Про каменный уголь
Каменный уголь - это твердое исчерпаемое невосстановимое полезное ископаемое, которое человек использует для получения тепла путем его сжигания. По классификации относится к осадочным горным породам.
Что это такое?
Уголь, как источник энергии, люди стали использовать еще в древности наравне с дровами. «Горючий камень» находили на поверхности земли, позже его стали целенаправленно добывать из-под нее.
Каменный уголь появился на Земле около 300-350 млн лет назад, когда на первобытных болотах пышно росли древовидные папоротники и начали появляться первые голосеменные растения. Огромные стволы падали в воду, постепенно образуя толстые слои неразложившейся органической массы. Древесина при ограниченном доступе кислорода не гнила, а постепенно погружалась под своим весом все глубже. Со временем, благодаря смещению пластов земной коры, эти слои опустились на значительную глубину и там, под воздействием большого давления и повышенной температуры, произошло качественное изменение дерева в уголь.
Виды угля
Сегодня добывают различные виды каменного угля.
Антрациты - наиболее твердые сорта с большой глубины и имеющие максимальную температуру сгорания.Каменный уголь - множество сортов, добываемых в шахтах и открытым способом. Имеет самое широкое распространение во многих сферах деятельности человека.Бурый уголь - образовался из остатков торфа, самый молодой вид угля. Имеет самую низкую температуру сгорания.
Все виды угля залегают пластами и места их расположения называются угольными бассейнами.
Добыча угля
Поначалу каменный уголь просто собирался в местах выхода пласта на поверхность. Это могло произойти в результате смещения слоев земной коры.
Часто после обвалов в горной местности такие выходы залежи оголялись, и люди получали возможность добраться до кусков «горючего камня».
Позже, когда появилась примитивная техника, уголь стали разрабатывать открытым способом. Некоторые угольные копи погружались на глубину более 300 метров.
Сегодня, благодаря наличию сложной современной техники, люди опускаются под землю в шахты, глубиной больше километра. С этих горизонтов добывают самый качественный и ценный каменный уголь.
Где используется уголь
Все виды угля можно применять для получения тепла. При сгорании оно выделяется в гораздо большем количестве, чем можно получить его от дров или других твердых видов топлива. Самые жаркие сорта угля используют в металлургии, где нужны высокие температуры.
Кроме того, уголь – ценное сырье для химической промышленности. Из него добывают множество нужных и полезных веществ
Чтобы превратить торф в каменный уголь, требуется много времени. Слои торфа постепенно накапливались в торфяных болотах, а сверху зарастала все большим количеством растений. На глубине сложные соединения, находящиеся в разлагающихся растениях, распадаются на все более простые. Их частично растворяет и уносит вода, а часть их переходит в газообразное состояние, образуя метан и углекислый газ. Бактерии и разнообразные грибки, населяющие все болота и торфяники, также играют немаловажную роль в образовании угля, так как способствуют быстрому разложению растительных тканей. Со временем в процессе таких изменений в торфе начинает накапливаться углерод, как наиболее стойкое вещество. С течением времени углерода в торфе становится все больше.
Важным условием при накоплении в торфе углерода является отсутствие доступа кислорода. В противном случае углерод, соединившись с кислородом, превратился бы в углекислый газ и улетучился. Слои торфа, преобразующиеся в каменный уголь, изолируются вначале от воздуха и содержащегося в нем кислорода водой, их покрывающей, а сверху вновь возникающими слоями торфа из гниющего слоя растений и растущими на них новыми зарослями.
Стадии каменного угля
Первая стадия - это лигнит, рыхлый уголь бурого цвета, наиболее похожий на торф, не самого древнего происхождения. Ясно просматриваются в нем остатки растений, особенно древесины, так как она разлагается дольше. Лигнит образуется в современных торфяных болотах средней полосы, и состоит из камыша, осоки, торфяного мха. Древесный торф, который образуется в субтропической полосе, например, на болотах Флориды в США, очень похож на ископаемый лигнит.
Бурый уголь создается при более сильном разложении и изменении растительных остатков. Его цвет черный или темно-бурый, в нем реже встречаются остатки древесины, а остатков растений нет вовсе, он крепче лигнита. При горении бурый уголь выделяет намного больше тепла, так как углеродистых соединений в нем больше. Со временем бурый уголь превращается в каменный уголь, но не всегда. Процесс преобразования происходит только в том случае, если слой бурого угля опустится в более глубокие пласты земной коры, когда происходит процесс горообразования. Чтобы превратить бурый уголь в каменный или в антрацит, нужна очень высокая температура земных недр и большое давление.
В каменном угле останки растений и древесины можно найти только под микроскопом, он блестит, тяжел и крепок почти как камень. Черный и уголь под названием антрацит содержит наибольшее количество углерода. Этот уголь ценится выше всего, так как при сгорании дает больше всего тепла.
Бородинский угольный разрез. Красноярский край
Официально - это слои накопления биомассы от лесов и растений, закоксованные под другими слоями. Или это были мощные древние торфяники (нижний самый толстый слой).
Эта картина слоев угля встречается повсеместно:
Назаровский угольный разрез. Два тонких слоя близко у поверхности
Основной слой с бурым углем выглядит не как беспорядочная масса с хаотично уложенными окаменевшими стволами древних деревьев. Пласт имеет четкие страты - множество слоев. Т.е официальная версия с древними деревьями не подходит. И не подходит еще по причине большого содержания серы в пластах бурого угля.
Таблица содержания некоторых химических элементов в углях, торфе, древесине и нефти.
Чтобы не вдумываться в смысл таблицы, напишу выводы из нее.
1. Углерод. В древесине его меньше всего из перечисленных топливных источников. И непонятно (если принять во внимание традиционную версию образования углей), почему при накоплении органики (древесина или торф) в слоях количество углерода увеличивается. Противоречие, которое никто не объясняет.
2. Азот и кислород. Азотистые соединения - это одни из строительных элементов древесины, растительности. И почему количество азота уменьшилось после превращении древесины или торфа в бурый уголь - опять непонятно. Опять противоречие.
3. Сера. В древесине отсутствует какое-либо достаточное для накопления этого хим.элемента количество. Даже в торфе серы ничтожно мало по сравнению со слоями бурого и каменного угля. Откуда сера попадает в слои? Единственное предположение - сера в слоях была изначально. Смешалась с органикой? Но как-то странно концентрация серы в углях совпадает с содержанием серы в нефти.
Обычно сера бывает пиритной, сульфатной и органической. Как правило, превалирует пиритная сера. Сера, содержащаяся в углях, находится обычно в виде сульфатов магния, кальция и железа, железного колчедана (пиритная сера) и в виде органических серосодержащих соединений. Раздельно определяют, как правило, только сульфатную и сульфидную серу; органическая определяется как разность между количеством общей серы в угле и суммой сульфатной и сульфидной серы.
Серный колчедан - почти постоянный спутник каменного угля и притом иногда в таком количестве, что делает его негодным к употреблению (напр. уголь Московского бассейна).
По этим данным выходит, что накопление органики (древесина или торф) не имеет отношения к углям. Образование бурых углей - абиогенный процесс. Но какой? Почему бурые угли расположены относительно неглубоко, а каменноугольные могут находиться на глубинах до двух километров?
Следующий вопрос: где все окаменелости растительного и животного мира в буроугольных пластах. Они должны быть массовые! Стволы, растения, скелеты и кости умерших животных - где они?
Находят отпечатки листьев лишь в вскрышных породах:
Окаменевший папоротник. Такие окаменевшие растения попадаются при добыче угля. Этот экземпляр добыт во время работы на шахте "Родинская" в Донбассе. Но к этим якобы окаменелостям мы вернемся ниже.
Это относится к пустой породе каменноугольных шахт. По бурому углю я ничего не нашел.
Области углеобразования. Большая часть угля находится в северном полушарии, отсутствует на экваторе и тропиках. Но ведь там наиболее приемлемый климат для накопления органики в древности. Нет и областей (в широтном виде) накопления на старых экваторах. Такое распределение явно связано с иной причиной.
Еще один вопрос. Почему это полезное горючее ископаемое не использовали в древности? Нет массовых описаний добычи и использования бурых углей. Первые упоминания про уголь относятся лишь к времени Петра I. Достать (докапаться до пласта) совсем не сложно. Это делают кустарным образом местные жители на Украине:
Есть и более масштабные добычи каменного угля открытым способом:
Уголь под 8-10 метрами глины. Для образования каменного угля геологи говорят нужно большое давление и температура. Здесь явно этого не было
Уголь мягкий, крошится.
При выкапывании колодцев обязательно должны были натыкаться на пласты и выяснить что они горят. Но история нам говорит о начале массовой добычи углей лишь в 19в.
А может быть, не было этих пластов до 19в.? Как не было в середине 19в. деревьев! Смотрите пустынные пейзажи Крыма и фотографии столыпинских переселенцев, которые забирались в глухие уголки Сибири обозами. А сейчас там непроходимая тайга. Это я про версию потопа 19в. Механизм его не ясен (если он все же был). Но вернемся к бурым углям.
Как думаете, что это за порода? Бурый уголь? Похоже, но не угадали. Это битумные пески.
Крупномасштабная добыча нефти из битумных песков в Канаде. До падения цен на нефть было рентабельным, даже прибыльным бизнесом. В среднем, из четырех тонн битумапроизводят только один баррель нефти.
Если не знать, то и не подумаешь, что здесь добывают нефть. Похоже на буроугольный разрез.
Еще пример с Украины:
В селе Старунья (Ивано-Франковская обл.) нефть выходит на поверхность сама, создавая маленькие вулканы. Некоторые нефтяные вулканы горят!
Потом это все окаменеет и будет угольный пласт.
Так я к чему это веду? К тому, что нефть во время катаклизма, разлома земли вышла, разлилась. Но не окаменела в песках. А бурый уголь, возможно - тоже самое, но в меловых или иных отложениях. Там фракция до нефти была меньше чем песок. Каменное состояние углей говорит, что там замешано на меловых слоях. Возможно, протекли какие-то реакции и пласты превратились в камень.
Даже википедия пишет:
Ископаемый уголь — полезное ископаемое, вид топлива, образовавшийся как из частей древних растений, и в значительной степени из битумных масс, излившихся на поверхность планеты, подвергшихся метаморфизму вследствие опускания на большие глубины под землю под высокими температурами и без доступа кислорода.
Но версия абиогенного происхождения бурых углей из разливов нефти нигде более не развивается.
Некоторые пишут, что эта версия не объясняет множество слоев бурого угля. Если учесть, что на поверхность выходили не только массы нефти, но и водно-грязевых источников, то чередование вполне возможно. Нефть и битум легче воды - они плавали на поверхности и осаждались и адсорбировались на породе в виде тонких слоев. Вот пример в сейсмоактивной зоне, в Японии:
Из разломов выходит вода. Она, конечно, не глубинная, но что мешает при более масштабных процессах выйти водам артезианских источников или подземных океанов и при выходе выкинуть на поверхность массы пород, перемеленных в глину, песок, известь, соль и т.д. Отложить страты за короткий период, а не миллионы лет. Я все больше склоняюсь, что в некоторых местах в определенные времена потоп мог быть вызван не прохождением волны с океана, а выходом водно-грязевых масс из недр Земли.
Источники:
http://sibved.livejournal.com/200768.html
https://new.vk.com/feed?w=wall178628732_2011
http://forum.gp.dn.ua/viewtopic.php?f=33&t=2210
http://chispa1707.livejournal.com/1698628.html
Отдельный вопрос - образование каменного угля
Комментарий в одной из статей от jonny3747
:
Уголь на Донбассе, это скорей всего смещение плит одна под другую, вместе со всеми лесами, папоротниками и т.д. Сам работал на глубинах больше 1 км. Пласты залегают под углом, как вроде одна плита под другую заползала. Между пластом угля и породы очень уж часто встречаются отпечатки растений, довольно много попадалось на глаза. И что интересно между твердой породой и углем есть тонкий прослоек еще как бы не породы но еще и не угля, крошится в руках, в отличии от породы имеет темный цвет и вот именно в нем часто отпечатки были.
Это наблюдение очень четко подходит под процесс роста пирографита в этих слоях. Скорее всего, такие автор и видел:
Вспоминаем окаменелости папоротника на фотографиях выше
Вот выдержки из монография «Неизвестный водород» и работы «История Земли без Каменноугольного периода»:
Опираясь на собственные исследования и целый ряд работ других ученых, авторы констатируют:
«Учитывая признанную роль глубинных газов, … генетическую связь естественных углеродистых веществ с ювенильным водородно-метановым флюидом можно описать следующим образом.
1. Из газофазной системы С-О-Н (метан, водород, диоксид углерода) могут быть синтезированы … углеродистые вещества - как в искусственных условиях, так и в природе…
5. Пиролиз метана, разбавленного диоксидом углерода, в искусственных условиях приводит к синтезу жидких … углеводородов, а в природе - к образованию всего генетического ряда битумонозных веществ».
СН4 → Сграфит + 2Н2
В процессе разложения метана в глубине совершенно естественным образом происходит образование сложных углеводородов! Происходит потому, что оказывается энергетически выгодным! И не только газообразных или жидких углеводородов, но и твердых!
Метан и сейчас постоянно «сочится» в местах добычи каменного угля. Он может быть остаточным. А может быть и свидетельством продолжения процесса поступления паров углеводородов из недр.
Ну, вот теперь настало время разобраться с «главным козырем» версии органического происхождения бурого и каменного угля - наличием в них «углефицированных растительных остатков».
Такие «углефицированные растительные остатки» находят в залежах угля в огромных количествах. Палеоботаники «уверенно определяют вид растений» в этих «остатках».
Именно на основании обилия этих «остатков» сделан вывод о чуть ли не тропических условиях в громадных регионах нашей планеты и вывод о буйном расцвете растительного мира в Каменноугольный период.
Но! При получении пиролитического графита путем пиролиза метана, разбавленного водородом, было установлено, что в стороне от газового потока в застойных зонах образуются дендритные формы, весьма похожие на «растительные остатки».
Образцы пиролитического графита с «растительными узорами» (из монографии «Неизвестный водород»)
Самый простой вывод, который вытекает из приведенных выше фотографий «углефицированных растительных форм», на самом деле представляющих из себя лишь формы пиролитического графита, будет таким: палеоботаникам теперь надо крепко думать!..
А ученый мир продолжает писать диссертации о происхождении углей на основе биологического накопления слоев
1. Гидридные соединения в недрах нашей планеты, распадаются при нагревании (см. статью автора «Ждет ли Землю судьба Фаэтона?..»), выделяя при этом водород, который в полном соответствии с законом Архимеда устремляется вверх - к поверхности Земли.
2. На своем пути водород, благодаря высокой химической активности, взаимодействует с веществом недр, образуя различные соединения. В том числе и такие газообразные вещества как метан СН4, сероводород Н2S, аммиак NH3, водяной пар Н2О и тому подобные.
3. В условиях высоких температур и в присутствии других газов, входящих в состав флюидов недр, происходит постадийное разложение метана, что в полном соответствии с законами физической химии приводит к образованию газообразных углеводородов - в том числе и сложных.
4. Поднимаясь как по имеющимся трещинам и разломам земной коры, так и образуя под давлением новые, эти углеводороды заполняют все доступные им полости в геологических породах. А из-за контакта с этими более холодными породами, газообразные углеводороды переходят в другое фазовое состояние и (в зависимости от состава и окружающих условий) образуют залежи жидких и твердых ископаемых - нефти, бурого и каменного угля, антрацита, графита и даже алмазов.
5. В процессе образования твердых отложений в соответствии с далеко еще неизученными законами самоорганизации материи при соответствующих условиях происходит образование упорядоченных форм - в том числе напоминающих и формы живого мира.
И еще весьма любопытная деталь: до «Каменноугольного периода» - в конце Девона - климат довольно прохладный и засушливый, и после - в начале Перми - климат так же прохладный и засушливый. До «Каменноугольного периода» мы имеем «красный континент», и после имеем тот же «красный континент»…
Возникает следующий закономерный вопрос: а был ли теплый «Каменноугольный период» вообще?!.
Не миллионолетний возраст каменноугольных и буроугольных пластов объясняет еще ряд странных артефактов, найденных в углях:
Железная кружка, найденная в угле возрастом в 300 млн. лет.
Зубчатая рейка в каменном угле
Михайло Ломоносов, знаменитый русский ученый 18 века, еще в те давние времена дал определение того, как возникало это полезное ископаемое в природе. А именно: из остатков растений, подобно торфу, произошел и каменный уголь. Образование его, по мнению Ломоносова, было обусловлено несколькими факторами. Во-первых, остатки растительности разлагались без участия «вольного воздуха» (то есть без свободного доступа кислорода). Во-вторых, присутствовал достаточно высокий температурный режим. А в-третьих, сыграла свою роль «тягость кровли», то есть повышенное давление горной породы. Происходило это в незапамятные времена, когда человечества еще не существовало на планете Земля.
Дела давно минувших дней
В любом случае история образования каменного угля - дело таких далеких дней, что и современные ученые могут строить только догадки и предположения, объясняя процесс. Но сегодня это изучено довольно точно. И механизмы того, как появляется (образование его из предварительного сырья), известны науке.
Из торфа
Отходы высших растений постепенно превращаются в торфяные массы, которые скапливаются на болотистых местностях и зарастают другими растениями, постепенно уходя в глубину. Находясь на глубине, торфяники постоянно меняют свой химический состав (более сложные соединения превращаются в более простые, распадаются). Часть из них бывает растворена в воде и вымывается, а часть переходит в газообразное состояние. Так возникает метан и углекислота на болотах, дающие характерный запах воздуха в этих безлюдных местах. Немаловажную функцию в этом процессе выполняют грибки и бактерии, которые способствуют дальнейшему разложению ткани погибших растений.
Углероды
Со временем в процессе происходящих видоизменений в торфяниках накапливаются наиболее устойчивые углеводородистые соединения. А так как все это насыщение торфяных масс углеводородом осуществляется практически без доступа к ним кислорода, углерод не превращается в газ и не улетучивается. Происходит изоляция от доступа воздуха и одновременное насыщение при усилении воздействия давления: из торфа возникает каменный уголь. Образование его длится сотни тысячелетий, этот процесс не такой быстрый! По мнению ученых, большая часть нынешних запасов и угольных пластов возникла в палеозое, то есть более 300 миллионов лет тому назад.
Но это еще не все!
Природа распорядилась так, что антрацит, сам по себе наиболее плотный уголь с высочайшим содержанием углерода (95 и выше процентов), не является конечной стадией превращений, происходящих с остатками растений в окружающей среде. Шунгит - вещество, которое образуется из угля при еще более жестких условиях. Графит возникает при высоких температурах из этого же материала. А если добавить еще и супервысокое давление, то образовывается алмаз, наиболее прочное вещество, которое имеет и промышленную, и художественную ценность для всего человечества.
Но следует помнить: как ни странно, все эти, на первый взгляд, различные вещества - от растений до алмазов - состоят из вещества углерода, только с различной структурой на молекулярном уровне!
Образование и значение каменного угля
Нельзя переоценить значение каменного угля для развития промышленности и в целом для всей человеческой культуры на Земле. А область его применения очень широка. Не говоря о том, что уголь - это превосходное топливо, применяемое для обогрева жилищ, топки печей в промышленности, выработки электроэнергии, из каменного угля еще и добывают очень много веществ, необходимых людям. Сера и ванадий, цинк и свинец, германий - все это дает человечеству это полезное ископаемое.
Уголь используется для плавки металла, стали, чугуна. Продукты сжигания угля - в производстве некоторых строительных материалов. При спецобработке ископаемого из него получают бензол, что используется в производстве лаков и растворителей, такого строительного материала, как линолеум. Из сжиженного особыми технологиями угля выходит жидкое топливо для механизмов. Уголь является исходным сырьем для производства графита и технических алмазов, а всего на основе этого природного материала изготовляют более четырехсот продуктов для промышленности и сферы обслуживания.
Природоведение в школе: образование каменного угля
Для детей при прохождении соответствующей темы в средних классах рекомендуется в доступной форме рассказать об образовании угля в природе. Следует сообщить о том, как долго длится этот процесс. Описывая образование каменного угля кратко, нужно сделать акцент на значении его для развития промышленности и прогресса в современных и исторических условиях, составить план сообщения, которое будут делать ученики самостоятельно.
Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля - растительные остатки. В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают четыре его типа: бурые угли (лигниты), каменные угли, антрациты и графиты. В западных странах имеет место несколько иная классификация - лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты, соответственно.
Антрацит
Антрацит - самый глубоко прогревавшийся при своем возникновении из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг). Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров.
Каменный уголь
Каменный уголь - осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.
Бурый уголь - твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65-70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.
Добыча угля
Способы добычи угля зависят от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при всё большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.
В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.
