التنقيب عن المعادن.. معجزة الحضارات القديمة وهواجس الإنسان الحديث

حازت فكرة التعدين في الفضاء الخارجي على تفاعل واسع خلال السنوات القليلة الماضية، بسبب الوعود البرّاقة التي تحملها، وحتى هذه اللحظة فإنّ رحلتين فقط هما رحلة “هايابوسا” و”هايابوسا-2″، قد نجحتا في عملية استخراج كمية محدودة من العينات التي لا تتجاوز 7 غرامات ضمن أحد مشاريع وكالة الفضاء اليابانية التي تهدف إلى العمل على تعدين الكويكبات القريبة من الأرض، لما تحمله من مصادر مهمة وبديلة، وقد أظهرت العينات بعد التحليل الكيميائي أنها غنيّة بعنصر الكربون والماء، وبعض العناصر النبيلة أيضا.

ولاحقا هذا العام 2023 في شهر سبتمبر/أيلول، يُتوقع أن تعود مركبة الفضاء “أوزيريس-ريكس”، حاملةً عيّنات تتجاوز 60 غراما من الكويكب الكربوني “بينو”، بعد نجاح عملية استخراج المعادن التي بدأت قبل عامين تحت إشراف وكالة الفضاء الأمريكية “ناسا”.

إنّ هذه المحطات المحورية تضع العلماء اليوم في حالة ترقب، للبحث عن مدى إمكانية تنفيذ مشاريع ضخمة بهذا الحجم خارج الأرض، لا سيما أنّ ثمة كويكبات ضئيلة بحجم ملعب كرة القدم قد تحتوي على عنصر البلاتينيوم بما يعادل قيمة 50 مليار دولار، وهو عنصر مستخدم بكثرة في كثير من الصناعات التكنولوجية، إضافة إلى العناصر المحتملة التي يمكن استخدامها لتزويد مراكب الفضاء بالوقود اللازم. ولعلّ ذلك يطرح تساؤلا مهما حول علاقة الإنسان بالمعادن الموجودة على الأرض، ومدى وفرتها.1

والإجابة على تلك التساؤلات من شأنها تسليط الضوء على التحرك المفاجئ الذي نشهده اليوم في عمليات تعدين الأجرام السماوية القريبة من الأرض.

تشكل المعادن.. عوامل الجيولوجيا التي تصنع عالمنا

تُعد المعادن مواد صلبة غير عضوية، تشكّلت تحت ظروف وعمليات جيولوجية على فترات زمنية طويلة، ولها بناء بلّوري وتركيب كيميائي تُصنف على أساسهما، فتنقسم إلى معادن عنصرية وكبريتيدات وأكاسيد وهاليدات وفوسفات وكربونات وكبريتات وسيلكات، وتُعد السيلكات أشدها تعقيدا في التركيب. وعلم المعادن (Metallurgy) هو العلم المهتم بدراسة وتحليل وتصنيف كافة المعادن الموجودة في الكون.

وفقا للتعريف الجيولوجي، تُستثنى جميع تلك المعادن التي تتشكّل داخل الكائنات الحيّة أو بواسطتها؛ مثل الكالسيت والأراغونيت، وهي أنماط من كربونات الكالسيوم توجد عادة في الأصداف والهياكل العظمية والهياكل الخارجية للكائنات البحرية، مثل الشعاب المرجانية والرخويات والمنخربات، وغيرها من المعادن الأخرى.

ولا يقتصر الاختلاف في التركيب الكيميائي فحسب، بل يشمل الأمر الاختلاف الفيزيائي كذلك لكل عنصر عن غيره، وهو ما يضفي مزايا وسمات متفرّدة، فضلا عن أن صورا عدة قد تنشأ من العنصر نفسه، وفقا للتركيب الكيميائي الذي يُسمى “ظاهرة التآصل” (Allotropy). فالماس والغرافيت كلاهما يتألفان من عنصر الكربون النقي دون وجود أي عنصر آخر، لكن التركيب الكيميائي يمنح الماس أفضلية عالية على غيره، على مستوى صلابة المعدن وقسوته.

وبطبيعة الحال فإنّ المعادن على الأرض تظهر تجانسا جليا في الصخور، وقد يتكوّن الصخر من نوع واحد من المعادن أو من نوعين مختلفين أو حتى أكثر، ويُعزى هذا الاختلاف إلى العوامل الجيولوجية التي تطرأ على فترات زمنية متباينة.

ومن الخصائص الفيزيائية -التي تؤخذ بعين الاعتبار عند معاينة أيّ معدن- الشكل الخارجي والصلابة واللمعان والشفافية واللون والليونة والتشقق والكسر والتفكك والمغناطيسية والإشعاعية والتفاعل مع الأحماض، وكذلك الطعم والرائحة إن كان ذلك آمنا.

تطويع المعادن.. عبقرية إنسان الحضارات القديمة

وُجِدت المعادن على كوكب الأرض منذ القدم، لكن لم تأخذ جميعها حيّزا من الاستخدام البشري إلا في وقت متأخر من التاريخ، وأبسط مثال على ذلك معدن اليورانيوم الذي جاء اكتشافه وتصنيفه على يد الكيميائي الألماني “مارتن كلابروث” في أواخر القرن الثامن عشر، ليصبح لاحقا الحلقة المفصليّة في صناعة الأسلحة النووية.

كان ذلك عندما لاحظ العالم الإيطالي “إنريكو فيرمي” أثناءَ تجربته أن قصف ذرة من اليورانيوم بالنيوترونات ينتج عنه انبعاث “أشعة بيتا”، وهو ما أدى إلى اكتشاف قدرة اليورانيوم الكبيرة على الانشطار إلى عناصر أخف، وإطلاق طاقة ذات معدلات أعلى بكثير من غيره، بسبب وزنه الذري الأعلى من بين العناصر الطبيعية في الجدول الدوري.

اعتمد الإنسان منذ القدم على الحجر في صناعة وتشكيل أبسط الأدوات للاستخدام اليومي، وعُرفت تلك الفترة بالعصر الحجري، ومع مرور الوقت وتزامنا مع انتظام مفهوم الزراعة وبروز أهميته في المجتمعات القديمة، حدث قبل نحو 7 آلاف سنة أن تطوّرت قدرة الإنسان على تطويع ما هو أفضل من الحجارة لغرض الاستخدامات اليومية، وهو النحاس، فتعلّم طريقة سبكه وتشكيله ليستخدمه في الزراعة والصيد، وبسبب مَلاسته لم تكن تطبيقاته كثيرة، لكنها أصبحت محورية لما هو بعد ذلك، ومن هنا ظهر العصر النحاسي الذي لم يستمر طويلا بسبب اكتشاف القصدير.

لقد أدرك الأقدمون سر العلاقة التي تجمع بين القصدير والنحاس إذا ما تعرضا للتسخين والدمج جيدا، إذ ينتج عن ذلك الدمج معدن البرونز الذي يمتلك خصائص أشد صلابة وأكثر متانة وقدرة على التحمّل بعد التشكيل. وفي العصر البرونزي ظهرت ثورة كبرى في صناعة الأسلحة كإنتاج الدروع الصلبة، كما أنّ التماثيل البرونزية والمجسمات القديمة ما زالت تحتفظ بمعالمها الخارجية حتى اليوم. ومن حضارات العصر البرونزي تلك الأمم التي استقرّت في بلاد ما بين النهرين ومصر.

وبعد العصر البرونزي ظهر العصر الحديدي منذ حوالي 1200 عام ق.م، مع اكتشاف الحديد واتخاذه معدنا بديلا في صناعة الأسلحة والأدوات، وتكمن أفضليته على البرونز في كونه أقوى وأقسى، ولسبب آخر أكثر أهمية، وهو وفرة الحديد وانتشاره على سطح الأرض. وبظهور الحديد كعنصر أساسي فعّال في الصناعات، أخذت مدن العالم القديم بالازدهار والتطوّر معتمدة بنية تحتية لم يسبق لها مثيل. قال تعالى: ﴿وَأَنزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ﴾. سورة الحديد، الآية 25.

عصر الفولاذ.. مطية الصناعة إلى الحضارة الحديثة

كان مرور الوقت كفيلا بتطوير استخدام الحديد، إضافة إلى كونه قابلا للثني وإعادة التشكيل. ففي منتصف القرن التاسع عشر استطاع المخترع البريطاني “هنري بيسيمر” إحداث ثورة في تطوير الحديد وإنتاجه وجعله أكثر صلابة، عن طريق نفخ الهواء عبر الحديد المصهور، من أجل إزالة الشوائب والتحكم في محتوى الكربون، وهو ما أدى إلى ظهور ما يُعرف بالفولاذ.

وحينها بدأت ثورة الفولاذ المتمحورة حول إنتاج الصلب، من أجل بناء السكك الحديدة والجسور وناطحات السحاب التي غطّت المدن المركزية مثل نيويورك في بداية القرن التاسع عشر.2

وفي العصر الحديث، فتحت تقنيات التصنيع والاستخراج والدمج بابا جديدا على البشرية، وهو عالم السبائك، وهو الجمع بين معادن مختلفة لتحقيق خصائص بعينها. فعلى سبيل المثال أحدث تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ (Stainless Steel) ثورةً في تصنيع أدوات المطبخ والأدوات الطبية والمعدات الصناعية.

وكان لاكتشاف السبائك -مثل سبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم- أدوار حاسمة في صناعة الطيران والفضاء، ونتجت عن هذه السبائك مزايا جديدة مثل الوزن الخفيف في صناعة الطائرات، مع الحفاظ على سلامة هيكلها.

استهلاك المعادن.. حاجة ترافق الإنسان منذ لحظة ولادته

يتمحور التعدين حول عملية استخراج الموارد القيّمة التي لا يمكن تصنيعها أو زراعتها، وبغض النظر عن رحلة الإنسان القديمة بالتعدين، فإنّ استهلاك البشر للمعادن على النحو السليم دائما ما كانت حاجة ملحة، ويزداد الأمر ضرورة مع تقدم الوقت نظرا لنمط حياتنا اليوم.

ووفقا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS)؛ يحتاج الإنسان في حياته منذ لحظة ولادته إلى 350 كيلوغراما من الزنك في الأدوات المنزلية ومستحضرات التجميل وغير ذلك، و400 كيلوغرام من الرصاص في الأجهزة الطبية والبطاريات وغيرها، و750 كيلوغراما من النحاس للقطع والأسلاك الكهربائية، و1800 كيلوغرام من الألومنيوم للأجهزة والألعاب والطائرات، و16500 كيلوغرام من الحديد لاستخدامات أخرى. ومجموع هذه المعادن الخمسة فقط يعادل 20 طنا للشخص الواحد.3

أساليب التعدين.. فنون استخراج الكنوز من باطن الأرض

على مستوى أساليب التعدين، ثمّة أربع طرق أساسية معتمدة وهي: التعدين تحت الأرض، والتعدين السطحي، والتعدين الغريني، والتعدين الميداني. وكل طريقة تتوافق مع نوع المعدن المراد استخراجه، وموقعه من سطح الأرض، وكذلك تكلفة الاستخراج. كما أنّ كل طريقة تتراوح فيها درجات السلامة وتأثيراتها على البيئة المحيطة.

التعدين تحت الأرض: يبدأ من عمق 300 متر إلى أكثر من 3 كم، ويمكن للإنسان اليوم الغوص في قشرة الأرض بحثا عن المعادن الثمينة كالذهب والفضة، وأيضا الرصاص. والتعدين تحت سطح الأرض عملية محفوفة بالأخطار، وهي معرضة للانهيار في كثير من اللحظات، وثمّة قصص كثيرة تُروى على ألسنة الناجين من انهيار المناجم في باطن الأرض.

وتخضع عملية بناء المناجم لدراسات مطوّلة لفهم طبيعة الأرض، ورسم الطرق الصحيحة للوصول إلى مصدر المعدن، ثمّ آلية استخراجه ونقله إلى سطح الأرض، مع توفير شروط السلامة والظروف الصحية الملائمة لعمّال المناجم. وثمّة نماذج متعددة حول العالم للمناجم العميقة، لكن أشدّها عمقا هو منجم “مبونينغ” للذهب، ويقع في مدينة كارلتونفيل في جنوب أفريقيا، ويقبع على عمق 4 كم تحت سطح الأرض، وهو أطول من برج خليفة بنحو 5 أضعاف.

التعدين السطحي: عادة ما تكون هذه المعادن في حقول قريبة من سطح الأرض، ولا يتطلب الأمر عناء كبيرا لاستخلاصها، لذا تعد تكلفتها زهيدة نسبيا. وتنتشر هذه الحقول حول العالم، وترتبط عادة بالمعادن الرخيصة الأقل تكلفة من غيرها، مثل الحديد والمنغنيز والفحم والليثيوم وغيرها الكثير. وتظهر هذه الحقول على هيئة حفر عملاقة أو مدرجات ذات سلالم تُبنى بحذر؛ لمنع ترسب المياه والسيول وتجمعها في الجوف، مما قد يؤدي إلى إعاقة العمل.

التعدين الغريني: هو من أقدم الأساليب وأبسطها، وهو طريقة لفصل المعادن الثمينة من الرواسب من خلال الغربلة. غالبا ما يحدث التعدين الغريني في مجاري الأنهار والرمال والبيئات التي يوجد بها تراكم طبيعي للرواسب. والمعادن الشائعة التي تُجمع باستخدام التعدين الغريني تشمل البلاتين والقصدير والماس وبعض الذهب، ويستخرج ما لا يقل عن 50% من التيتانيوم في العالم من هذا النوع من عمليات التعدين.

التعدين الميداني: يشار إليه أيضا باسم “التعدين بالتحليل” (Solution Mining)، وهو عملية استخراج المعادن مثل النحاس واليورانيوم من خلال آبار محفورة في المناطق الترسبية، فعن طريق إذابة المعادن عن الشوائب بضخ مواد كيميائية تحت الأرض يمكننا الحصول على مواد خام.4

آثار التعدين المدمرة.. ضريبة النزعة الاستهلاكية الحديثة

نعيش اليوم في عالم تغلبه النزعة الاستهلاكية المفرطة، دون مراعاة إمكانية إعادة تدوير معظم النفايات الناتجة، وبحكم النمط المعيشي الحديث، فإنّ الاستهلاك يحتم علينا الإفراط في التعدين إلى مراحل قصوى لم يشهدها كوكب الأرض من قبل.

هذا مع أخذنا بعين الاعتبار للعائد المادي الطائل الذي تجاوزت أرباحه 544 مليار دولار في سنة 2020 على مستوى أضخم 40 شركة في مجال التعدين، مع تنامٍ مستمر لهذا السوق وفقا لآخر الإحصائيات، مما يفتح أعين الطامعين في الاستزادة دون قيود.5

وكما أنّ للتعدين آثارا حسنة على حياتنا وعلى ما آلت إليه حضارتنا اليوم، فإن ثمة جانبا سيئا قلّما سُلّطت عليه الأضواء، وبقي حتى هذه اللحظة حديثا عابرا، شأنه شأن الاحتباس الحراري الذي أخذت نتائجه تتضح يوم بعد يوم. فللتعدين آثار سلبية على البيئة قد تندرج في عدة نقاط، ومنها استهلاك الماء المفرط بحكم المراحل التي تمر بها عملية التعدين.

ومن تلك المراحل مثلا إزالة الغبار، وإذابة الجسيمات العالقة، وعمليات الغربلة على ضفاف الأنهار والمسطحات المائية، وهو ما ينتج عنه تلوث الماء بشدة، مما يمنع الاستفادة منه لاحقا، وبالتالي قد ينتهي الأمر في نهاية المطاف إلى إجهاد مائي أو شح في الماء، لا سيما إذا ما كانت المياه المستخدمة غير مالحة.

مخلفات التعدين.. كوارث تفسد الأرض وتخنق الأجواء

تعد مخلفات التعدين من المشاكل الكبرى التي تواجه العالم اليوم، وهي مشكلة شائعة في الدول النامية التي تعاني من سوء إدارة المخلفات والنفايات ولا تخضع لرقابة دولية صارمة، وهي تندرج ضمن ما يُسمى “التعدين الحرفي”، إذ يخلّف التعدين مواد كيميائية ضارة وسامة ومشعة في كثير من الأحيان، وعدم وجود خطة لاحقة للتخلص من هذه النفايات قد ينشأ عنه تلوث بيئي خطير، ومن تلك الظواهر نشوء سدود وأكوام من المخلفات سواء على الأرض أو في المياه.

ومن ضمن المخلفات أيضا الطرق والسكك الحديدة المؤقتة التي تُبنى دون تخطيط وتوافق مع اللوائح المدنية المحلية، فتنتهك هذه الخطوط سلامة النظام البيئي من حيوانات ونباتات، وكثيرا ما كانت إزالة الأشجار بشكل عشوائي إحدى علامات التخطيط غير المدروس، كما هو حاصل الآن في دولة الغابون بسبب مناجم استخراج خام الحديد، إذ يؤثر سلبا على طبيعة الغابات الاستوائية على المدى البعيد.

ولا ننسى التعريج على انبعاثات الغازات الدفيئة التي تؤدي إلى الاحتباس الحراري، فإن ذلك يحدث أيضا بسبب تشوّه الغطاء النباتي الموجود، بالإضافة إلى اعتبارات أخرى بسبب استخدام الوقود الأحفوري في إنتاج الطاقة في كثير من عمليات التعدين، وخلال المراحل المختلفة من سلسلة الإنتاج، فعلى سبيل المثال يؤدي استخراج كيلوغرام واحد من الماس إلى إنتاج حوالي 800 طن من غاز ثاني أوكسيد الكربون.6

ومع آخر صرخات التصنيع والتكنولوجيا المستجدة، فإنّ السيارات الكهربائية بدأت تضع بصمتها في عالم صناعة السيارات، ورغم أنّ الحفاظ على البيئة وحماية الكوكب من استهلاك الوقود الأحفوري هو جزء من أهداف التوجه العالمي نحو السيارات الكهربائية، فإنّ المشكلة ما زالت حاضرة بسبب استخدام البطاريات الكهربائية التي تعتمد على تعدين الليثيوم بوسائل لا تقلّ ضررا عن استخدام السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي، لنظل فعليا في نفس المعضلة.

فهل يكون البديل الأمثل هو التعدين في الفضاء؟7

 

المصادر:

[1] تشانغ، سيسي (2018). قصة لمهتمي تعدين الكويكبات. الاسترداد من: https://cen.acs.org/physical-chemistry/astrochemistry/tale-2-asteroid-sample-return/96/i39

[2] سافيل، جيمس (التاريخ غير معروف). هنري بسيمر. الاسترداد من: https://www.britannica.com/biography/Henry-Bessemer

[3] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). ما هو حجم إمداد المعادن مدى الحياة للشخص العادي؟. الاسترداد من: https://www.usgs.gov/faqs/how-large-a-lifetime-supply-minerals-average-person?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products

[4] سميث، بريت (2019). دليل لأربع طرق رئيسية للتعدين. الاسترداد من: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=18547

[5] واتشلس، سامي (التاريخ غير معروف). الآثار البيئية التي يسببها التعدين. الاسترداد من: https://earth.org/environmental-problems-caused-by-mining/

[6] تروكوست اي اس جي. ورقة بحثية: التأثير الاجتماعي والاقتصادي والبيئي لتعدين الماس على نطاق واسع. الاسترداد من: https://www.spglobal.com/marketintelligence/en/documents/the-socioeconomic-and-environmental-impact-of-large-scale-diamond-mining_dpa_02-may-2019.pdf

[7] كراسوس، كليفرد، واوينج، جاك (2023). ندرة الليثيوم تدفع شركات صناعة السيارات إلى أعمال التعدين. الاسترداد من: https://www.nytimes.com/2023/07/02/business/lithium-mining-automakers-electric-vehicles.html