Происхождение твердых горючих ископаемых гумусового ряда

Ископаемый уголь представляет собой твердую горючую осадочную породу растительного происхождения, всегда содержащую некоторое количество минеральных примесей. В формировании углей выделяются две стадии, характеристика которым дана Ю.М. Жемчужниковым:

«Первая стадия — это превращение растительного вещества в торф. Место действия — болото; время — тысячелетие в ту или иную геологическую эпоху; обстановка — земная поверхность.

Вторая стадия состоит из ряда последовательных фаз: превращение торфа (а не растений) в бурый уголь, бурого угля в каменный, последнего в антрацит, а иногда в графит. Место действия — пласт горной породы, погребенной под толщей других пород; время — миллионы лет; обстановка — недра Земли, все более и более глубокие. Здесь царит иная термодинамическая обстановка — повышенное давление и температура».

Горючие сланцы состоят, главным образом, из водорослей и некоторого количества остатков животных организмов. Они (сланцы), так же как и уголь, являются органогенными осадочными горными породами.

Процесс разложения органического вещества при образовании торфа и угля можно пояснить на следующем примере. Если взять простую огородную или садовую землю и промыть ее слабощелочной водой, в которой растворено около 1% соды или аммиака, дать жидкости отстояться, а затем ее слить, то жидкость будет окрашена в бурый цвет. Далее профильтровать ее через вату или фильтровальную бумагy — бурая окраска сохранится. Это показывает, что мы имеем дело не с взмученными частицами почвы, а с каким-то раствором.

Если этот раствор прибавить немного кислоты (уксусной, соляной или какой-либо другой) то раствор сделается прозрачным, несколько желтоватым, а на дне сосуда образуется хлопьевидный осадок темно-бурого цвета. Если слить жидкость или профильтровать ее через бумажный фильтр и осадок высушить, он будет почти черным и блестящим, а при прокаливании в фарфоровом тигельке полностью сгорит.

В щелочных жидкостях полученный осадок хорошо растворяется и после добавления кислоты осаждается вновь. Это гумус, представлявший собой не простое вещество, а смесь так называемых гумусовых веществ. Все они являются органическими соединениями и состоят из углерода, водорода и кислорода, причем обладают свойствами слабых органических кислот.

Гумусовые вещества почвы образуются вследствие разложении и превращения органических соединений, из которых состоят растительные остатки. Однако образование гумуса происходит только при неполном разложении растений.

Если описанную операцию мы проделаем не с почвой, а с торфом, получится тот же результат, только гумуса при этом будет больше, так как торф состоит из отмерших и частью разложившихся растительных остатков, также перешедших в гумусовые вещества.

Уголь состоит из продуктов глубокого разложения и изменения растительных остатков, образовавшихся при отмирании деревьев, кустарников и других высших растений. Превращения исходного растительного материала происходят в начальной торфяной стадии при участии микроорганизмов и воды, а в последующих стадиях — в условиях давления окружающих пород и сравнительно высокой температуры. В процессе углефикации уголь прошел стадию образования гуминовых кислот, являющихся одним из основных составляющих органической массы торфа и непременным компонентом бурых углей и перешел в нерастворимые в щелочах гумины. Впервые правильное научное объяснение происхождения угля путем обугливания торфа без доступа воздуха под влиянием влаги, давления вышележащих слоев и повышения температуры дал М.В. Ломоносов в своем труде «О слоях земных».

Гумнновые кислоты способны разлагаться даже при небольшой температуре. Так, например, гуминовые кислоты, содержащие 58,24% углерода и 5,04% водорода, после двухчасового нагревания до температуры 200°C имеют следующий состав: углерода — 63,40% и водорода — 4,8%. Приведенный пример показывает, что при нагревании торфа с повышением температуры возрастает содержание углерода и понижается содержание водорода.

Гуминовые кислоты образуют гуминовые вещества, представляющие собой аморфные образования от светло-бурого до темнобурого цвета. Химическая структура их не вполне ясна. В обезвоженном торфе они выполняют пространство между неразложившимся растительным веществом.