Каменный уголь: образование в недрах Земли. Источники и процесс образования каменного угля. Сообщение «Как образовался каменный уголь

«Как образовался каменный уголь» краткое сообщение, изложенное в этой статье, поможет Вам подготовиться к занятию и расширить область своих знаний на эту тему.

Сообщение «Как образовался каменный уголь»

Каменный уголь являет собой невосстановимое исчерпаемое твердое полезное ископаемое, используемое человеком для получения тепла в процессе его сжигания. Он относится к горным осадочным породам.

Что нужно для образования каменного угля?

Во-первых, большое количество времени. Когда из растений на дне болот образуется торф, то возникают химические соединения: растения распадаются, частично растворяются или превращаются в метан, углекислый газ.

Во-вторых, всевозможные грибки и бактерии. Благодаря им происходит разложение растительной ткани. Торф начинает накапливать стойкое вещество под названием углерод, которого становиться со временем все больше.

В-третьих, отсутствие кислорода. Если бы он накапливался в торфе, то каменный уголь не смог бы образоваться и просто улетучился.

Как образуется каменный уголь в природе?

Залежи каменного угля образовались из огромного количества растительной массы. Идеальные условия – когда все эти растения накопились в одном месте и не успели полностью разложиться. Болота подходят для этого процесса как нельзя лучше: вода бедная на кислород и поэтому жизнедеятельность бактерий приостанавливается.

После того как растительная масса накопилась в болотах, она, не успев полностью сгнить, спрессовывается отложениями почвы. Так образовывается исходный материал угля – торф. Пласты почвы запечатывают его в земле без доступа кислорода и воды. Со временем торф превращается в пласт угля. Данный процесс длительный – значительная часть запасов каменного угля образовалась больше 300 млн. лет назад.

И чем дольше по времени уголь залегает в пластах земли, тем сильнее ископаемое подвергается действию и давлению глубинного жара. В болотах, где накапливается торф, с водой попадают песок, глина и растворенные вещества, которые откладываются в угле. Данные примеси дают прослои в полезном ископаемом, разделяя его на слои. При очищении угля от них остается одна зола.

Выделяют несколько видов угля — каменный уголь, бурый уголь, лигнит, богхед, антрацит. Сегодня в мире насчитывается 3,6 тысяч угольных бассейнов, которые занимают 15% земной суши. Наибольший процент мирового запаса ископаемого принадлежит США (23%), второе место заняла Россия (13%), а третье – Китай (11%).

Надеемся, что доклад «Как образовался каменный уголь» помог Вам подготовиться к занятию. А дополнить сообщение на тему «Как образовался каменный уголь», Вы можете через форму комментариев.

Каменный уголь - твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения, разновидность углей ископаемых, промежуточная между бурым углём и антрацитом . Каменный уголь - плотная осадочная порода чёрного, иногда cepo-чёрного цвета, дающая на фарфоровой пластинке чёрную черту. В органическом веществе содержится 75-92% углерода, 2,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода. Высшая теплота сгорания в пересчёте на сухое беззольное состояние 30,5-36,8 МДж/кг. Большинство каменных углей относится к гумолитам; сапропелиты и гумитосапропелиты присутствуют в виде линз или небольших прослоев.
Каменный уголь представляет собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое , преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 миллионов лет тому назад. Образование каменных углей характерно почти для всех геологических систем - от девона до неогена (включительно); широкое распространение они получили в карбоне , перми , юре .
Залегают каменные угли в форме пластов и линзовидных залежей различной мощности (от долей метров до нескольких десятков и сотен метров) на разных глубинах (от выходов на поверхность до 2.500 м. и глубже). Каменные угли образуются из продуктов разложения органических остатков высших растений, претерпевших изменения (метаморфизм) в условиях давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры.

Каменный уголь характеризуется нейтральным составом органической массы. Они не реагируют со слабыми щелочами ни в обычных условиях, ни под давлением. Их битумы в отличие от бурых углей представлены преимущественно соединениями ароматической структуры. В них не обнаружены жирные кислоты и сложные эфиры, малое значение имеют соединения со структурой парафинов. Каменные угли разделяются на блестящие, полублестящие, полуматовые, матовые. В зависимости от преобладания тех или иных петрографических компонентов выделяют витреновые, клареновые, дюрено-клареновые, кларено-дюреновые, дюреновые и фюзеновые каменные угли. Пласты угля могут быть сложены одним из указанных литотипов, чаще их чередованием (полосчатые угли ). Как правило, блестящие разности угля малозольны вследствие незначительного содержания минеральных примесей.

Среди структур преобладающего вещества углей (углеобразующих микрокомпонентов) выделено 4 типа (телинитовая, посттелинитовая, преколлинитовая и коллинитовая), являющихся последовательными стадиями единого процесса разложения лигнино-целлюлозных тканей и отражающие общие закономерности образования угленосных формаций. Основные единицы классификации каменных углей - генетические группы, устанавливаемые по структуре вещества углеобразующих микрокомпонентов, куда кроме упомянутых 4 типов дополнительно включены лейптинитовые угли. Таким образом, выделено 5 генетических групп. Каждая из них по типу вещества углеобразующих микрокомпонентов разделена на соответствующие классы.

В условиях повышения давления и температуры при погружении угленосной толщи на глубину происходит последовательное преобразование органической части каменных углей - изменение его химические состава, физических свойств и внутримолекулярного строения, определяемое термином "региональный метаморфизм угля". На конечной (высшей) стадии метаморфизма каменные угли преобразуются в антрациты и с отчётливо выраженной кристаллической структурой графиты. Менее распространены преобразования органической части каменных углей от воздействия на них тепла изверженных пород, внедрившихся в угленосные толщи или перекрывающие (подстилающие) их отложения (термальный метаморфизм), а также непосредственно в угольные пласты (контактовый метаморфизм). Возрастание степени метаморфизма в органическом веществе каменных углей вызывается последовательным увеличением относительного содержания углерода и уменьшением содержания кислорода и водорода. Последовательно снижается выход летучих веществ (от 50 до 8% в пересчёте на сухое беззольное состояние); изменяются также теплота сгорания, способность спекаться в кокс и физические свойства угля.

Изменение физических свойств каменных углей в результате их метаморфизма проявляется по линейному, зависимому от уплотнения вещества, или параболическим законам с инверсией в углях средней стадии метаморфизма, отражающей изменения в структуре органического вещества. По линейному закону изменяются блеск, отражательная способность витринита, насыпная масса углей и другие свойства. Остальные важные физические свойства (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и пр.) изменяются либо отчётливо по параболическому закону, либо по смешанному, когда изменение свойств происходит лишь при переходе угля к стадии тощих (микротвёрдость, электропроводность и др.).

В качестве оптического критерия степени метаморфизма углей используется показатель отражательной способности витринита; этот показатель применяется и в нефтяной геологии для установления стадии катагенного преобразования осадочной толщи, вмещающей органические вещество. Плотность каменных углей зависит от петрографического состава, количественного содержания и характера минеральных примесей и степени метаморфизма. Наибольшей плотностью (1300-1500 кг/м 3) характеризуются компоненты группы фюзинита, наименьшей (1280-1300 кг/м 3) - группы витринита. Изменение плотности с повышением степени метаморфизма происходит по параболическому закону с инверсией в зоне перехода к группе жирных; в малозольных разностях она снижается от углей марки Д к марке Ж в среднем от 1370 до 1280 кг/м 3 и затем последовательно возрастает к углям марки Т до 1340 кг/м 3 . Общая пористость углей, устанавливаемая по теплоте смачивания, изменяется также по параболическому закону; для донецких углей марки Д она составляет 22-14%, углей марки К - 4-8% и увеличивается (по-видимому, в результате разуплотнения) до 10-15% углей марки Т. Эндогенная (развившаяся в процессе образования угля) трещиноватость, оцениваемая по количеству трещин на каждые 5 см. блестящего угля, контролируется стадией метаморфизма углей; она возрастает до 12 трещин при переходе бурых углей в длиннопламенные, имеет максимум в 35-60 у коксовых углей и последовательно уменьшается до 12-15 трещин при переходе к антрацитам. Такой же закономерности подчинены изменения упругих свойств углей - модуля Юнга, коэффициент Пуассона, модуля сдвига (среза), скорости ультразвука. Главные технологические свойства, определяющие ценность каменных углей, - спекаемость и коксуемость.

Мировые геологические запасы (ресурсы) каменных углей учитываются несколькими международными организациями на основе различных, во многом трудно сопоставимых параметров, вследствие чего приводят к различных итогам, колеблющимся от 8 до 16 трлн. тонн. Из 14,8 трлн. т мировых геологических запасов (ресурсов) натурального топлива на долю каменных углей приходится 9,4 трлн. тонн.

«Таят в себе недра Земли: синий лазурит, зелёный малахит, розовый родонит, сиреневый чароит... В пёстрой гамме этих и многих других минералов ископаемый уголь выглядит, конечно, скромно».

Так пишет Эдвард Мартин в своем труде «История кусочка каменного угля», и с ним нельзя не согласиться. Но учитывая пользу, которую уголь приносит людям с незапамятных времен, на это высказывание смотришь совсем другим взглядом.

Каменный уголь – полезное ископаемое, которое люди используют в качестве топлива. Он представляет собой плотную каменистую породу черного (иногда серо-черного) цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.
Существует две основные точки зрения на происхождение угля. Первая утверждает, что каменный уголь создавался вследствие гниения растений в течение многих миллионов лет. Но этот процесс не всегда приводил к залежам угля. Дело в том, что доступ кислорода должен быть ограничен, чтобы гниющие растения не смогли отдать углерод в атмосферу. Подходящая среда для этого процесса – болото. Стоячая вода с минимальным содержанием кислорода не дает бактериям полностью разрушать растения. А в определенный момент выделяются кислоты, которые полностью останавливают работу бактерий. Таким образом формируется торф, который трансформируется сначала в бурый уголь, потом в каменный и, наконец, в антрацит. Но образование угля обусловлено еще одним важным моментом – вследствие движения земной коры слой торфа должен быть накрыт другими слоями грунта. Таким образом, испытывая давление, повышенные температуры, оставаясь без воды и газов, образуется каменный уголь.

Есть и вторая версия. Она предполагает, что каменный уголь – результат перехода углерода из газообразного состояния в кристаллическое. Основывается она на том, что в недрах Земли может содержаться большое количество углерода в газообразном состоянии. В процессе охлаждения он осаждается в виде каменного угля.

В России находится 5,5 % мирового запаса угля , на данном этапе он составляет 6421 млрд. тонн, из которых 2/3 – запасы каменного угля. Залежи по территории страны распределены неравномерно: 95 % располагаются в восточных регионах, а из них более 60 % принадлежит Сибири. Основные угольные бассейны: Кузнецкий, Канско-Ачинский, Печорский, Донецкий. По добыче угля Россия занимает 5 место в мире.

Простейшая добыча ископаемого каменного угля известна с древних времен и зафиксирована в Китае и Греции. В России же впервые увидел уголь Петр I в 1696 году в районе нынешнего г. Шахты. А с 1722 г. начали снаряжаться экспедиции с целью разведки залежей угля по территории России. В это время уголь начинают использовать при солеварении, в кузнечном деле и для отопления домов.
Существует два основных способа добычи каменного угля: открытый и закрытый. Способ добычи зависит от глубины залегания породы. Если залежи находятся на глубине до 100 метров, то способ добычи открытый (снимается верхний слой почвы над месторождением, то есть образуется карьер или разрез). Если глубина залегания больше, то создаются шахты, а в них специальные подземные ходы. К слову, каменный уголь обычно образуется на глубине 3 и более километров. Но в результате подвижек земных слоев происходит поднятие пластов ближе к поверхности или их опущение на более нижний уровень. Залегает каменный уголь в форме пластов и линзовидных залежей. Структура слоистая или зернистая. А средняя толщина пласта угля равна примерно 2 метрам.

Каменный уголь – не просто полезное ископаемое, а представляет собой собрание высокомолекулярных соединений с большим содержанием углерода, а также воды и летучих веществ с небольшим количеством минеральных примесей.

Удельная теплота сгорания (калорийность) - 6500 - 8600 ккал/кг.

Цифры приведены в процентном соотношении, точный же состав зависит от местоположения залежей и климатических условий. Чтобы понять качество угля определяют несколько важных моментов. Во-первых, степень его рабочей влажности (меньше влаги - лучше энергетические свойства). Содержание ее в каменном угле 4-14%, что дает теплоту сгорания 10-30 МДж/кг. Во-вторых, это зольность угля. Зола образуется за счет присутствия в угле минеральных примесей и определяется по выходу остатка после сжигания при температуре 800ºС. Каменный уголь считается пригодным к использованию, если после сгорания зола составляет 30 % и меньше.
В отличие от бурого угля каменный не содержит гуминовых кислот, в нем они преобразованы в карбоиды (уплотненные соединения углерода). Соответственно плотность и содержание углерода у него больше чем у бурого угля.

Говоря о свойствах, различают следующие разновидности каменного угля: блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дгорен) и волнистый (фюзен).

По степени обогащения каменные угли делятся на концентраты, промпродукты и шламы. Концентраты используются в котельной и для получения электроэнергии. Промпродукты идут на нужды металлургии. Шламы подходят для изготовления брикетов и продажи в розницу для населения.

Существует также и классификация угля по размеру кусков:

Главные технологические свойства каменного угля – спекаемость и коксуемость. Спекаемость – это способность угля формировать при нагревании (без поступления воздуха) сплавленный остаток. Это свойство уголь приобретает на стадиях своего формирования. Коксуемость – это способность угля при определенных условиях и высокой температуре образовывать кусковый пористый материал – кокс. Это свойство придает углю дополнительную ценность.
При формировании каменного угля происходят изменения, касающиеся содержания в нем углерода и уменьшение количества кислорода, водорода и летучих веществ, а также изменяется теплота сгорания. Из этого исходит классификация каменного угля по маркам:

– это полезное ископаемое, которое образуется в результате разложения погибших растений без доступа воздуха . Происходит процесс образования этого минерала под воздействием давления и высоких температур.
Как образуется уголь?
Первая стадия – это появление торфа. Торф - это относительно твердая масса, которая состоит из разлагающихся остатков растений. Эти остатки гниют и спресовываются. Торф используют в качестве удобрения, топлива, сырья для различных видов промышленности. Из торфа образуется каменный уголь. Уголь - это источник тепловой энергии. Он хорошо горит и выделяет много тепла.

Виды угля
Уголь делится на несколько видов . Меньше всего тепла получается при сжигании угля, который называют лигнит и бурый уголь . В таких видах угля очень много влаги, т.е. воды, поэтому они не могут хорошо гореть. Лучше всего обогреть помещение можно при помощи угля, который называется антрацит . Он наиболее плотный, по сравнению с другими видами, и содержит меньшее количество влаги.

В состав угля , который считается низкокачественным, входят углерод, кислород, водород, а также небольшое количество различных химических элементов, например, серы . Процент содержания остальных компонентов зависит от вида угля. Иными словами, хороший уголь должен быть сухим, т.е. не содержать воды.
Как и где добывают уголь?
В России очень много разрабатываемых угольных бассейнов. К ним относятся Карагандинский, Печорский, Тунгусский, Канско-Ачинский, Кузнецкий и другие. Наша страна занимает первое место в мире по известным запасам этого полезного ископаемого.

Уже на протяжении практически 200 лет человечество использует запасы, которые формировались сотни миллионов лет. Такое расточительство когда-то приведет нас к краху и энергетическому кризису, пока мы не начнем более бережно относиться к своим ресурсам. Для лучшего понимания стоило бы узнать, как образовался каменный уголь и на сколько лет еще хватит разведанных запасов.

Потребность в энергоносителях

Все отрасли промышленности нуждаются в постоянном источнике энергии :

• Энергия выделяется во время сгорания углеводородов. В этом плане нефть и газ - незаменимые ресурсы.
• Возможно получение должного количества энергии за счет атомных электростанций. Расщепление атома отрасль перспективная, но парочка катастроф надолго отодвинули этот вариант на второй план.
• Ветер, солнце и даже водные течения могут дать электричество. При должном подходе к вопросу и постройке современных сооружений.

Некоторые новые и перспективные отрасли на сегодняшний день практически не развиваются и человечество вынуждено и дальше сжигать уголь, коптить небо и получать крохи энергии. Подобное положение дел выгодно крупным корпорациям, получающим колоссальные доходы за счет продажи горючего топлива.

Возможно, в ближайшие десятилетия ситуация хоть немного изменится и перспективным проектам, по части альтернативных вариантов получения энергии, дадут «зеленый свет». Пока что можно лишь надеяться на благоразумие крупных инвесторов, которые предпочтут сиюминутным выгодам спасение от энергетического кризиса в будущем.

Откуда взялся уголь?

Касательно образования угля есть общепринятая научная теория :

1. Где-то 300-400 миллионов лет назад на Земле росло гораздо больше органики. Речь о растениях, гигантских зеленых растениях.
2. Как и все живое, растения погибали. Бактерии, на том этапе, не могли справиться с задачей полного разложения этих гигантов.
3. В условиях отсутствия доступа кислорода, формировались целые слои спрессованных и гниющих папоротников.
4. За проходящие миллионы лет менялись эпохи, сверху наслаивались другие образование, изначальный слой залегал все глубже и глубже.

Бытует мнение, что постепенно вся эта субстанция преобразовалась в торф, который в дальнейшем превратился в каменный уголь. Подобные преобразования происходят или могут происходить до сих пор, с теоретической точки зрения. Но лишь при наличии уже сформировавшегося торфа, достаточного количества растений для формирования новых слоев на Земле уже нет. Не та эпоха, не те климатические условия.

Стоит заметить, что объем изменялся уж очень серьезно . Потери при одном лишь переходе из торфа в уголь составляют 90% и это еще неизвестно, какой был изначальный объем погибших растений.

Свойства каменного угля

Все свойства угля можно разделить на значимые для природы и для человека:

Но все же, основным и наиболее интересным для нас является тот факт, что при сгорании каменного угля выделяется достаточное количество энергии. Примерно 75% от того, что можно получить, сжигая такой же объем нефти.

Защитников природы волнует совсем другое свойство - способность выделять углекислый газ при горении . Сожгите килограмм угля и получите почти 3 кг выбросов углекислого газа в атмосферу. Мировой объем потребления уже исчисляется миллиардами тонн полезного ископаемого, так что цифры совсем не шуточные.

Добыча каменного угля

В некоторых странах угольные шахты уже давно закрыли:

• Низкая рентабельность. Сегодня гораздо выгоднее качать и продавать нефть с газом. Меньше затрат, меньше возможных последствий.
• Высокий риск несчастных случаев. Катастрофы на шахтах не редкость и в современном мире, даже при соблюдении всех предосторожностей.
• Практически полная выработка имеющихся резервов . Если страна приступила к выработке еще в позапрошлом веке и все время «кормилась» с одного угольного бассейна, не стоит от него много ожидать в наше время.
• Наличие альтернативы . Речь идет не только о нефти и газе, свою нишу заняла и атомная энергетика. Внедряются солнечные батареи, ветряки, работают гидроэлектростанции. Процесс медленный, но неотвратимый.

Но кто-то все еще вынужден спускаться в шахту:

1. Добыча происходит на глубине до 1 км, как правило.
2. Дешевле всего добывать уголь не глубже 100 м, в таком случае это можно делать открытым методом.
3. В забой постоянно спускаются смены шахтеров, оснащенные инструментами и респираторами.
4. Роль ручного труда значительно снизилась, большую часть работы выполняют механизмы.
5. Несмотря на это, шахтеры постоянно рискуют оказаться под завалами и быть погребенными в импровизированной общей могиле.
6. Постоянное воздействие пыли вызывает проблемы с дыхательным трактом. Пневмокониоз официально признан профессиональным заболеванием.

В некоторой степени такой труд компенсируется солидными зарплатами и ранним выходом на пенсию.

Как появился уголь?

На образование каменного угля ушли сотни миллионов лет.

Вот как проходил процесс его образования на Земле:

• Массово расплодились растения на поверхности, благодаря благоприятным климатическим условиям.
• Постепенно они гибли, а микроорганизмы не успевали полностью переработать останки.
• Органическая масса сформировала целый слой. В некоторых участках к нему отсутствовал доступ кислорода, особенно в болотной местности.
• В анаэробных условиях особые микроорганизмы продолжали принимать участие в процессах гниения.
• Сверху наслаивались новые слои, увеличивая давление.
• Благодаря органической основе с большим количеством углерода, гниению, постоянному давлению и сотням миллионов лет произошло формирование угля.

Именно таким образом видят весь процесс ученые, основываясь на современных методах изучения.

Возможно, в эту картину еще будут внесены коррективы в дальнейшем, время покажет. А пока что нам остается лишь поверить ей или озвучить какие-то свои предположения. Но чтобы быть воспринятым всерьез, их придется доказывать.

Не обязательно знать, как образовался каменный уголь, чтобы наслаждаться всеми прелестями научно-технического прогресса. Но для общего развития стоит ознакомиться.

Видео о появлении каменного угля на Земле

В этом видео геолог Леонид Ярошин расскажет, как и где образовался каменный уголь, как его добывают и где применяют в данный момент: