Уголь

07.11.2020

Главенствующую роль среди твердых горючих ископаемых играет уголь.

В средние века считали, что ископаемый уголь, так же как и другие горные породы, существовал всегда, и вопрос о его происхождении вовсе не ставился.

С первой половины XIX в. приводятся некоторые научные доказательства того, что каменноугольные залежи являются продуктам существовавшей растительности. Микроскопическими исследованиями было установлено, что каменный уголь содержит те же составные части, что и торф, так как и тот и другой состоят из более или менее однородной массы, в которую включены сохранившие свою форму частицы, доказывающие их растительное происхождение. Часто в угольном пласте, даже невооруженным глазом, можно обнаружить остатки наземных частей растений (стигмарий) и древесной коры. Встречаются часто и частицы, по которым четко устанавливается растительное происхождение углей. В кровле угольных пластов встречаются растительные остатки в виде отпечатков листьев, кусков коры и других частей растений. Остатки растений находятся в таком состоянии, что предполагать их перенос издалека совершенно невозможно.

В настоящее время вопрос о растительном происхождении углей не вызывает никаких сомнений.

Для образования углей необходимы совершенно особые палеогеографические и геотектонические условия, определенный состав растительного материала и определенные биохимические условия разложения его. Ниже мы подробно останавливаемся на основных предпосылках образования углей.

Растительный материал. В древнейших геологических периодах органическая жизнь была примитивной и однообразной, особенно растительная. Например, в кембрийских отложениях из остатков наземной флоры найдены только споры. Естественно, что ископаемый уголь, образованный массовым накоплением остатков водных и главным образом наземных растений, мог образоваться только тогда, когда на суше была уже богатая растительность.

Самый древний, определенно установленный возраст углей, — кембрийский, промышленная угленосность в бывш. СССР относятся к нижнедевонскому возрасту (примерно 300 млн. лет тому назад). Сюда относятся угли известного в нашей стране Барзасского месторождения, находящегося в Сибири на р. Барзасс, а также угли о-ва Медвежьего в Баренцевом море.

Различные виды растительности сменялись в зависимости от смены геологических эпох, что показано в табл. 7.

Из таблицы видно что около 300 млн. лет тому назад появились псилофиты — растения без листьев и корней.

К концу девона стали развиваться кустарники и небольшие деревья хвощей и плаунов. Однако пышного расцвета наземная растительность достигла только в каменноугольный период, примерно 275 млн. лет тому назад, когда на смену псилофитам пришли древовидные папоротники, огромных размеров хвощи и плауновые каламиты (каламус—камыш, тростник), гигантские лепидодендроны (дендрон — дерево, древесные растения класса плауновых) высотой до 40 м, сигиллярия толщиной до 2 м, кордаиты названы по имени палеоботаника Корда) высотой более 40 м, с листьями длиной до 1 м (рис. 7).
Уголь

Заселяя в огромных количествах низменные берега прибрежно-морских и континентальных водоемов, эта растительность и являлась исходным материалом, из которого формировались угли таких крупнейших бассейнов, как Донецкий, Кузнецкий, Карагандинский, Подмосковный и др.

В пермское время появились хвойные, предшественниками которых служили кордаиты. Широкого распространения достигла так называемая глоссоптериевая флора. Гиганты каменноугольных лесов к этому времени почти полностью вымерли. Начали распространяться саговниковые деревья. Уголь Печорского бассейна образовался преимущественно из таких растений.

Новая эпоха развития растительного мира относится к триасовому периоду (около 185 млн. лет тому назад). В это время широко распространялись папоротники, хвойные и др. Из них образовались угли Богословского и Волчанского месторождений, Буланаш-Елкинского угленосного района (Урал) и Челябинского бассейна.

Господство кордаитов при большом их разнообразии наступает в юрский период (примерно 150 млн. лет назад), чему способствовал влажный климат. Из растений юрского времени образовался уголь Тургайского, Восточно-Уральского и других бассейнов.

На протяжении многих геологических периодов, прошедших с появления органической жизни, на земле неоднократно возникали особо благоприятные условия для развития растительного мира Такие условия существовали в каменноугольный, пермский, юрско-нижнемеловой и третично-верхнемеловой периоды, на долю которых и приходится основная масса мировых запасов углей (табл. 8).

Различают два типа накопления растительного материала: автохтонный и аллохтонный.

При автохтонном (автос — сам, хтон — земля) типе накоплении основная масса материнского вещества угля накапливалась из остатков растений на местах их произрастания, наглядное представление об условиях автохтонного накопления дают современные торфяные болота.

Торфяные болота образуются в результате зарастания наземными и водными растениями различных водоемов со стоячей или малоподвижной водой. К таким водоемам относятся болота, озера, заливы и лагуны морей и океанов. Наиболее благоприятным местом для наземно-водных растений и накопления их остатков служат так называемые низинные (плоские) болота, питающиеся грунтовыми водами, богатые минеральными солям. В низинных болотах уровень грунтовых вод стоит всегда высоко, а в тех случаях, когда он выше торфяного слоя, болото называется топяным или просто топями, которые имеют особенно большое значение для углеобразования.

Огромное большинство угольных месторождений было образовано из торфяников именно автохтонным способом. Это подтверждается многими признаками, главные из которых следующие: наличие корневых остатков в почве угольных пластов; нахождение почвы с обуглившимися пнями деревьев; встречающиеся боковые корневые побеги ископаемых растений; известковые почки (конкреции) чаще округлой формы, в которых содержатся минерализованные остатки растений в совершенной сохранности; чистота угля (т. е. незначительное одержание в нем золы); постоянная мощность угольных пластов на больших протяжениях и др.

Существуют следующие разновидности автохтонии:

а) водная автохтония, когда остатки живших в воде растений и животных накапливались на дне водоема, в котором они жили;

б) наземная автохтония, при которой растения, жившие на суше, превратились в уголь на месте их произрастания.

При аллохтонном (аллее — другой, чуждый; хтон — земля) способе накопления растительный материал приносился извне. Перенос может осуществляться ветром или водой.

Признаки образования угольных месторождений аллохтонным способом в общем будут противоположны признакам автохтонного способа, однако имеются и такие, которые прямо указывают на аллохтонное образование угольных пластов. Одним из них является расщепление угольного пласта на несколько выклинивающихся пачек.

Различают два типа аллохтонии:

1. Первичная аллохтония — материнское вещество, перенесенное извне, на месте своего отложения превратилось в твердые горючие;

2. Вторичная аллохтония — уже образовавшиеся твердые горючие ископаемые перенесены в другое место и снова отложились. В этом случае имеется, следовательно, как бы вторичное месторождение.

Следует иметь в виду, что каждый в отдельности приведенный признак не всегда дает полное подтверждение истинного способа накопления растительного материала, а следовательно, не всегда дает возможность относить угольные месторождения к автохтонным или аллохтонным.

Как мы уже отмечали, основная масса углей состоит из измененного растительного материала. Поэтому в составе растений следует искать источники составных частей ископаемых углей.

Для установления связи между горючими ископаемыми и растениями представляет интерес химический состав различных растительных организмов в их генетическом ряду (табл. 9).

Из табл. 9 видно, что для бактерий и низших растений характерно высокое содержание белков, жиров, восков и смол, отсутствие лигнина, отсутствие или незначительное содержание целлюлозы и гемицеллюлозы. Возникшие более поздно высшие растения содержат уже относительно мало белков, жиров и других веществ этой группы. Одревесневшие стенки клеток растении состоят почти исключительно из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.

Стенки клетки, особенно в древесных растениях, обычно состоят из целлюлозы, или клетчатки, пропитанной особым веществом — лигнином.

Клетчатка относится к углеводам и может быть выражена формулой n[С6(Н2О)5]. Ее можно выделить из древесины путем растворения в аммиачном растворе окиси меди (реактив Швейцера). Клетчатка легко гидролизуется. В отличие от клетчатки растений лигнин является негидролизуемой частью. Он более стоек, чем целлюлоза не только в анаэробных (без доступа воздуха), но и в аэробных (с доступом воздуха) условиях.

Состав целлюлозы в современных растениях довольно постоянен. Он содержит около 44,44% углерода, 6,17% водорода и 49,39% кислорода. Лигнин состоит в среднем из 63,1% углерода, 5,9 о водорода и 31,0% кислорода.

Гумусовые угли могут образоваться при соответствующих условиях как за счет лигнина, так и за счет клетчатки.

Климатические условия. Как уже было отмечено для образования крупных угольных бассейнов и месторождении требовалось предварительное накопление огромных масс остатков растительного материала. Усиленное развитие растительности возможно только при благоприятном климате, влияние которого сказывается не только на росте растений, но и на общем составе флоры.

Для растительности каменноугольного периода, давшей значительные угленакопления, характерны большая высота, толстые, мягкие крупные листья и слабое развитие корневой системы. Годовые кольца отсутствовали. Эти данные и ряд других указывают на теплый и влажный климат, который существовал в каменно-угольный период. Примерно такой же климат был и в юрский период и в начале третичного, для которых также характерны многие крупные угольные бассейны и месторождения.

Рельеф поверхности. Характер рельефа поверхности, в зависимости от которого находятся как климатические условия, так и условия произрастания растений и накопления их остатков, является очень важным фактором углеобразования.

Накопление значительных количеств растительных остатков возможно только в областях пониженного рельефа с заболоченными площадями. Такой равнинно-низменный рельеф, типичный для прибрежно-морских территорий, также благоприятствовал существованию равномерного и влажного климата, а тем самым способствовал усиленному произрастанию и общему расцвету растительности.

Биохимические условия разложения органического (растительного) вещества. В современной природе непрерывно происходят два противоположных друг другу процесса. Один из них состоит в непрерывном росте и отложении растительного вещества за счет усвоения углекислоты воздуха, другой в уничтожении растительных веществ микроорганизмами. Накопление растительных остатков может происходить только лишь в том случае, если развитие растительности идет гораздо быстрее процессов разложения растительного вещества. Такой процесс происходит в торфяных болотах, в которых развитие растений и уничтожение их происходит под водой. В этих условиях накопление растительных остатков происходит быстрее, чем их уничтожение.

Различают четыре типа процесса разложения растительного вещества, причем каждым из них определяется особыми условиями остатков растений: тление, перегнивание, оторфянение и гниение (табл. 10).

Tление, происходящее при обильном доступе кислорода воздуха, является как бы медленным горением, в результате которого происходит полное окисление. Органические ткани при этом уничтожаются, не оставляя твердых углеродистых соединений. Образуются газообразные соединения (пары воды, углекислый газ, сернистый газ. метан и пр.) и минеральное вещество (зола).

Перегнивание — неполное тление при недостаточном доступе воздуха, что бывает обычно связано с присутствием влаги. В этом случае происходит неполное окисление, в результате чего создается перегной, содержащий твердые соединения, относительно богатые кислородом — гумусовые вещества.

Оторфянение — промежуточное звено между перегниванием и гниением. При оторфянении изменение растительных тканей происходит также при неполном доступе кислорода, сначала на суше при наличии влаги, а затем в застойной воде болота. Здесь также образуются гумусовые вещества, в состав которых входят гуминовые кислоты. В результате этого процесса создается горючая города — торф.

Гниение — процесс разложения главным образом водорослей и простейших живых организмов в водной среде, при полном отсутствии кислорода воздуха. Он характерен для застаивающихся вод спокойных озер и бухт. Это восстановительный процесс, который ведет к образованию твердых продуктов, более богатых водородом к так называемыми битумами. В результате получается гнилой ил — сапропель, из которого потом может образоваться уголь.

Существуют, однако, органические вещества, трудно поддающиеся разложению. К ним относятся смолы, воск и т. п., которые после всех процессов разложения остаются мало измененными и из которых впоследствии образуются липтобиолиты. Сюда же можно отнести наиболее устойчивые ткани высших растений, их споры, кутикулу, коровые ткани.

При тлении, перегнивании и оторфянении главная роль принадлежит аэробным микроорганизмам, в процессе же гниения большую роль играют бактерии анаэробные, т. е. способные жить при отсутствии воздуха.

Палеогеографические условия. Палеогеографические условия играют важную роль в процессе формирования торфяных залежей, значение которых состоит в образовании среды (болот), благоприятной для накопления и превращения растительных остатков. Выделяется несколько палеогеографических обстановок угленакопления. В одних случаях это были морские низины, занятые речными долинами дряхлеющих рек, дельтами, озерами, болотами и нередко затопляемые мелководным морем и лагунами; в других случаях — континентальные равнины платформ или межгорные равнины (котловины) также с озерно-болотным ландшафтом см. рис. 7).

Геотектонические условия. В угленакоплении важную роль играли геотектонические условия. Отрицательные движения земной коры создавали благоприятные физико-географические условия для накоплении материнского вещества, приводили к захоронению торфа и превращению его в уголь.

Угленакопление происходило в эпохи медленного, длительного погружения участков суши, на фоне которого протекали вертикальные колебательные движения. Эпохи угленакопления связаны с усилением подвижности земной коры, предшествующей мощным орогеническим движениям, или с промежутками между этими основными фазами орогенеза.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна