Γη διατόμων

Η γη διατόμων ή διατομίτης είναι φυσικό, μαλακό, πυριτικό ιζηματογενές πέτρωμα που μπορεί να θρυμματιστεί και να γίνει λεπτή λευκή έως υπόλευκη σκόνη. Έχει μέγεθος σωματιδίων που κυμαίνεται από περισσότερο από 3 μm έως λιγότερο από 1 mm, αλλά συνήθως 10 έως 200 μm. Ανάλογα με την κοκκοποίηση, αυτή η σκόνη μπορεί να έχει τραχεία αίσθηση, παρόμοια με τη σκόνη ελαφρόπετρας, και έχει χαμηλή πυκνότητα ως αποτέλεσμα του υψηλού πορώδους της. Η τυπική χημική σύνθεση της αποξηραμένης σε κάμινο γης διατόμων είναι 80-90% πυρίτιο, με 2-4% αλουμίνα (που αποδίδεται κυρίως σε ορυκτά αργίλου) και 0,5-2% οξείδιο σιδήρου.Η γη διατόμων αποτελείται από απολιθωμένα υπολείμματα διατόμων, έναν τύπο πρωτίστου με σκληρό κέλυφος. Χρησιμοποιείται ως βοήθημα διήθησης, ήπιο λειαντικό σε προϊόντα όπως γυαλιστικά μετάλλων και οδοντόκρεμα, μηχανικό εντομοκτόνο, απορροφητικό υγρών, παράγοντα για ματ επιστρώσεις, ενισχυτικό πληρωτικό σε πλαστικά και καουτσούκ, αντι-μπλόκ στις πλαστικές μεμβράνες, πορώδη υποστήριξη για χημικούς καταλύτες, άμμο γάτας, ενεργοποιητής σε μελέτες πήξης του αίματος, σταθεροποιητικό συστατικό του δυναμίτη, θερμομονωτικό και ως χώμα για φυτά σε γλάστρες και δέντρα όπως το μπονσάι.

 Κάθε κοίτασμα γης διατόμων είναι διαφορετικό, με ποικίλα μείγματα καθαρής γης διατόμων σε συνδυασμό με άλλους φυσικούς αργίλους και ορυκτά. Τα διάτομα σε κάθε κοίτασμα περιέχουν διαφορετικές ποσότητες διοξειδίου του πυριτίου, ανάλογα με τις συνθήκες καθίζησης, την παρουσία άλλων ιζημάτων (άργιλος, άμμος, ηφαιστειακή τέφρα) και την ηλικία της απόθεσης (διαγένεση, διάλυση/καθίζηση πυριτίου). Το είδος των διατόμων μπορεί επίσης να διαφέρει μεταξύ των αποθέσεων. Το είδος διατόμων εξαρτάται από την ηλικία και το παλαιοπεριβάλλον του κοιτάσματος. Με τη σειρά του, το σχήμα ενός διατόμου καθορίζεται από το είδος του. Πολλά κοιτάσματα σε όλη τη Βρετανική Κολομβία προέρχονται από την εποχή του Μειόκαινου και περιέχουν ένα είδος διατόμων γνωστό ως Melosira granulata. Αυτά τα διάτομα είναι περίπου 12 έως 13 εκατομμυρίων ετών και έχουν μικρό σφαιρικό σχήμα. Ένα κοίτασμα που περιέχει διάτομα αυτής της εποχής μπορεί να προσφέρει ορισμένα οφέλη έναντι άλλων. Για παράδειγμα, τα διάτομα από την εποχή του Ηώκαινου (περίπου 40 έως 50 εκατομμυρίων ετών) δεν είναι τόσο αποτελεσματικά στην ικανότητά τους να απορροφούν υγρά, επειδή καθώς τα παλαιότερα διάτομα ανακρυσταλλώνονται και οι μικροί πόροι τους γεμίζουν με πυρίτιο. Ο διατομίτης σχηματίζεται από τη συσσώρευση του άμορφα πυριτικά (οπάλιο, SiO2·nH2O) υπολείμματα νεκρών διατόμων (μικροσκοπικά μονοκύτταρα φύκια) σε λιμναία ή θαλάσσια ιζήματα. Τα απολιθώματα αποτελούνται από ένα ζεύγος συμμετρικών οστράκων ή κελυφών. Οι θαλάσσιοι διατομίτες βρίσκονται σε συνδυασμό με μια μεγάλη ποικιλία άλλων τύπων πετρωμάτων, αλλά οι λιμνοθάλασσες σχεδόν πάντα συνδέονται με ηφαιστειακά πετρώματα. Το διατομικό πυρίτιο αποτελείται από διατομίτη που έχει τσιμεντωθεί με πυρίτιο.Τα διάτομα είναι σε θέση να εξάγουν πυρίτιο από νερό που είναι λιγότερο από 1% κορεσμένο σε άμορφο πυρίτιο (δείκτης κορεσμού (SI): -2). Τα κελύφη τους παραμένουν αδιάλυτα επειδή περιβάλλονται από οργανική μήτρα. Τα ορυκτά αργίλου μπορεί επίσης να κατακρημνιστούν στα κελύφη και να τα προστατεύσουν από τη διάλυση στο θαλασσινό νερό. Όταν το διάτομο πεθαίνει, το κέλυφός του αφαιρείται από το οργανικό του στρώμα και εκτίθεται σε θαλασσινό νερό. Ως αποτέλεσμα, μόνο το 1% έως το 10% των κελυφών επιβιώνει αρκετά ώστε να θαφτεί κάτω από ιζήματα και μέρος αυτού διαλύεται μέσα στα ιζήματα. Μόνο ένα εκτιμώμενο 0,05% έως 0,15% της αρχικής ποσότητας πυριτίου που παράγεται από τα διάτομα διατηρείται στο ιζηματογενές αρχείο.Το κλίμα της Γης επηρεάζεται από τη σκόνη στην ατμόσφαιρα, επομένως ο εντοπισμός των κύριων πηγών ατμοσφαιρικής σκόνης είναι σημαντικός για την κλιματολογία. Πρόσφατες έρευνες δείχνουν ότι οι επιφανειακές εναποθέσεις γης διατόμων παίζουν σημαντικό ρόλο. Η έρευνα δείχνει ότι σημαντική σκόνη προέρχεται από το βαθύπεδο Μποντελέ στο Τσαντ, όπου οι καταιγίδες σπρώχνουν το χαλίκι διατομίτη πάνω από τους αμμόλοφους, δημιουργώντας σκόνη λόγω τριβής. Το 1836 ή το 1837, ο Γερμανός αγρότης Πέτερ Κάστεν ανακάλυψε τη γη διατόμων (γερμανικά: Kieselgur) όταν έφτιαξε ένα πηγάδι στις βόρειες πλαγιές του λόφου Χάουσελμπεργκ, στο Λύνεμπουργκ Χέατ στη Βόρεια Γερμανία. Η γη διατόμων διατίθεται στο εμπόριο σε διάφορες μορφές: Η κοκκώδης γη διατόμων είναι μια πρώτη ύλη που απλά συνθλίβεται για βολική συσκευασία Η αλεσμένη ή μικροκονιοποιημένη γη διατόμων είναι ιδιαίτερα λεπτή (10 μm έως 50 μm) και χρησιμοποιείται ως εντομοκτόνο. Η πυρωμένη γη διατόμων υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία και ενεργοποιείται για χρήση σε φίλτρα. Το 1866, ο Άλφρεντ Νόμπελ ανακάλυψε ότι η νιτρογλυκερίνη θα μπορούσε να γίνει πολύ πιο σταθερή εάν απορροφηθεί από διατομίτη (kieselguhr). Αυτό επέτρεψε την πολύ ασφαλέστερη μεταφορά και χειρισμό σε σχέση με την καθαρή νιτρογλυκερίνη σε υγρή μορφή. Ο Νόμπελ κατοχύρωσε με πατέντα αυτό το μείγμα ως δυναμίτη το 1867.Ο μηχανικός της Celle Βίλχεμ Μπέρκεφελντ αναγνώρισε την ικανότητα της γης διατόμων να φιλτράρει και ανέπτυξε σωληνωτά φίλτρα από γη διατόμων. Κατά τη διάρκεια της επιδημίας χολέρας στο Αμβούργο το 1892, αυτά τα φίλτρα Μπέρκεφελντ χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία. Μια μορφή γης διατόμων χρησιμοποιείται ως μέσο φίλτρου, ειδικά για πισίνες. Έχει υψηλό πορώδες επειδή αποτελείται από μικροσκοπικά μικρά, κοίλα σωματίδια. Η γη διατόμων (μερικές φορές αναφέρεται με εμπορικά σήματα όπως Celite) χρησιμοποιείται στη χημεία ως βοήθημα διήθησης, για να αυξήσει τον ρυθμό ροής και να φιλτράρει πολύ λεπτά σωματίδια που διαφορετικά θα περνούσαν ή θα έφραζαν το διηθητικό χαρτί. Χρησιμοποιείται επίσης για το φιλτράρισμα του νερού, ιδιαίτερα στην επεξεργασία του πόσιμου νερού και στις δεξαμενές ψαριών, και σε άλλα υγρά, όπως η μπύρα και το κρασί. Μπορεί επίσης να φιλτράρει σιρόπια, ζάχαρη και μέλι χωρίς να αφαιρεί ή να αλλοιώνει το χρώμα, τη γεύση ή τις θρεπτικές τους ιδιότητες.Η παλαιότερη χρήση του διατομίτη είναι ως πολύ ήπιο λειαντικό και έχει χρησιμοποιηθεί σε οδοντόκρεμες, γυαλιστικά μετάλλων και μερικά σκραμπ προσώπου. Ο διατομίτης χρησιμοποιείται ως εντομοκτόνο λόγω των λειαντικών και φυσικοαπορροφητικών ιδιοτήτων του. Η λεπτή σκόνη απορροφά λιπίδια από το κέρινο εξωτερικό στρώμα των εξωσκελετών πολλών ειδών εντόμων. Αυτό το στρώμα λειτουργεί ως φράγμα που εμποδίζει την απώλεια υδρατμών από το σώμα του εντόμου. Η καταστροφή του στρώματος αυξάνει την εξάτμιση του νερού από το σώμα τους, με αποτέλεσμα να αφυδατώνονται, συχνά μοιραία. Τα αρθρόποδα πεθαίνουν ως αποτέλεσμα της ανεπάρκειας της πίεσης του νερού, με βάση τον νόμο της διάχυσης του Φικ. Αυτό λειτουργεί επίσης κατά των γαστερόποδων και χρησιμοποιείται συνήθως στην κηπουρική για τους γυμνοσάλιαγκες. Ωστόσο, δεδομένου ότι οι γυμνοσάλιαγκες κατοικούν σε υγρά περιβάλλοντα, η αποτελεσματικότητα είναι πολύ χαμηλή. Η γη διατόμων μερικές φορές αναμιγνύεται με ουσίες ελκυστικές για τα έντομα ή άλλα πρόσθετα για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητά της. Ο διατομίτης ιατρικής ποιότητας έχει μελετηθεί για την αποτελεσματικότητά του ως παράγοντας αποπαρασίτωσης στα βοοειδή. Και στις δύο μελέτες που ανέφεραν οι ομάδες που έλαβαν θεραπεία με γη διατόμων δεν τα πήγαν καλύτερα από τις ομάδες ελέγχου. Χρησιμοποιείται συνήθως αντί του βορικού οξέος και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο και πιθανή εξάλειψη των κοριών, ακάρεων της οικιακής σκόνης, κατσαρίδων, μυρμηγκιών και ψύλλων.Η γη διατόμων εφαρμόζεται ευρέως για την καταπολέμηση των εντόμων κατά την αποθήκευση σιτηρών.Για να είναι αποτελεσματική ως εντομοκτόνο, η γη διατόμων πρέπει να είναι μη πυρωμένη (δηλαδή, δεν πρέπει να υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία πριν από την εφαρμογή) και να έχει μέσο μέγεθος σωματιδίων κάτω από περίπου 12 μm. Η γη διατόμων χρησιμοποιείται επίσης ως υποστήριξη για καταλύτες, που γενικά χρησιμεύει για τη μεγιστοποίηση της επιφάνειας και της δραστηριότητας ενός καταλύτη. Για παράδειγμα, το νικέλιο μπορεί να υποστηριχθεί στο υλικό - ο συνδυασμός ονομάζεται Ni-Kieselguhr - για να βελτιώσει τη δραστηριότητά του ως καταλύτης υδρογόνωσης. Η φυσική γη διατόμων του γλυκού νερού χρησιμοποιείται στη γεωργία για αποθήκευση σιτηρών ως αντισυσσωματικός παράγοντας, καθώς και ως εντομοκτόνο. Είναι εγκεκριμένο από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων ως πρόσθετο ζωοτροφών για την πρόληψη του σχηματισμού συσσωματωμάτων.Μερικοί πιστεύουν ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φυσικό ανθελμινθικό (αποπαρασιτικό), αν και μελέτες δεν έχουν δείξει ότι είναι αποτελεσματικό. Μερικοί αγρότες το προσθέτουν στις ζωοτροφές και στην τροφή για τα πουλερικά τους για να αποτρέψουν το σχηματισμό συσσωματωμάτων. Η χρησιμοποιημένη γη διατόμων από τη διαδικασία παρασκευής μπορεί να προστεθεί σε κεραμική μάζα για την παραγωγή κόκκινων τούβλων με υψηλότερο πορώδες.Η γη διατόμων θεωρείται ένα πολύ σημαντικό ανόργανο μη μεταλλικό υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή διαφόρων κεραμικών, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής πορωδών κεραμικών υπό υδροθερμική τεχνολογία χαμηλής θερμοκρασίας. Η εισπνοή κρυσταλλικού πυριτίου είναι επιβλαβής για τους πνεύμονες, προκαλώντας πυριτίαση. Το άμορφο πυρίτιο θεωρείται ότι έχει χαμηλή τοξικότητα, αλλά η παρατεταμένη εισπνοή προκαλεί αλλαγές στους πνεύμονες. Η γη διατόμων είναι ως επί το πλείστον άμορφο πυρίτιο, αλλά περιέχει λίγο κρυσταλλικό πυρίτιο, ειδικά σε μορφές γης διατόμων αλμυρού νερού. Σε μια μελέτη εργαζομένων, εκείνοι που εκτέθηκαν σε φυσική γη διατόμων για περισσότερα από πέντε χρόνια δεν είχαν σημαντικές αλλαγές στους πνεύμονες, ενώ το 40% όσων εκτέθηκαν στην πυρωμένη μορφή είχαν αναπτύξει πνευμονιοκονίαση. Τα σημερινά κοινά σκευάσματα γαιών διατόμων είναι πιο ασφαλή στη χρήση, καθώς αποτελούνται κυρίως από άμορφο πυρίτιο και περιέχουν λίγο ή καθόλου κρυσταλλικό πυρίτιο.Η περιεκτικότητα σε κρυσταλλικό πυρίτιο της γης διατόμων ρυθμίζεται στις Ηνωμένες Πολιτείες από την Επαγγελματική Υπηρεσία Ασφάλειας και Υγείας (OSHA) και υπάρχουν οδηγίες από το Εθνικό Ινστιτούτο για την Εργασιακή Ασφάλεια και Υγεία που ορίζουν τις μέγιστες επιτρεπόμενες ποσότητες στο προϊόν (1%) και στον αέρα κοντά στη ζώνη αναπνοής των εργαζομένων, με συνιστώμενο όριο έκθεσης τα 6 mg/m3 σε μια εργάσιμη ημέρα 8 ωρών. Η OSHA έχει θέσει το όριο επιτρεπτής έκθεσης για τη γη διατόμων στα 20 mppcf (80 mg/m3/%SiO2). Σε επίπεδα 3.000 mg/m3, η γη διατόμων είναι άμεσα επικίνδυνη για τη ζωή και την υγεία.Στη δεκαετία του 1930, η μακροχρόνια επαγγελματική έκθεση των εργαζομένων στη βιομηχανία γης διατόμων που εκτέθηκαν σε υψηλά επίπεδα αερομεταφερόμενου κρυσταλλικού πυριτίου επί δεκαετίες βρέθηκε ότι είχε αυξημένο κίνδυνο πυριτίασης.