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691 Pages·2012·4.18 MB·English

by  Salem Press

earth Science:
earth Materials and
Resources

earth Science:
earth Materials and
Resources
Volume 1
Editor
Stephen I. Dutch, Ph.D.
University of Wisconsin-Green Bay
Salem Press
A Division of EBSCO Publishing
Ipswich, Massachusetts
Cover Photo: San Francisco Area, USA, Petrochemical Refinery at Sunrise - Towers Sillouette
© Chris Cheadle/All Canada Photos/Corbis
Copyright © 2013, by Salem Press, A Division of EBSCO Publishing, Inc.
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Printed Library Materials, Z39.48-1992 (R1997).
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Earth science. Earth materials and resources / editor, Steven I. Dutch, Ph. D., University of Wisconsin-Green
Bay.
pages cm
Includes bibliographical references and index.
ISBN 978-1-58765-989-8 (set) -- ISBN 978-1-58765-981-2 (set 3 of 4) -- ISBN 978-1-58765-982-9 (volume 1) --
ISBN 978-1-58765-983-6 (volume 2) 1. Geology, Economic. 2. Mines and mineral resources. I. Dutch, Steven
I. II. Title: Earth materials and resources.
TN260.E25 2013
553--dc23
2012027580
PRINTED IN THE UNTED STATES OF AMERICA
Contents
Publisher’s Note · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·vii Fertilizers · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·143
Introduction · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ix Gem Minerals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·148
Contributors · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · xi Geographic Information Systems · · · · · · · · · · · · · · ·154
Common Units of Measure · · · · · · · · · · · · · · · · · · · xiii Geologic Settings of Resources · · · · · · · · · · · · · · · · ·159
Complete List of Contents · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · xix Geothermal Power · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·163
Category List of Contents · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · xxi Gold and Silver · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·169
Granitic Rocks · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·175
Aluminum Deposits · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 Hazardous Wastes · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·180
Andesitic Rocks · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 High-Pressure Minerals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·185
Anorthosites · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·10 Hydroelectric Power · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·189
Basaltic Rocks · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·15 Hydrothermal Mineralization · · · · · · · · · · · · · · · · ·194
Batholiths · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20 Igneous Rock Bodies · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·197
Biogenic Sedimentary Rocks · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·26 Industrial Metals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·202
Biopyriboles · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·31 Industrial Nonmetals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·208
Blueschists · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·37 Iron Deposits · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·214
Building Stone · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·44 Kimberlites · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·218
Carbonates · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·48 Komatiites · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·224
Carbonatites · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·53 Landfills · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·229
Cement · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·58 Land Management · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·234
Chemical Precipitates · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·63 Landslides and Slope Stability · · · · · · · · · · · · · · · · ·240
Clathrates and Methane Hydrates · · · · · · · · · · · · · · ·67 Land-Use Planning · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·245
Clays and Clay Minerals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·71 Land-Use Planning in Coastal Zones · · · · · · · · · · · ·250
Coal · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·76 Limestone · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·255
Contact Metamorphism · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·82 Lithium · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·260
Crystals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·86 Manganese Nodules · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·264
Desertification · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·90 Metamictization · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·268
Diagenesis · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·96 Metamorphic Rock Classification · · · · · · · · · · · · · · ·273
Diamonds · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·101 Metamorphic Textures · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·280
Dolomite · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·107 Metasomatism · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·285
Earth Resources · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·111 Minerals: Physical Properties · · · · · · · · · · · · · · · · · ·291
Earth Science and the Environment · · · · · · · · · · · ·116 Minerals: Structure · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·297
Earth System Science · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·121 Mining Processes · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·303
Evaporites · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·124 Mining Wastes · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·308
Expansive Soils · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·128 Nesosilicates and Sorosilicates · · · · · · · · · · · · · · · · ·313
Extraterrestrial Resources · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·133 Non-Silicates · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·318
Feldspars · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·138
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PubLisher’s note
Salem Press’s Earth’s Materials and Resources pro- history of each subject are provided and detail im-
vides a two-volume introduction to the major topics portant contextual information on the topic. The
of study in the earth’s physical processes and struc- text itself is organized with informative subheadings
tures and offers a comprehensive revision and up- that guide readers to areas of particular interest.
date to an earlier edition, published by Salem Press An annotated Bibliography closes each essay and re-
in 2001. fers the reader to external sources for further study
The essays in this collection cover a wide range that are useful to both students and nonspecialists.
of subject areas, including economic and energy Finally, a list of cross-references directs the reader
resources; minerals, soil, and rock; and issues sur- to other subject-related essays within the set. At the
rounding such fields as petroleum geology and engi- end of each volume, several appendices are designed
neering. Areas of special attention include develop- to assist in the retrieval of information, including a
ments in resource use and its environmental impact, Glossary that defines key terms contained in each set,
which is a major field of study that continues to show a Periodic Table of Elements, the Mohs Scale of mineral
rapid growth. The editor, Steven I. Dutch, Ph.D., has hardness, and an Energy Source Comparison.
reviewed each article for scientific authority and en- Salem Press’s Earth’s Materials and Resources is part
sured each essay’s currency. of a series of Earth science books that includes Physics
Designed for high school and college students and and Chemistry of the Earth, Earth’s Surface and History,
their teachers, these volumes provide hundreds of and Earth’s Weather, Water, and Atmosphere.
expertly written essays supplemented by illustrations, Many hands went into the creation of these vol-
charts, and useful reference materials, resulting in umes. Special mention must be made of its editor,
a comprehensive overview of each topic. Librarians Steven I. Dutch, who played a principal role in
and general readers alike will turn to this reference shaping the reference work and its contents. Thanks
work for both foundational information and current are also due to the academicians and professionals
developments. who communicated their expert understanding of
Each essay topic begins with helpful reference in- Earth science to the general reader; a list of these
formation, including a summary statement that ex- individuals and their affiliations appears at the be-
plains its significance in the study of the earth and ginning of the volume. The contributions of all are
its processes. Principal Terms define key elements or gratefully acknowledged.
concepts related to the subject. The background and
vii

introDuCtion
In the eleven years since this volume was first to find an oil field that size every thirty-five days, not
published, there have been many dramatic changes every twelve years.
in our understanding of Earth materials and in the One development that was all but unknown in
availability of Earth resources. This revised volume 2001 but that is very much in the news today is
reflects those changes. “fracking,” or fracturing reservoir rocks to liberate
First is that many statistics on resource avail- oil and natural gas. One potential belt of rocks
ability needed to be updated; articles mentioning suitable for fracking extends along the west side of
oil at $35 per barrel seem almost quaint in 2012. the Appalachians through highly populated states,
Resources that were nearly unknown in 2001 have where the notion has raised fears of contamination
emerged as vital today. Foremost among them are of groundwater and other hazards. “Peak oil”—the
lithium, used in rechargeable batteries, and other point where global demand will exceed the physical
rare earth elements used in electronics. Known capability to extract oil from the ground—is widely
supplies of lithium are sufficient for consumer expected to occur in the first half of the twenty-
electronics, but if lithium batteries become widely first century. But a new resource peak has begun
used for powering automobiles, these lithium re- to cause concern: peak phosphorus. Our ability
sources could become severely strained. Rare earth to feed our population is critically dependent on
elements are produced in many places, but virtu- phosphorus fertilizers, and five countries hold
ally all of the world’s refining capacity is in China, 90 percent of the world’s known phosphate rock.
a geopolitical fact with far-reaching strategic Much of our phosphate fertilizer is lost to runoff
consequences. and carried out to sea by rivers. There, it can cause
Resource issues are tied to social issues as well. the eutrophication of coastal waters and create
Conflict or “blood” diamonds were used to finance dead zones, and much of it ends up in deep water
civil wars in parts of Africa and were frequently where it remains indefinitely. Fortunately, phos-
mined by slave labor. A system of international regu- phorus, unlike oil, can be recycled from human
lations on the import of diamonds has significantly and animal wastes or from plant matter through
curtailed the conflict diamond trade. Although many no-till agriculture. Although the idea of recycling
are aware of blood diamonds, notably from films like wastes for fertilizer may seem unappetizing, it is a
Die Another Day (2002) and Blood Diamond (2006), millennia-old practice in many regions.
not many know of a similar problem with rare earth Resource use also entails risk, and several dramatic
minerals used in electronics. This issue is most acute disasters in the past decade require inclusion in this
in the Congo region of central Africa where small, revised volume. Foremost is probably the Deepwater
hand-dug mines extract columbite and tantalite, Horizon drilling disaster of 2010, in which an oil rig
known as “col-tan” in mining circles. The col-tan is in the Gulf of Mexico blew up, burned, and sank,
frequently stolen by military and paramilitary groups releasing the largest oil spill in history. The great
and sold either to buy weapons or simply to enrich Japanese earthquake of 2011 caused immense loss
the thieves. of life from tsunamis, but it also severely damaged
Other important updates relate to the future avail- the nuclear power plant at Fukushima, releasing
ability of resources. Oil is just as finite in 2012 as it was radiation comparable to that from the infamous
in 2001, and despite new discoveries and improved Chernobyl disaster of 1986. The Japanese disaster,
methods of exploiting unconventional resources, we however, was better contained, and most of the radia-
are still using oil several times faster than it is being tion dispersed into the Pacific rather than over popu-
discovered. For example, in June 2011, an oil field lated landmasses. Mining mishaps continue to claim
was discovered in the Gulf of Mexico that would pro- lives, notably in China, which accounts for 80 percent
vide 700 million barrels of oil, which was the largest of the world’s mining fatalities and where over 2,400
discovery in the Gulf in twelve years. However, the miners died in 2010.
United States uses 20 million barrels of oil per day, so In editing the revised volume, my goals were first
to stay abreast of U.S. energy demand, we would have to ensure that the coverage was up-to-date. Several
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