Piasek -Sand

Wydmy w Idehan Ubari , Libia
Przedstawienie piasków:
szklany, wydmowy, kwarcowy
wulkaniczny, koral biogenny, różowy koral
wulkaniczny, granat, oliwin.
Próbki pochodzą z pustyni Gobi , Estonii , Hawajów i kontynentalnej części Stanów Zjednoczonych. (1x1 cm każdy)

Piasek to ziarnisty materiał składający się z drobno rozdrobnionych cząstek skalnych i mineralnych . Piasek ma różny skład, ale określa go wielkość ziarna. Ziarna piasku są mniejsze niż żwir i grubsze niż muł . Piasek może również odnosić się do fakturowej klasy gleby lub typu gleby; tj. gleba zawierająca ponad 85 procent masowych cząstek wielkości piasku.

Skład piasku jest różny w zależności od lokalnych źródeł skał i warunków, ale najczęstszym składnikiem piasku w śródlądowych ustawieniach kontynentalnych i nietropikalnych obszarach przybrzeżnych jest krzemionka (dwutlenek krzemu lub SiO 2 ), zwykle w postaci kwarcu .

Węglan wapnia jest drugim najczęściej występującym rodzajem piasku, na przykład aragonit , który w większości był tworzony w ciągu ostatnich 500  milionów lat przez różne formy życia, takie jak koralowce i skorupiaki . Na przykład jest to pierwotna forma piasku widoczna na obszarach, gdzie rafy dominowały w ekosystemie od milionów lat, takich jak Karaiby . Nieco rzadziej piasek może składać się z siarczanu wapnia , takiego jak gips i selenit , co można znaleźć w miejscach takich jak Park Narodowy White Sands i Narodowy Rezerwat Przyrody Salt Plains w USA

Piasek jest nieodnawialnym zasobem w ludzkiej skali czasu, a piasek odpowiedni do produkcji betonu jest bardzo poszukiwany. Piasek pustynny, choć obfity, nie nadaje się na beton. Każdego roku do budowy zużywa się 50 miliardów ton piasku plażowego i piasku kopalnego.

Kompozycja

Minerały ciężkie (ciemne) w kwarcowym piasku na plaży ( Chennai , Indie)
Piasek z Pismo Beach w Kalifornii . Składniki to przede wszystkim kwarc , czert , skały magmowe i fragmenty muszli .

Dokładna definicja piasku jest różna. Naukowy ujednolicony system klasyfikacji gleby stosowany w inżynierii i geologii odpowiada standardowym sitom amerykańskim i definiuje piasek jako cząstki o średnicy od 0,074 do 4,75 milimetra. Według innej definicji, pod względem wielkości cząstek stosowanej przez geologów , cząstki piasku mają średnicę od 0,0625 mm (lub 116  mm) o objętości około 0,00012 milimetrów sześciennych, do 2 mm, o objętości około 4,2 milimetrów sześciennych, różnica w objętościach wynosząca 34 688 mierzy różnicę. Każda cząstka mieszcząca się w tym zakresie rozmiarów nazywana jest ziarnem piasku . Ziarna piasku znajdują się pomiędzy żwirem (o ziarnach od 2 mm do 64 mm w drugim systemie i od 4,75 mm do 75 mm w pierwszym) a mułem (cząstki mniejsze niż 0,0625 mm do 0,004 mm). Specyfikacja rozmiaru między piaskiem a żwirem pozostaje stała od ponad wieku, ale średnice cząstek tak małe jak 0,02 mm uważano za piasek zgodnie ze standardem Alberta Atterberga używanym na początku XX wieku. Ziarna piasku w „ The Sand Reckoner ” Archimedesa spisanym około 240 roku p.n.e. miały średnicę 0,02 mm. Specyfikacja Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych z 1938 r . wynosiła 0,05 mm. Norma inżynierska z 1953 r. opublikowana przez Amerykańskie Stowarzyszenie Urzędników Dróg i Transportu określa minimalną wielkość piasku na 0,074 mm. Piasek jest ziarnisty podczas wcierania między palcami. Dla porównania muł przypomina mąkę .

ISO 14688 klasyfikuje piaski jako drobne, średnie i grube w zakresie od 0,063 mm do 0,2 mm do 0,63 mm do 2,0 mm. W Stanach Zjednoczonych piasek jest powszechnie podzielony na pięć podkategorii w zależności od rozmiaru: piasek bardzo drobny ( 1 1618  mm średnicy), piasek drobny ( 18  mm – 1 ⁄ 4 mm )  , piasek średni ( 1 4  mm – 12  mm), piasek gruboziarnisty ( 1 ⁄ 2 mm  1 mm) i piasek bardzo gruby (1 mm – 2 mm). Te rozmiary są oparte na skali phi Krumbeina , gdzie rozmiar w Φ = -log 2 D; D oznacza wielkość cząstek w mm. W tej skali dla piasku wartość Φ waha się od -1 do +4, z podziałami na podkategorie na liczbach całkowitych.

Zbliżenie na czarny wulkaniczny piasek z Perissa, Santorini , Grecja

Najpopularniejszym składnikiem piasku w kontynentalnych i nietropikalnych środowiskach przybrzeżnych jest krzemionka (dwutlenek krzemu lub SiO 2 ), zwykle w postaci kwarcu , który ze względu na swoją obojętność chemiczną i znaczną twardość jest najbardziej pospolity minerał odporny na warunki atmosferyczne .

Skład piasków mineralnych jest bardzo zmienny w zależności od lokalnych źródeł skał i warunków. Jasne białe piaski znalezione w obszarach przybrzeżnych tropikalnych i subtropikalnych to zerodowane wapienia i mogą zawierać fragmenty koralowców i muszli oprócz innego materiału fragmentarycznego pochodzenia organicznego lub organicznego, co sugeruje, że tworzenie piasku zależy również od żywych organizmów. Gipsowe wydmy w Parku Narodowym White Sands w Nowym Meksyku słyną z jasnego, białego koloru. Arkoza to piasek lub piaskowiec o znacznej zawartości skalenia , powstały w wyniku wietrzenia i erozji (najczęściej pobliskiej) wychodni skał granitowych . Niektóre piaski zawierają magnetyt , chloryt , glaukonit lub gips . Piaski bogate w magnetyt mają kolor od ciemnego do czarnego, podobnie jak piaski pochodzące z wulkanicznych bazaltów i obsydianu . Piaski chlorytowoglaukonitowe mają zazwyczaj kolor zielony, podobnie jak piaski pochodzące z lawy bazaltowej o dużej zawartości oliwinu . Wiele piasków, zwłaszcza tych, które występują powszechnie w Europie Południowej , zawiera żelazo w kryształkach kwarcu , co nadaje głęboki żółty kolor. Złoża piasku na niektórych obszarach zawierają granaty i inne odporne minerały, w tym niektóre małe kamienie szlachetne .

Źródła

Skały przez długi czas ulegają erozji lub wietrzeniu , głównie przez wodę i wiatr, a ich osady są transportowane w dół rzeki. Osady te nadal rozpadają się na mniejsze kawałki, aż stają się drobnymi ziarnami piasku. Rodzaj skały, z której powstał osad i intensywność środowiska, dają różne składy piasku. Najczęściej występującą skałą tworzącą piasek jest granit , w którym minerały skalenia rozpuszczają się szybciej niż kwarc , powodując rozpad skały na małe kawałki. W środowiskach o wysokiej energii skały rozpadają się znacznie szybciej niż w bardziej spokojnych warunkach. W skałach granitowych prowadzi to do większej ilości minerałów skalenia w piasku, ponieważ nie mają one wystarczająco dużo czasu na rozpuszczenie. Piasek powstały w wyniku wietrzenia jest określany terminem „epiklastyczny”.

Piasek z rzek zbierany jest albo z samej rzeki, albo z jej terenów zalewowych i stanowi większość piasku wykorzystywanego w budownictwie. Z tego powodu wiele małych rzek zostało wyczerpanych, powodując obawy o środowisko i straty gospodarcze na sąsiednich terenach. Tempo wydobycia piasku na takich obszarach znacznie przewyższa tempo, w jakim piasek może się uzupełniać, co czyni go nieodnawialnym zasobem.

Wydmy są konsekwencją suchych warunków lub osadzania się wiatru. Sahara jest bardzo sucha ze względu na swoje położenie geograficzne i bliskość równika . Znana jest z rozległych wydm, które istnieją głównie z powodu braku roślinności i wody. Z biegiem czasu wiatr zdmuchuje drobne cząstki, takie jak glina i martwa materia organiczna, pozostawiając tylko piasek i większe skały. Tylko 15% Sahary to wydmy, a 70% to nagie skały. Wiatr jest odpowiedzialny za tworzenie tych różnych środowisk i kształtowanie okrągłego i gładkiego piasku. Te właściwości sprawiają, że piasek pustynny nie nadaje się do budowy.

Piasek plażowy powstaje również w wyniku erozji. Przez tysiące lat w pobliżu linii brzegowej erodowały skały z powodu ciągłego ruchu fal i gromadzenia się osadów. Wietrzenie i osadzanie się rzek również przyspieszają proces tworzenia plaży, wraz z interakcjami zwierząt morskich ze skałami, na przykład zjadaniem z nich glonów. Gdy jest wystarczająca ilość piasku, plaża działa jak bariera, która zapobiega dalszej erozji gruntu. Piasek ten jest idealny do budowy, ponieważ jest kanciasty i różnej wielkości.

Piasek morski (lub piasek oceaniczny) pochodzi z osadów transportowanych do oceanu i erozji skał oceanicznych. Grubość warstwy piasku jest różna, jednak często występuje więcej piasku bliżej lądu; ten rodzaj piasku jest idealny do budowy i jest bardzo cennym towarem. Europa jest głównym źródłem wydobycia piasku morskiego, który bardzo szkodzi ekosystemom i lokalnym rybołówstwu.

Badanie

Skaningowy mikrograf elektronowy pokazujący ziarna piasku
Ziarna piasku bez pestek z Pustyni Zachodniej w Egipcie. Wżery są konsekwencją transportu wiatrowego.

Badanie poszczególnych ziaren może ujawnić wiele informacji historycznych na temat pochodzenia i rodzaju transportu ziarna. Piasek kwarcowy , który niedawno zwietrzał z granitowych lub gnejsowych kryształów kwarcu, będzie kanciasty. Nazywany jest grus w geologii lub ostrym piaskiem w budownictwie, gdzie jest preferowany do betonu, oraz w ogrodnictwie, gdzie jest używany jako dodatek do gleby w celu spulchniania gleb gliniastych. Piasek transportowany na duże odległości przez wodę lub wiatr będzie zaokrąglony, z charakterystycznymi wzorami ścierania na powierzchni ziarna. Piasek pustyni jest zazwyczaj zaokrąglony.

Ludzie, którzy hobbystycznie zbierają piasek, nazywani są arenofilami . Organizmy, które rozwijają się w środowisku piaszczystym, to psammophile.

Zastosowania

Ziarna piasku żółtego piasku budowlanego. Mikroskop Lumam P-8. Oświetlenie EPI. Zdjęcie każdego ziarenka piasku jest wynikiem wieloogniskowego układania .
  • Ścieranie : Przed papierem ściernym mokry piasek był używany jako element ścierny pomiędzy obracającymi się urządzeniami o elastycznej powierzchni a twardymi materiałami, takimi jak bardzo twardy kamień (wykonanie kamiennych wazonów) lub metal (usuwanie starej plamy przed ponownym zabarwieniem miedzianych garnków).
  • Rolnictwo : Gleby piaszczyste są idealne dla upraw takich jak arbuzy, brzoskwinie i orzeszki ziemne, a ich doskonałe właściwości drenażowe sprawiają, że nadają się do intensywnej hodowli bydła mlecznego.
  • Filtracja powietrza : Drobniejsze cząstki piasku zmieszane z tkaniną były powszechnie stosowane w niektórych konstrukcjach filtrów masek przeciwgazowych , ale zostały w dużej mierze zastąpione mikrowłóknami .
  • Akwaria : Piasek jest tanim materiałem bazowym do akwarium, który według niektórych jest lepszy niż żwir do użytku domowego. Jest to również konieczne dla słonowodnych zbiorników rafowych , które naśladują środowiska składające się w dużej mierze z piasku aragonitowego pochodzącego z koralowców i skorupiaków .
  • Sztuczne rafy : piasek w workach z geowłókniny może służyć jako podstawa dla nowych raf.
  • Sztuczne wyspy w Zatoce Perskiej .
  • Odżywianie plaż : rządy przenoszą piasek na plaże , gdzie pływy, burze lub celowe zmiany linii brzegowej powodują erozję pierwotnego piasku.
  • Cegła : Zakłady produkcyjne dodają piasek do mieszanki gliny i innych materiałów do produkcji cegieł.
  • Kolba : Gruby piasek stanowi aż 75% kolby.
  • Beton : Piasek jest często głównym składnikiem tego krytycznego materiału budowlanego.
  • Szkło : Piasek bogaty w krzemionkę jest głównym składnikiem zwykłych szkieł.
  • Szczelinowanie hydrauliczne : technika wiercenia w gazie ziemnym, w której jako „podsadzkę” wykorzystuje się zaokrąglony piasek krzemionkowy, materiał do utrzymywania otwartych pęknięć spowodowanych procesem szczelinowania hydraulicznego.
  • Architektura krajobrazu: Piasek tworzy małe wzgórza i zbocza (przykładem mogą być pola golfowe).
  • Zaprawa : Piasek jest mieszany z cementem murarskim lub cementem portlandzkim i wapnem do stosowania w budownictwie murowym.
  • Farba : Mieszanie piasku z farbą zapewnia teksturowane wykończenie ścian i sufitów lub antypoślizgowych powierzchni podłogowych.
  • Koleje: maszyniści i operatorzy transportu kolejowego używają piasku do poprawy przyczepności kół na szynach.
  • Rekreacja: Zabawa z piaskiem to ulubiona aktywność na plaży. Jednym z najbardziej lubianych zastosowań piasku jest tworzenie czasem skomplikowanych, a czasem prostych konstrukcji znanych jako zamki z piasku , przysłowiowo nietrwałych. Na wielu publicznych placach zabaw, a nawet w niektórych domach jednorodzinnych, powszechne są specjalne place zabaw dla dzieci, obejmujące znaczną powierzchnię piasku, zwane piaskownicami. Wydmy są również popularne wśród wspinaczy, motocyklistów i kierowców wózków plażowych .
  • Drogi: Piasek poprawia przyczepność (a tym samym bezpieczeństwo ruchu) na lodzie lub śniegu.
  • Animacja na piasku : artyści performance rysują obrazy na piasku. Twórcy filmów animowanych używają tego samego terminu, aby opisać użycie piasku na szkle podświetlanym od frontu lub od tyłu.
  • Odlewanie piaskowe : Kółka nawilżają lub olejowy piasek formierski , znany również jako piasek odlewniczy , a następnie formują go w formy, do których wlewają stopiony materiał. Ten rodzaj piasku musi wytrzymywać wysokie temperatury i ciśnienie, umożliwiać ulatnianie się gazów, mieć jednorodny, mały rozmiar ziarna i nie reagować z metalami.
  • Worki z piaskiem : chronią przed powodziami i ostrzałem. Niedrogie torby są łatwe do transportu, gdy są puste, a niewykwalifikowani wolontariusze mogą szybko napełnić je lokalnym piaskiem w nagłych przypadkach.
  • Piaskowanie : Piasek sortowany służy jako środek ścierny podczas czyszczenia, przygotowywania i polerowania.
  • Krzem : Piasek kwarcowy jest surowcem do produkcji krzemu .
  • Broń termiczna : Piasek, który nie był już powszechnie używany, był podgrzewany i wylewany na najeźdźców w okresie klasycznym i średniowiecznym.
  • Filtracja wody : filtry medialne wykorzystują piasek do filtrowania wody. Jest również powszechnie stosowany przez wiele zakładów uzdatniania wody, często w postaci szybkich filtrów piaskowych .
  • Wuḍūʾ : islamski rytuał wycierania części ciała.
  • „Szkielety” Zoanthidów : Zwierzęta z tej rzędu morskich parzydełek bentosowych spokrewnionych z koralowcami i ukwiałami , włączają piasek do mezogleju , aby uzyskać wytrzymałość strukturalną, której potrzebują, ponieważ nie mają prawdziwego szkieletu.

Zasoby i kwestie środowiskowe

Tylko niektóre piaski nadają się do przemysłu budowlanego, na przykład do produkcji betonu . Ze względu na wzrost liczby ludności i miast oraz wynikającą z tego działalność budowlaną istnieje ogromne zapotrzebowanie na te specjalne rodzaje piasku, a zasoby naturalne są na wyczerpaniu. W 2012 roku francuski reżyser Denis Delestrac nakręcił film dokumentalny „ Sand Wars ” o skutkach braku piasku budowlanego. Pokazuje ekologiczne i ekonomiczne skutki legalnego i nielegalnego obrotu piaskiem budowlanym.

Do wydobywania piasku stosuje się metodę pogłębiania hydraulicznego. Działa to poprzez wypompowanie górnych kilku metrów piasku z wody i wrzucenie go do łodzi, która jest następnie transportowana z powrotem na ląd w celu przetworzenia. Niestety całe życie morskie zmieszane z wydobytym piaskiem ginie, a ekosystem może cierpieć przez lata po zakończeniu wydobycia. Wpływa to nie tylko na życie morskie, ale także na lokalne rybołówstwo z powodu utraty życia i społeczności żyjących blisko brzegu. Gdy piasek jest usuwany z wody, zwiększa się ryzyko osuwisk, które mogą prowadzić do utraty gruntów rolnych i/lub uszkodzenia mieszkań.

Wiele zastosowań piasku wymaga znacznego przemysłu pogłębiania , co budzi obawy środowiskowe związane z wyczerpywaniem się ryb, osuwaniem się ziemi i powodziami. Kraje takie jak Chiny, Indonezja, Malezja i Kambodża zakazują eksportu piasku, podając te kwestie jako główny czynnik. Szacuje się, że roczne zużycie piasku i żwiru wynosi 40 miliardów ton, a piasek to światowy przemysł o wartości 70 miliardów dolarów. Oczekuje się, że wraz z rosnącym wykorzystaniem będzie więcej pochodzić z recyklingu i alternatyw dla piasku.

Światowe zapotrzebowanie na piasek w 2017 r. wyniosło 9,55 miliarda ton w ramach przemysłu o wartości 99,5 miliarda dolarów.

Zagrożenia

Chociaż piasek jest ogólnie nietoksyczny, czynności związane z jego użyciem, takie jak piaskowanie , wymagają środków ostrożności. Worki z piaskiem krzemionkowym używane do piaskowania mają teraz etykiety ostrzegające użytkownika o konieczności noszenia ochrony dróg oddechowych, aby uniknąć wdychania drobnego pyłu krzemionkowego . Karty charakterystyki dla piasku kwarcowego stwierdzają, że „nadmierne wdychanie krzemionki krystalicznej jest poważnym problemem zdrowotnym”.

W obszarach o wysokim ciśnieniu porowym , piasek i słona woda mogą tworzyć ruchome piaski , czyli hydrożel koloidalny , który zachowuje się jak ciecz. Ruchome piaski tworzą znaczną barierę do ucieczki dla schwytanych stworzeń, które w rezultacie często umierają z powodu ekspozycji (nie zanurzenia).

Produkcja

Produkowany piasek (piasek M) to piasek wytworzony ze skały w sztucznych procesach, zwykle do celów budowlanych w cemencie lub betonie. Różni się od piasku rzecznego tym, że jest bardziej kanciasty i ma nieco inne właściwości.

Studium przypadku

W Dubaju w Zjednoczonych Emiratach Arabskich wykorzystanie piasku przy budowie infrastruktury i tworzeniu nowych wysp było bardzo wymagające. Wykorzystali własne rezerwy, a także sprowadzili piasek z Australii. Istnieją trzy projekty tworzenia sztucznych wysp, które wymagają ponad 835 milionów ton piasku, co kosztowało ponad 26 miliardów dolarów.

Zobacz też

Ziemia widziana z Apollo 17 z przezroczystym tłem.png Portal nauk o Ziemi

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Skutki uboczne wydobywania piasku