Must liiv

Must liiv on koondnimetus mitut tüüpi liivadele, mille ühendavaks tunnuseks on must värvus. Esimest tüüpi must liiv on raske, läikiv, osalt magnetiline peenete liivade segu. Teine tüüp koosneb väikestest basaldifragmentidest ning seda leidub randades, mis asuvad vulkaanide läheduses.
Musta liiva võib leiduda kihina räniliivade peal sellistes randades, kus lainetus on tugev. Lisaks võib musta liiva leida ka vulkaanidelt ning aladelt, kus suurem osa lähtekivimist on magneesiumi- ja rauarikas. Must liiv võib olla mingi ranna peamiseks liivaks, aga see võib esineda väiksemal määral ka peamiselt kollase või valge liivaga randades.
Musta liiva majanduslik tähtsus sõltub konkreetse liiva tüübist, liivast väärtuslike elementide (näiteks tsirkoonium, hafnium, toorium, titaan jms) ekstraheeritavusest ja mitmesuguste mineraalide tööstuslikust nõudlusest. Mustal liival on ka keskkondlik tähtsus, sest selles sisalduvad uraan ning toorium ja nende lagunemisproduktid võivad kujutada ohtu tervisele.
Looduslik esinemine.
Puistmaardlad.
Musta liiva setete teke sõltub olulisel määral raskete mineraalide saadavusest. Deltade läheduses olevates randades on musta liiva tavaliselt mõnevõrra rohkem kui mujal.
Kaevandajad ning maavarade otsijad kasutavad musta liiva maardlate olemasolu indikaatorina. Musta liiva maardlas kaevandustööde tegemisel toodetakse kontsentraati, mis koosneb peamiselt mustast liivast. Musta liiva kontsentraadid sisaldavad tihti lisaks tüüpilistele väärismetallidele ka teisi haruldasi elemente, sh tooriumi, titaani, volframi ja tsirkooniumi. Vulkaaniliste protsesside tagajärjel fraktsioneeruvad need mineraalide komplektiks, millest saab erosiooni ning ilmastiku mõjul must liiv.
Maardlates esinevad mitmed vääriskivid, sh granaat, topaas, rubiin, safiir ja teemant. Nende kalliskivide liivad esinevad omakorda mustas liivas ning selle kontsentraatides. Rubiinivärvi granaatliiv moodustab tihti väljapaistva pinnakatte ookeanirandade liival.
Basaldikillud.
Mitmed vulkaanid, näiteks Hawaii Mauna Loa, tekitavad laavavoolusid, mis satuvad kontakti külma ookeaniveega. Kui laava puutub kokku veega, siis see jahtub väga kiiresti ning killustub liivaks ja eri suurusega kivi- ja klaasiklibuks. Suur osa klibust on piisavalt peen, et seda liivaks nimetada. Kui ookeani voolava laava hulk on piisavalt suur, võib uus musta liiva rand tekkida üleöö. Kuulsad musta liiva rannad Hawaiil (nagu näiteks Punalu'u rand ja Kehena rand) tekkisid peaaegu hetkega kuuma laava ja merevee kokkupuute tulemusel.
Kuna musta liiva rannad on üldiselt ühekordse sündmuse tulemusel tekkinud, siis on nende eluiga tavaliselt võrdlemisi lühike. Musta liiva juurde ei tule ning samas uhuvad lained seda merre tagasi. Seetõttu on Hawaii osariigis keelatud randadest musta liiva kaasa võtta. Musta liiva rannad võivad ka uute laavavoogude alla mattuda, mis juhtus näiteks Hawaii Kalapana rannaga.
Must liiv võib olla magnetiliste omadustega, eriti juhul, kui see sisaldab magnetiiti. Üldiselt annab mustale liivale magnetilised omadused selles sisalduv raud. Ka musta liiva värvus on tihti tingitud seda moodustavate mineraalide rauasisaldusest. Tume värvus tähendab, et liiv neelab palju valgusenergiat ning seetõttu võib päikeselisel päeval musta liiva peal käimine põhjustada nahapõletust.
Radioaktiivsus.
Mustas liivas leiduvad mineraalid sisaldavad tihti radioaktiivseid isotoope. Üks sellistest mineraalidest on monatsiit, mis on võrdlemisi mittelahustuv raske mineraal. See esineb rannaliivades tihti koos teise mineraali ilmeniidiga, mis annab liivale musta värvuse. Peamised radionukleiidid monatsiidis on Th-232 reast, aga seal esineb ka uraanirea isotoope.
Heaks näiteks monatsiidisisaldusest tingitud radioaktiivsusest rannaliivas on Guarapari linna läheduses asuv rand Brasiilias. Selles rannas on mõõdetud kiirguse doosikiiruseid kuni 90 μSv/h (võrdluseks: keskmine inimesele looduslikust taustkiirgusest tulenev doosikiirus on 0,27 μSv/h). Rahvusvahelise Radioloogilise Kaitse Komisjoni (IRCP) poolt kehtestatud piirmäär radioaktiivses keskkonnas töötajate jaoks on 20 mSv/a ehk keskmiselt 2,3 μSv/h.
Must liiv maailmas.
Eestis.
Eestis pole randu, kus must liiv domineeriks, küll aga esineb Eestis paljudes kohtades musta liiva väikestes kogustes koos muu liivaga. Seda võib näha mitmetes randades tumedate viirgudena heledama liiva peal. Ka võib musta liiva leida maapinna alt.
Rasketest mineraalidest tuleneva radioaktiivsuse poolest on Eestis silmapaistev Lemme piirkond Pärnu lahe ääres. Juba 1960. aastatel avastati seal kõrge radioaktiivsuse tase, mis oli põhjustatud mineraalidest tsirkoon, monatsiit ja ksenotiim. Tol ajal hoiti selliste uuringute tulemusi aga saladuskatte all, mistõttu polnud üldiselt eriti palju olukorra kohta teada.
Aastatel 2011 ja 2012 mõõtsid teadlased täpsemalt radioaktiivsuse taset Lemme piirkonnas ning Lemme oja kallastel. Kaevandustöödega loodi juurdepääs ka pinnaalustele kihtidele, millest võeti proove. Kõige suurem mõõdetud doosikiirgus oli 1,4 μSv/h, aga enamikul juhtudel jäid mõõtmistulemused 0,08 ja 0,12 μSv/h vahele. Sellest piirkonnast võetud liivaproovides domineerisid liivaterad, mille diameeter oli suurem kui 150 μm.
Lemme piirkonna proovides on peenemates liivafraktsioonides musta liiva osakaal suurem kui jämedamates proovides. Aastal 2014 analüüsisid teadlased Lemme piirkonnast võetud liivaproovide fraktsioone, milles terade suurused jäid vahemikku 106–150 μm. Proovides olid raskete ja kergete mineraalide osakaalud vastavalt 60,8% ja 39,2%. Kergete mineraalide hulgas olid enim esindatud kvarts (81,8%) ja ortoklass (15,8%). Plagioklass ning muud kerged mineraalid olid väikse osakaaluga, vastavalt 1,5% ning vähem kui 1%. Raskete mineraalide hulgas oli peamiseks mineraaliks granaat (71,4%). Tsirkooni ja monatsiidi sisaldus raskete mineraalide osafraktsioonis oli keskmiselt 2,1%. Võib näha, et Lemme piirkonnast võetud proovide peenemates liivafraktsioonides on musta liiva arvestataval määral.
Mujal maailmas.
Erinevalt Eestist esineb mujal maailmas musta liiva looduslikult ka võrdlemisi suurtes kontsentratsioonides. Lisaks eelmainitud musta liiva randadele Hawaiil on veel üks näide neist musta liiva formatsioon Touzla neemel Thessaloníki lähistel Kreekas. Sealne must liiv koosneb põhiliselt ilmeniidist, magnetiidist, granaadist, tsirkoonist ja rutiilist. Väiksemal määral on selle koostises ka kvartsi, titaniiti, pürokseene, biotiiti, hematiiti, kromiiti ja teisi mineraale. Samuti esineb selles liivas K-40, Cs-137 ning uraani- ja tooriumirea isotoope. Suurem osa uraani- ja tooriumirea radioaktiivsusest selles liivas on teadlaste hinnangul tsirkooni, ilmeniidi ja granaadi osafraktsioonide põhjustatud.
Mõnedel selles liivas sisalduvatel mineraalidel ning elementidel (nt titaan, tsirkoonium, hafnium, uraan ja toorium) on potentsiaalne majanduslik väärtus. Liivaterade suurus, kuju, värvus, kompositsioon ja muud omadused viitavad sellele, et liivas sisalduvad kivid ja liivaterad on pärit eri kohtadest ning on oma muundeprotsesside käigus läbinud mitu settetsüklit.
Musta liiva on maailmas uuritud ka tahkete osakeste õhureostuse kontekstis. Üks selline uuring viidi läbi Saudi Araabias. Proovid koguti aastal 2012 ühelt Badri linna liivaluitelt. Uuringu käigus võrdlesid teadlased valget, musta ning vulkaanilist liiva ja leidsid, et sealse musta liiva osakesed ilmutasid hoopis teistsuguseid morfoloogiaid ning mikrostruktuure kui valge või vulkaanilise liiva osakesed. Nad leidsid, et must liiv sisaldas peeneid ning ultrapeeneid osakesi (50 kuni 500 nm) ja oli tugevalt magnetiline, mis omakorda tõestas magnetiidi või elemendilise raua olemasolu liivaosakestes. Elementidest domineerisid musta liiva koostises raud, süsinik, hapnik, titaan, räni, vanaadium ja väävel. Vett sisaldavad musta liiva ekstraktid olid happelised (pH = 5,0). Uuringu tulemused vihjavad ka sellele, et liivas leiduvad saasteainete (süsinik jms) osakesed olid tekkinud fossiilkütuste põletamise tagajärjel.