Походження викопного вугілля

1. Походження вугілля. 4

2. Джерела утворення твердих горючих копалин. 5

3. Стадії перетворення органічних речовин. 7

4. Петрографічна характеристика вугілля. 9

5.Класифікація вугілля. 11

6. Основні вугільні басейни країни.

Практично неможливо встановити точну дату, але десятки тисяч років тому людина, яка вперше познайомилася з вугіллям, стала постійно стикатися з ним. Так, археологами знайдено доісторичні розробки покладів вугілля. Відомо, що з кам'яним вугіллям люди були знайомі в період давньої культури, але факти про його використання відсутні. Пізніше, у Римі, робилися шляхи використання його, але лише за часів Аристотеля з'явилося опис деяких інших властивостей вугілля, а 315 р. до зв. е. його учень описує вугілля як горючий матеріал і називає його "антраксом" (пізніше з'явилася назва "антрацит").

наука про генезу твердих горючих копалин на підставі численних фактів (виявлення у вугільних пластах відбитків листя, кори, стовбурів дерев, спор і т. д., використання ізотопного методу аналізу) незаперечно довела та обґрунтувала теорію про їхнє органічне походження. Водночас складність природних процесів вуглеутворення та впливу на ці процеси таких факторів, як клімат, умови середовища відкладення, температура, тиск та ін., призвели до виділення хімічних, мікробіологічних та геологічних аспектів теорії генези. Досі немає єдиної думки про те, які компоненти органічних речовин є вихідним матеріалом при утворенні різних вугілля, немає єдиної схеми та її генетичних перетворень. Припускають, що загальна схема має вигляд:

Висловлювалися міркування, що генезиствердих горючих копалин описується:

a) послідовно протікаючими стадіями 1→2→3→4→5→6

b) перетворенням вихідного органічного матеріалу 1→2, 1→3→4→5→6 та 1→4→5→6.

Палеографічні умови геологічних епох визначали виникнення органічних речовин, їх розвиток, накопичення та різноманітні перетворення.

Відомо, що до складу рослин входить целюлоза, геміцелюлоза, лігнін, смоли, воски, жири, білки, вуглеводи, пектинові речовини. Цілком імовірно, що склад цих компонентів та їх співвідношення у стародавніх рослинах різного виду та залежно від палеографічних умов геологічних епох зазнавав певних змін. Тим не менш, численні дослідження дозволили встановити, що роль різних частин сучасних рослин та механізму їх перетворення в умовах вуглефікації суттєво не відрізняється від ролі рослин ранніх геологічних епох. У табл. 1 наведено елементний склад основних компонентів рослин, що беруть участь у вуглеутворенні.

Елементний склад вуглеутворювальних компонентів рослин (%)

До складу восків крім складних ефірів високомолекулярних жирних кислот і вищих аліфатичних спиртів входять кислоти С24 - С34 спирти С24 - С34 і іноді вуглеводи. Рослинні воски є твердими речовинами, здатними зберігати свій склад та властивості не піддаватися змінам під дією мікроорганізмів. Завдяки їх високій стійкості вони зустрічаються в незмінному стані у складі бурого вугілля.

Смоли складаються із складних ефірів кислот із одноатомними спиртами. Завдяки ненасиченій поліізопреновій структурі вони здатні полімеризуватися та окислюватися, що знижує їх розчинність, підвищує молекулярну масу, перетворює на неплавкі сполуки. Жири – складні ефіри високомолекулярних насичених таненасичених кислот та гліцерину. Цікаво відзначити, що вихідні наземні сполуки містять ненасичені кислоти С18 – С22 і насичену кислоту С16 , тоді як серед морських джерел вуглеутворення переважають ненасичені кислоти С16 – С22 . Жири легко гідролізуються, змінюються під впливом мікроорганізмів, нагрівання та ін, а ненасичені кислоти - окислюються з утворенням полімерів.

Білки є високомолекулярними речовинами, що мають колоїдні властивості. Зміст їх у бактеріях, водоростях та деревних рослинах досягає відповідно 80, 25, 1 – 10 %. Білки гідролізуються з виділенням амінокислот, які зв'язуються з моносахаридами, що містяться в рослинах.

Целюлоза (С6 Н10 О5 ) відноситься до класу вуглеводів з регулярною лінійною структурою, має складний склад і молекулярну масу від десятків тисяч до декількох мільйонів. Будучи дуже стійкою до впливу тиску і температури, целюлоза порівняно легко піддається впливу ферментів. Геміцелюлози є вуглеводними сполуками, які легко піддаються гідролізу та розчиняються в кислотах та лугах. Це гетерополісахариди, що утворюють при гідролізі на відміну від целюлози не глюкозу, а манозу, фруктозу, галактозу та уронові кислоти.

Пектинові речовини підвищують механічну міцність стінок рослинних клітин, вони складаються із залишків D-галактуронової кислоти, здатних легко гідролізуватись мінеральними кислотами. Карбоксильні групи в цих залишках знаходяться у вигляді солей магнію та кальцію, а також у вигляді метилових ефірів. Міцність клітин вищих рослин пояснюється також присутністю в їх складі лігніну, який на відміну від целюлози не піддається гідролізу, стійок до впливу хімічних реагентів, нерозчинний у воді та органічнихрозчинниках. Лігнін є полімером нерегулярної будови, до складу якої входять ароматичні та жирноароматичні фрагменти. Кисень присутній у вигляді карбоксильних та гідроксильних груп, ароматичні ядра містять метокси-групи та пов'язані між собою пропильними групами. Молекулярна маса лігніну коливається від 700 до 6000 його висока хімічна стійкість обумовлена накопиченням гумінових кислот.

Таким чином, можна припускати, що в результаті вуглеутворення з'являються хімічно стійкі компоненти, а менш стійкі беруть участь у цих процесах як напівпродукти розпаду.

болота є найбільш сприятливими місцями для накопичення та переробки органічних продуктів у торф. Заболочування водойм відбувається різними шляхами, і залежить від рельєфу дна і берегів, проточності води і т. д. Як у тропічній, так і в помірних зонах болота діляться на верхові та низинні. Верхові утворюються за умови перевищення кількості річних атмосферних опадів над обсягом випаровування та характеризується нестачею поживних речовин для рослин. Низинні болота мають пологі береги, зарослі очеретом і очеретами, вкриті плаваючими та підводними рослинами. Їх походження пов'язані з зниженням рельєфу і вони поширені переважно у північних областях. При помірному кліматі річний приріст торфу в низинних болотах становить 0,5 – 1,0 мм, але в верхових 1 – 2 мм.

Вугільні пласти характеризуються такими основними характеристиками:

4. Життєдіяльність бактерій залежить від кислотності торфу. Торф верхових боліт має рН = 3,3 – 4,6, а низинних 4,8 – 6,5. ступінь кислотності залежить від припливу води, типу основи болота, надходження кисню та концентрації гумінових кислот. Бактерії добре розвиваються при рН = 7,0 - 7,5,тому що кисліше торф, то менше в ньому бактерій і краще зберігається структура вихідних рослин.

5. Температура торфу. Розкладання торфу залежить від температури, оскільки у теплі бактерії виявляють підвищену активність. Так при 35 - 40 0 С бактерії розкладають целюлозу з найбільшою швидкістю.

6. Окисно-відновний потенціал. Життєдіяльність бактерій залежить від потенціалу. Процеси перетворення залишків органічних сполук при вільному доступі кисню (аеробні умови) та води аналогічні повільному горінню і називаються тлінням. Гуміфікація (перегнивання) характеризується недостатнім доступом повітря (анаеробні умови) та вологи. Цей процес призводить до накопичення завуглероженого залишку (гумусу), частина якого може розчинятися у воді. Перетворення органічних речовин в умовах надлишку вологи та відсутності кисню широко поширене у природі та називається оторфенієм; воно призводить до появи твердих гумусових продуктів. Утворення сапропелів з водоростей і планктону протікає за відсутності кисню під шаром води (відновлювальні реакції) і відоме як процеси гниття або гнильного бродіння.