia industrial en circuit tancat.

Analitza les següents dades simplificades de l'Anàlisi de Cicle de Vida (ACV) per a la producció d'1 t d'alumini:

• Alumini primari (a partir de bauxita): consum energètic = 170 GJ; emissions = 12 t CO₂ eq; residus sòlids = 1,8 t de llims vermells càustics amb metalls pesants.

• Alumini secundari (reciclatge de ferralla): consum energètic = 15 GJ; emissions = 0,6 t CO₂ eq; residus sòlids = 0,1 t d'escòries salines.

1. a) Interpreta les dades i calcula el percentatge d'estalvi energètic i de reducció d'emissions de GEH que suposa l'economia circular en aquest metall enfront de la via extractiva lineal.
2. b) En la indústria automobilística es barregen diferents aliatges d'alumini amb magnesi, zinc o silici. Justifica per què el «downcycling» (reciclatge amb pèrdua de puresa i de prestacions mecàniques) suposa un coll d'ampolla per tancar el cicle i com l'ecodisseny pot evitar-ho.
3. c) Un fabricant afirma: «Substituir l'alumini per plàstics reforçats amb fibra de carboni en els vehicles redueix la petjada ecològica global perquè evita la mineria de bauxita». Rebat o matisa aquesta afirmació analitzant el cicle de vida complet del substitut (origen petroquímic i dificultat de reciclatge al final de la seva vida útil).

L'Agència Internacional de l'Energia estima que fabricar un vehicle elèctric requereix de mitjana uns 205 kg de minerals crítics (coure, liti, níquel, manganès, cobalt i terres rares), enfront dels 35 kg que necessita un vehicle de combustió interna convencional.

1. a) Analitza la paradoxa ambiental: si el desplegament del vehicle elèctric busca descarbonitzar el transport per frenar el canvi climàtic, prediu quines tensions geomorfològiques, hidrològiques i geoquímiques locals es traslladaran a les zones mineres si el parc mòbil mundial (1.400 milions de cotxes) es reemplaça a raó d'1:1.
2. b) Un informe corporatiu preveu que per a l'any 2032 el 100 % dels metalls crítics de les seves bateries provindrà del reciclatge dels seus propis vehicles. Demostra mitjançant el concepte de temps de residència i la taxa de creixement del parc de vehicles per què aquesta fita és matemàticament impossible a mitjà termini.
3. c) Justifica com la substitució de tecnologies de bateria (per exemple, cel·les de sodi-ió en lloc de liti-ió, o càtodes de fosfat de ferro i liti sense cobalt ni níquel) redueix el risc geològic de desabastiment, atenent a l'abundància cortical de cada element.

L'anàlisi hidroquímica del lixiviat que brolla del peu d'un dipòsit d'estèrils d'una mina abandonada rica en pirita ($FeS_2$) dona els següents valors: pH = 2,4; $[SO_4^{2-}] = 3.800\text{ mg/L}$; $[Fe^{total}] = 750\text{ mg/L}$; concentració de cadmi i arsènic 50 vegades per sobre de la norma de qualitat ambiental. A 1,5 km aigües avall, aquest torrent conflueix amb un riu d'aigües dures el llit del qual discorre sobre calcàries ($CaCO_3$).

1. a) Escriu la reacció global d'oxidació de la pirita en presència d'aigua i oxigen atmosfèric. Justifica per què l'activitat metabòlica de bacteris quimiolitòtrofs (com ara Acidithiobacillus ferrooxidans) accelera aquest procés de manera exponencial i converteix el drenatge en un fenomen autosostingut durant dècades després del tancament de l'explotació.
2. b) Prediu amb detall els processos químics que tindran lloc a la zona de barreja amb el riu calcari: canvis en el pH, formació del precipitat ocre d'hidròxids fèrrics (schwertmannita/goethita) i la consegüent alteració de la penetració lumínica i de la comunitat bentònica.
3. c) Dissenya un sistema de tractament passiu per a aquest efluent que combini un dren anòxic calcari previ amb un aiguamoll anaerobi de flux subsuperficial amb compost orgànic. Justifica el paper dels bacteris sulfat-reductors en la immobilització dels metalls pesants dissolts.

El 1998 va col·lapsar per cisallament basal la bassa de decantació d'Aznalcóllar, abocant al riu Guadiamar més de 5 milions de m³ d'aigües àcides i llims pirítics rics en zinc, plom, arsènic i cadmi en direcció a Doñana.

1. a) Després del buidatge accidental, una de les primeres mesures d'emergència va consistir a retirar mecànicament els llims abans de la temporada de pluges de tardor mitjançant pales mecàniques, retirant a més els primers centímetres de sòl subjacent. Justifica geoquímicament per què era crític evitar que els llims s'assequessin al sol i s'oxidessin in situ sobre el sòl al·luvial.
2. b) Durant la fase de restauració («Corredor Verd del Guadiamar») es van aplicar esmenes calcàries i compost al sòl restant i es va prohibir el pasturatge i el conreu agrícola, apostant per la fitoestabilització amb àlbers (Populus alba) i tamarius (Tamarix africana). Justifica el principi edàfic i ecotoxicològic d'aquesta decisió enfront de permetre l'ús agrícola o recórrer a la fitoextracció.
3. c) Moltes basses històriques es recreixien mitjançant el mètode d'«aigües amunt» (recolzant els dics successius sobre els mateixos llims ja decantats). Justifica per què aquest disseny geotècnic presenta un alt risc de ruptura per liqüefacció sísmica o sobrepressió intersticial i compara'l amb l'alternativa moderna del dipòsit de residus miners secs (dry stacking).

Gairebé el 70 % del cobalt refinat utilitzat en l'electrònica i automoció global s'extreu al cinturó cuprífer de la República Democràtica del Congo, on conviuen explotacions industrials amb mineria artesanal informal sense controls de salut laboral ni tractament d'escorrenties tòxiques.

1. a) Aplica els conceptes de «petjada ecològica extraterritorial» i «costos externalitzats» per explicar per què el preu de mercat d'un producte que incorpora aquests metalls no reflecteix el seu veritable cost de reposició ambiental ni humà.
2. b) Una directiva europea de diligència deguda en les cadenes de subministrament exigeix a les multinacionals certificar que els seus minerals estan lliures de vulneracions de drets i de contaminació de conques fluvials. Prediu dues dificultats tècniques i de traçabilitat mineralògica que sorgeixen per auditar la procedència del mineral quan aquest passa per foses intermèdies que barregen partides d'orígens diversos.
3. c) Avalua de manera crítica si les campanyes de «consum responsable» individual són suficients per resoldre la injustícia ambiental associada a l'extracció minera global o si es requereixen transformacions estructurals en la taxa de reposició de dispositius i tractats de governança internacional de recursos.

Una ciutat de 120.000 habitants genera cada any unes 18 t de residus de plaques electròniques i telèfons mòbils en desús. No obstant això, les deixalleries municipals només aconsegueixen recollir un 15 % d'aquest material; la resta acaba retinguda a les llars («efecte tresorització») o barrejada indegudament amb la fracció de resta.

1. a) Si el residu recollit conté 280 g d'or per tona i l'eficiència del procés metal·lúrgic de recuperació és del 85 %, calcula quants grams d'or pur s'estan perdent anualment a la ciutat a causa del 85 % de residus que no entren en el circuit de reciclatge.
2. b) Compara dues rutes de tractament per a les plaques triturades: la pirometal·lúrgia (fosa en forn d'alta temperatura) enfront de la biolixiviació bacteriana amb Acidithiobacillus. Analitza els avantatges i inconvenients de cadascuna en termes de consum energètic, emissions atmosfèriques i temps de processament.
3. c) Dissenya un pla municipal integral per elevar la captació d'aquests residus per sobre del 70 %: proposa dues mesures d'incentiu econòmic o logística inversa domèstica i una modificació en els hàbits ciutadans, justificant per què augmentar únicament el nombre de contenidors a la via pública resulta ineficaç.

Repte del tema. Imagina que assessores el Ministeri per a la Transició Ecològica en la gestió sostenible d'un jaciment de liti en massissos granítics peninsulars. La teva missió és redactar una proposta tècnica raonada ($1,5$ pàgines) que integri la dinàmica terrestre i biosfèrica seguint aquestes fases:

1. Presa de dades reals: Accedeix al visor cartogràfic de l'IGME (igme.es) i localitza una massa ígnia espanyola. Anota la seva litologia principal (ex. granit o basalt) i els minerals d'interès econòmic i formadors de roca associats.

2. Connexió geodinàmica i biològica: Justifica com la deriva continental i la tectònica de plaques van generar aquest relleu mitjançant processos de magmatisme intrusiu o efusiu. Descriu com la meteorització d'aquestes roques allibera sals minerals que sustenten la vegetació local a través de les estructures de la nutrició radicular.

3. Pla de gestió i ús responsable: Dissenya una taula que avaluï dos impactes ambientals derivats de l'extracció d'aquest recurs geològic i proposa tres mesures viables per a la restauració del sòl i el foment de l'economia circular.

Es valorarà:

• Coherència en explicar la gènesi del relleu i el jaciment a partir de la tectònica de plaques i el magmatisme.

• Rigor en vincular els minerals de la geosfera amb les estructures de la nutrició vegetal.

• Qualitat de les dades de l'IGME i viabilitat ètica i ambiental de les mesures correctores proposades.