Стадии углеобразования

Углеобразование - последовательное превращение отмерших растений в торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит. Оно условно разделено на биохимическую и геологическую стадии.

На биохимической стадии происходит накопление, биохимическое разложение и химическое преобразование растительного вещества. Эти процессы протекают на земной поверхности, в болоте в течение тысячелетий и заканчиваются превращением растительного вещества в торф.

Накопление исходного растительного материала может быть автохтонным и аллохгонным. При автохтонном /от греч. авто – сам и хтон -земля/ накоплении горючее ископаемое залегает на месте произрастания растений, при аллохтонном /от греч. аллос- другой, чужой/ растение произрастает в одном месте, а после гибели переносится в другое, где подвергается дальнейшему разложению и преобразованию. К признакам автохронного накопления растительного вещества относятся присутствие в почве пласта корешков и пней деревьев, наличие и хорошая сохранность растительных остатков, небольшая примесь минерального вещества, постоянство мощности пластов. Аллохтония характеризуется отсутствием в почве корней и пней, наличием грубых растительных остатков, высокой зольностью углей и невыдержанной мощностью угольных пластов. Различают аллохтонию первичную /перенос отмерших растений водой и ветром/и вторичную /переотложение торфа и угля в результате размыва водой, ледниковой деятельности, развития оползней, карстов и других явлений/.

После накопления происходит разложение растений, характер которого зависит от кислородного и водного режима среды, в которую они попадают после гибели. Агентами разложения являются грибки /в 1 г растительного вещества насчитывается 26000 особей/, бактерии /до 10000/ и микробы. При погружении в водную среду на глубину до 20-40 см главная роль принадлежит аэробным /т.е. развивающимся при наличии кислорода/ бактериям, затем до глубины 1, 5-3, 0 м - анаэробным /способным жить при отсутствии кислорода/.

Таким образом, наземные и болотные растения подвергаются тлению, перегниванию и оторфованию, водные организмы - гниению. Тление, протекающее при обильном доступе кислорода в увлажненное растительное вещество, заключается в полном окислении /уничтожении/ органической части растения; в результате образуются улетучивающиеся газообразные соединения /пары воды, оксид углерода /1У/ и др./ и минеральное вещество /зола/. Перегнивание - неполное тление при ограниченном доступе кислорода в увлажненную растительную массу, при котором происходит частичное окисление и образуется перегной, содержащий твердые богатые кислородом соединения. Оторфование - неполное разложение при ограниченном доступе кислорода и в условиях высокой влажности /застойные воды/, в процессе которого накапливаются твердые богатые углеродом скопления /торф/. При перегнивании и оторфовании из лигнино-целлюлозных тканей образуются гуминовые кислоты /гумификация/. Гниение — разложение водорослей и простейших живых организмов в застойной водной среде без доступа кислорода - протекает в восстановительной обстановке; при этом накапливаются твердые продукты, обогащенные водородом /из водорослей образуется сапропель/.

Растения, разложившиеся под влиянием биохимических агентов, затем подвергаются химическому преобразованию в направлении создания однородной коллоидальной массы - гумификации, гелификации, фюзенизации и битумизации/см. подразд.2.5/.

Геологическая стадия состоит из ряда последовательных превращений:

торфа - в бурый уголь; бурого угля - в каменный; каменного - в антрацит и далее в графит. Перечисленные процессы начинаются посла перекрытия торфяника кровлей, протекают в недрах Земли среди пластов горных пород в течение длительного периода времени /от нескольких миллионов до сотен миллионов лет/ под влиянием давления вышележащих толщ и сравнительно высоких температур. Превращение органического вещества /углефикация/ сопровождается обезвоживанием, уменьшением в объеме /бурые и каменные угли занимают объем соответственно в 3, 5 раза и в 12 раз меньший, чем исходная органическая масса/, изменением физических и технологических свойств, химического состава. Углефикация подразделяется на диагенез /преобразование торфа в бурый уголь/ и метаморфизм /преобразование бурого угля в каменный и далее в антрацит и графит/.

Бурый уголь - низший член углефикационного ряда гумусовых углей, переходная форма от торфа к каменному углю. От торфа он отличается более высокой степенью превращения остатков растений, обогащением /до 70 %/ углеродом. Для угля этого вида характерна бурая /иногда - черная/ черта. Благодаря присутствию в нем гуминового вещества происходит окрашивание раствора щелочи в темно-бурый цвет и раствора разбавленной азотной кислоты - в цвета от ярко-желтого до красно-бурого. Плотность бурого угля - 0, 8-1, 35 г/см³. Уплотнение торфа под действием повышающейся температуры и тяжестью перекрывающих песчано-глинистых пород обусловливает переходы от землистых бурых углей к более плотным, приближающимся к каменным. Различают землистые, лигнитовые, плотные матовые и плотные блестящие бурые угли. Землистый бурый уголь - рыхлый, слабосцементированный, пористый с однородным или комковатым сложением представлен мелкозернистой бурой массой, которая при высыхании превращается в порошковатое вещество. Лигнитовый уголь /от лат. lignum -древесина/ характеризуется лигнитовой /древесной/ структурой и при высыхании раскалывается на слои, соответствующие годичным кольцам. Он залегает среди бурого угля слабой степени углефикации, переслаиваясь c ним или образуя самостоятельные пласты. Плотный матовый бурый уголь -сцементированный уголь, сложенный углеобразующими компонентами, имеющими признаки каменного и землистого бурого угля. При высыхании растрескивается. Плотный блестящий бурый уголь - порода черного цвета со слабозаметным буроватым оттенком и смолистым блеском. Наблюдаются трещины уcыхания. Бурые угли могут быть сложены гумитами, сапропелитами и смешанными природными типами.

Между бурыми и каменными углями выделены переходные угли - бурые длиннопламенные /БД/. С типичными бурыми углями их сближает плохо выраженный эндокливаж и бурая черта, с каменными -цвет, плотность, вязкость.

Каменный уголь - твердая плотная порода, образовавшаяся в процессе углефикации /метаморфизма/ бурого угля, от которого он отличается физическими и технологическими свойствами и химическим составом. По мере увеличения степени углефикации цвет гумусовых углей изменяется от черного до серо-черного, цвет черты - от коричневой до черной и темно-серой, блеск - от смолистого до яркого алмазного металловидного, снижаются прочность /от высокой до средней/, вязкость, выход летучих /50-10 %/ и доля водорода, возрастают плотность /1, 3-1, 5 г/см³/, удельная теплота сгорания, массовая доля углерода и др. Каменные угли могут быть сложены гумитами и сапропелито-гумитовыми природными типами. Между каменными углями и антрацитами выделяют переходные угли - полуантрациты /ПА/.

Антрацит - каменный уголь высокой степени углефикации /метаморфизма/ - представляет собой плотную и однородную породу серовато-черного и черно-серого цвета с металловидным или металлическим блеском и бархатисто-черной чертой. Излом раковистый и остроугловатый, края обломков - острые, режущие. От каменных углей отличается также большей плотностью /1, 4-1, 7 г/см³/, высокой массовой долей углерода /не менее 95 %/, низким выходом летучих веществ /8-2 %/. Антрациты характеризуются высокой электрической проводимостью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, к истиранию и пластическим деформациям, низкой реакционной способностью и др. Они могут быть сложены гумитами и сапропелито-гумитами.

Иногда выделяют суперантрациты /перантрацит/ - антрацит высшей степени углефикации /метаморфизма/.

В Карелии в районе Онежского озера /о.Шуньга/ среди метаморфизованных

пород нижнего протерозоя установлен пласт антрацита /мощность 4 м/ высшей степени метаморфизма, который назван шунгитом. Доля углерода в чистых разновидностях шунгита на горючую массу составляет 98 %, выход летучих веществ - около 2 %. В нем обнаружены фрагменты растительной органики, напоминающие древесину, что позволило эти породы отнести к гумитам. Графит органического происхождения заключает углефикационный ряд, возникший из растительного материала. Он образуется при контактовом воздействии интрузий на уголь /Тунгусский и другие угольные бассейны/.