Węgiel w Rosji: główne złoża, klasyfikacja i charakterystyka węgla. Jak powstał węgiel Informacje dla klasy trzeciej

Węgiel, podobnie jak ropa i gaz, jest substancją organiczną, która ulega powolnemu rozkładowi w wyniku procesów biologicznych i geologicznych. Podstawą powstawania węgla są pozostałości roślinne. W zależności od stopnia przekształcenia i określonej zawartości węgla w węglu wyróżnia się cztery jego rodzaje: węgle brunatne (lignity), węgle bitumiczne, antracyty i grafity. W krajach zachodnich obowiązuje nieco inna klasyfikacja – odpowiednio lignity, węgle subbitumiczne, węgle bitumiczne, antracyty i grafity.

Antracyt

Antracyt- najgłębiej nagrzany węgiel kopalny, kiedy się pojawił, węgiel o najwyższym stopniu karbonizacji. Charakteryzuje się dużą gęstością i połyskiem. Zawiera 95% węgla. Stosowany jest jako paliwo stałe wysokokaloryczne (wartość opałowa 6800-8350 kcal/kg). Mają najwyższe ciepło spalania, ale nie zapalają się dobrze. Powstają z węgla pod wpływem wzrostu ciśnienia i temperatury na głębokości około 6 kilometrów.

Węgiel

Węgiel- skała osadowa, będąca produktem głębokiego rozkładu szczątków roślinnych (paproci drzewiastych, skrzypów i mchów, a także pierwszych nagonasiennych). Węgiel pod względem składu chemicznego jest mieszaniną wielkocząsteczkowych wielopierścieniowych związków aromatycznych o dużym udziale masowym węgla, a także wody i substancji lotnych z niewielką ilością zanieczyszczeń mineralnych, które podczas spalania węgla tworzą popiół. Węgle kopalne różnią się między sobą stosunkiem składników składowych, od którego zależy ciepło spalania. Szereg związków organicznych tworzących węgiel ma właściwości rakotwórcze.

brązowy węgiel- węgiel kopalny twardy, powstający z torfu, zawiera 65-70% węgla, ma brązową barwę, jest najmłodszym z węgli kopalnych. Wykorzystywany jest jako lokalne paliwo, a także jako surowiec chemiczny. Zawierają dużo wody (43%), przez co mają niską wartość opałową. Ponadto zawierają dużą ilość substancji lotnych (do 50%). Powstają z martwych resztek organicznych pod ciśnieniem obciążenia i pod wpływem podwyższonej temperatury na głębokościach około 1 kilometra.

Wydobywanie węgla

Metody wydobycia węgla zależą od głębokości jego występowania. Wydobycie odbywa się metodą odkrywkową w kopalniach odkrywkowych, jeżeli głębokość pokładu węgla nie przekracza 100 metrów. Często zdarzają się także przypadki, gdy przy stale pogłębiającej się kopalni węgla, dalsze opłacalne jest zagospodarowanie złoża metodą podziemną. Kopalnie służą do wydobywania węgla z dużych głębokości. Najgłębsze kopalnie Federacji Rosyjskiej wydobywają węgiel z poziomu nieco ponad 1200 metrów.

Złoża węglonośne, wraz z węglem, zawierają wiele rodzajów geozasobów o znaczeniu konsumenckim. Należą do nich skały macierzyste jako surowce dla budownictwa, wody gruntowe, metan z pokładów węgla, pierwiastki rzadkie i śladowe, w tym metale szlachetne i ich związki. Na przykład niektóre węgle są wzbogacone germanem.

„Jak powstał węgiel” – krótki przekaz przedstawiony w tym artykule pomoże Ci przygotować się do lekcji i poszerzyć wiedzę na ten temat.

Wiadomość „Jak powstał węgiel”

Węgiel jest niezastąpionym, wyczerpywalnym minerałem stałym, wykorzystywanym przez człowieka do wytwarzania ciepła podczas spalania. Należy do skał osadowych.

Co jest potrzebne do wytworzenia węgla?

Po pierwsze dużo czasu. Kiedy z roślin na dnie bagien tworzy się torf, powstają związki chemiczne: rośliny rozpadają się, częściowo rozpuszczają lub zamieniają się w metan i dwutlenek węgla.

Po drugie, wszelkiego rodzaju grzyby i bakterie. Dzięki nim tkanka roślinna ulega rozkładowi. Torf zaczyna gromadzić trwałą substancję zwaną węglem, której z czasem staje się coraz więcej.

Po trzecie, brak tlenu. Gdyby zgromadził się w torfie, węgiel nie mógłby się uformować i po prostu wyparowałby.

Jak węgiel powstaje w przyrodzie?

Złoża węgla powstały z ogromnej ilości materii roślinnej. Idealne warunki są wtedy, gdy wszystkie te rośliny zgromadziły się w jednym miejscu i nie miały czasu na całkowity rozkład. Bagna idealnie nadają się do tego procesu: woda jest uboga w tlen, przez co aktywność życiowa bakterii zostaje zawieszona.

Po zgromadzeniu się masy roślinnej na bagnach, zanim zdąży ona całkowicie zgnić, jest ona ściskana przez osady glebowe. W ten sposób powstaje materiał wyjściowy węgla – torf. Warstwy gleby zamykają ją w podłożu bez dostępu tlenu i wody. Z biegiem czasu torf zamienia się w pokład węgla. Proces ten jest długotrwały – znaczna część zasobów węgla powstała ponad 300 milionów lat temu.

Im dłużej węgiel leży w warstwach ziemi, tym bardziej skamielina jest narażona na działanie i ciśnienie głębokiego ciepła. Na bagnach, gdzie gromadzi się torf, woda niesie piasek, glinę i rozpuszczone substancje, które osadzają się w węglu. Zanieczyszczenia te tworzą warstwy w minerale, dzieląc go na warstwy. Po oczyszczeniu węgla pozostaje jedynie popiół.

Wyróżnia się kilka rodzajów węgla – kamienny, brunatny, brunatny, borfowy, antracyt. Dziś na świecie istnieje 3,6 tys. zagłębi węglowych, które zajmują 15% powierzchni Ziemi. Największy odsetek światowych zasobów paliw kopalnych należy do Stanów Zjednoczonych (23%), następnie do Rosji (13%), a na trzecim miejscu do Chin (11%).

Mamy nadzieję, że raport „Jak powstał węgiel” pomógł Państwu przygotować się do lekcji. Możesz dodać komentarz do wiadomości na temat „Jak powstał węgiel”.

„Głębie Ziemi kryją się w sobie: niebieski lapis lazuli, zielony malachit, różowy rodonit, liliowy charoit… W pstrokatej gamie tych i wielu innych minerałów węgiel kopalny wygląda oczywiście skromnie”.

Tak pisze Edward Martin w swoim dziele „Historia bryły węgla” i nie sposób się z nim nie zgodzić. Ale biorąc pod uwagę korzyści, jakie węgiel przynosił ludziom od niepamiętnych czasów, patrzy się na to stwierdzenie z zupełnie innej perspektywy.

Węgiel to minerał, którego ludzie używają jako paliwa. Jest to gęsta, czarna (czasami szaro-czarna) skała o błyszczącej, półmatowej lub matowej powierzchni.
Istnieją dwa główne punkty widzenia na temat pochodzenia węgla. Pierwsza twierdzi, że węgiel powstał w wyniku rozkładu roślin na przestrzeni wielu milionów lat. Jednak proces ten nie zawsze prowadził do złóż węgla. Faktem jest, że dostęp tlenu musi być ograniczony, aby gnijące rośliny nie mogły uwalniać węgla do atmosfery. Odpowiednim środowiskiem dla tego procesu jest bagno. Stojąca woda o minimalnej zawartości tlenu zapobiega całkowitemu zniszczeniu roślin przez bakterie. W pewnym momencie uwalniają się kwasy, które całkowicie zatrzymują pracę bakterii. W ten sposób powstaje torf, który przekształca się najpierw w węgiel brunatny, następnie w kamień, a na koniec w antracyt. Ale powstawanie węgla wynika z innego ważnego punktu - z powodu ruchu skorupy ziemskiej warstwa torfu musi być pokryta innymi warstwami gleby. W ten sposób, doświadczając ciśnienia i podwyższonych temperatur, pozostając bez wody i gazów, powstaje węgiel.

Istnieje również druga wersja. Sugeruje, że węgiel powstaje w wyniku przejścia węgla ze stanu gazowego do stanu krystalicznego. Polega ona na tym, że wnętrze Ziemi może zawierać dużą ilość węgla w stanie gazowym. Podczas procesu chłodzenia wytrąca się w postaci węgla.

Rosja posiada 5,5% światowych zasobów węgla na tym etapie jest to 6421 miliardów ton, z czego 2/3 to zasoby węgla. Złoża są nierównomiernie rozmieszczone na terenie kraju: 95% znajduje się w regionach wschodnich, a ponad 60% z nich należy do Syberii. Główne zagłębia węglowe: Kuźnieck, Kańsko-Aczyńsk, Peczora, Donieck. Rosja zajmuje piąte miejsce na świecie pod względem wydobycia węgla.

Najprostszy wydobycie węgla kopalnego znany od czasów starożytnych i notowany w Chinach i Grecji. W Rosji Piotr I po raz pierwszy zobaczył węgiel w 1696 roku na terenie obecnego miasta Szachty. Od 1722 r. Zaczęto przygotowywać wyprawy do eksploracji złóż węgla w całej Rosji. W tym czasie zaczęto wykorzystywać węgiel do produkcji soli, kowalstwa i ogrzewania domów.
Istnieją dwie główne metody wydobycia węgla: otwarta i zamknięta. Metoda wydobycia zależy od głębokości skały. Jeżeli złoża znajdują się na głębokości do 100 metrów, wówczas metoda wydobycia jest otwarta (wierzchnia warstwa gleby nad złożem jest usuwana, to znaczy powstaje kamieniołom lub wykop). Jeśli głębokość jest większa, powstają kopalnie, a w nich specjalne podziemne przejścia. Nawiasem mówiąc, węgiel zwykle powstaje na głębokości 3 kilometrów lub większej. Jednak w wyniku ruchów warstw ziemi, warstwy te podnoszą się bliżej powierzchni lub opuszczają na niższy poziom. Węgiel występuje w postaci pokładów i osadów soczewkowatych. Struktura jest warstwowa lub ziarnista. A średnia grubość pokładu węgla wynosi około 2 metry.

Węgiel to nie tylko minerał, ale zbiór związków wielkocząsteczkowych o dużej zawartości węgla, a także wody i substancji lotnych z niewielką ilością zanieczyszczeń mineralnych.

Ciepło właściwe spalania (zawartość kalorii) - 6500 - 8600 kcal/kg.

Liczby podano w procentach, ale dokładny skład zależy od lokalizacji złóż i warunków klimatycznych. Aby zrozumieć jakość węgla, określa się kilka ważnych punktów. Po pierwsze stopień jego wilgotności roboczej (mniejsza wilgotność - lepsze właściwości energetyczne). Jego zawartość w węglu wynosi 4-14%, co daje ciepło spalania na poziomie 10-30 MJ/kg. Po drugie, jest to zawartość popiołu w węglu. Popiół powstaje na skutek obecności w węglu zanieczyszczeń mineralnych i jest określany na podstawie ilości pozostałości po spalaniu w temperaturze 800°C. Węgiel kamienny uważa się za nadający się do wykorzystania, jeżeli po spaleniu zawartość popiołu wynosi 30% lub mniej.
W odróżnieniu od węgla brunatnego, węgiel kamienny nie zawiera kwasów humusowych, w nim ulegają one przemianie w karbooidy (zagęszczone związki węgla). W związku z tym jego gęstość i zawartość węgla są większe niż w przypadku węgla brunatnego.

Jeśli chodzi o właściwości, wyróżnia się węgiel błyszczący (vitren), półbłyszczący (claren), matowy (dgoren) i falisty (fusain).

Ze względu na stopień wzbogacenia węgle dzielimy na koncentraty, śrutę i muły. Koncentraty wykorzystywane są w kotłowni oraz do produkcji energii elektrycznej. Wyroby przemysłowe wykorzystywane są na potrzeby hutnictwa. Osad nadaje się do produkcji brykietów i sprzedaży detalicznej społeczeństwu.

Istnieje również klasyfikacja węgla ze względu na wielkość kawałków:

Głównymi właściwościami technologicznymi węgla są właściwości spieniające i koksujące. Zdolność do zbrylania to zdolność węgla do tworzenia stopionej pozostałości po podgrzaniu (bez wlotu powietrza). Węgiel nabywa tę właściwość na etapach swojego powstawania. Zdolność koksowania to zdolność węgla, w określonych warunkach i wysokich temperaturach, do tworzenia brył porowatego materiału – koksu. Ta właściwość dodaje węglowi dodatkowej wartości.
Podczas powstawania węgla zachodzą zmiany w zawartości węgla oraz zmniejszenie ilości tlenu, wodoru i substancji lotnych, zmienia się także ciepło spalania. Na tej podstawie dokonano klasyfikacji węgla według gatunku:

Drewno od dawna służy do ogrzewania domów, jednak aby stale utrzymać spalanie, konieczne jest ciągłe dokładanie polan. Wraz z rozwojem górnictwa węglowego coraz więcej osób zaczęło korzystać z węgla: daje on więcej ciepła i dłużej się pali. Jeśli piec jest prawidłowo zamontowany, porcja węgla wsypana wieczorem do kotła, utrzyma przez całą noc stabilną temperaturę.

Historia powstawania węgla i jego rodzaje

Cały proces powstawania węgla można podzielić na dwa główne etapy: powstawanie torfu i właściwy proces uwęglenia, czyli przemianę torfu w węgiel.

Torf powstał na rozległych obszarach podmokłych ze szczątków roślinnych o różnym stopniu rozkładu. Niektóre rośliny zgniły całkowicie do stanu żelopodobnego, podczas gdy inne zachowały swoją strukturę komórkową. Ich szczątki gromadziły się na dnie zbiorników, które stopniowo przekształcały się w bagna. Warunkiem powstania torfu jest brak tlenu. Pod słupem wody było mało tlenu, podczas rozkładu pozostałości wydzielały się siarkowodór, metan i dwutlenek węgla, co przyczyniło się do twardnienia pozostałości. Powstał torf.

Ale nie wszystkie torfowiska zostały przekształcone w węgiel. Proces karbonizacji wymaga: wysokiego ciśnienia, wysokiej temperatury i długiego czasu. W zależności od występowania tych warunków, powstawanie węgla następowało lub nie. Najpierw torf został przeniesiony przez skały osadowe, co spowodowało wzrost ciśnienia i temperatury wewnątrz warstwy torfu. W takich warunkach powstał węgiel brunatny – pierwszy etap uwęglenia. W niektórych obszarach doszło do przemieszczenia warstw, w wyniku czego zatonęły pokłady węgla brunatnego (niektóre z odkrytych złóż znajdują się na głębokościach przekraczających 6000 metrów). W niektórych miejscach procesom tym towarzyszyło powstawanie magmy i erupcje wulkanów. Wysokie ciśnienie krwi, brak tlenu i wysokie temperatury przyczyniło się do tego, że w węglu brunatnym było coraz mniej wilgoci i gazów naturalnych, a coraz więcej węgla. W wyniku wyparcia wody i gazów węgiel brunatny zamienił się w węgiel bitumiczny, a następnie pod wpływem wysokich temperatur w antracyt. Główna różnica pomiędzy węglem brunatnym a węglem kamiennym: węgiel brunatny zawiera więcej wilgoci i gazów naturalnych, a mniej węgla, co wpływa na ilość ciepła wydzielanego podczas spalania.

Obecnie wiek złóż węgla określa się na podstawie pozostałości roślin. Najstarsze pochodzą z okresu karbonu (345-280 mln lat temu). W tym okresie powstała większość zagłębi węglowych Ameryki Północnej (wschodnie i środkowe USA), Europy Środkowej i Zachodniej, Afryki Południowej, Chin i Indii. W Eurazji większość złóż węgla powstała w okresie permu, niektóre małe zagłębia węglowe w Europie pochodzą z okresu triasu. Aktywność formacji węglowych wzrasta pod koniec jury i w kredzie. Mniej więcej w tym czasie złoża powstały w Europie Wschodniej, amerykańskich Górach Skalistych, Indochinach i Azji Środkowej. Później powstały głównie złoża węgli brunatnych i torfu.

Rodzaje węgla

Węgiel klasyfikuje się według zawartości wilgoci, gazu ziemnego i węgla. Wraz ze wzrostem ilości węgla wzrasta jego wartość opałowa. Im mniej wilgoci i substancji lotnych (gazów), tym lepiej znosi przechowywanie i transport.

Węgiel brunatny- węgiel pierwszego stopnia uwęglania. Od węgla brunatnego różni się mniejszą zawartością wody (45%) w swoim składzie i większym wytwarzaniem ciepła. Struktura jest włóknista, kolor od brązowego do czarnego (wyższa jakość). Najczęściej stosowany w energetyce (w elektrowniach cieplnych), rzadko stosowany do ogrzewania domów prywatnych, ponieważ jest źle przechowywany i ma niską wartość opałową w konwencjonalnych piecach.

Węgiel subbitumiczny- kolor czarny, mniej wyraźna struktura włóknista, wyższa wartość opałowa w porównaniu do węgla brunatnego, niższa wilgotność (30%). Kruszy się podczas transportu i rozprasza na świeżym powietrzu. Podczas spalania emituje 5-6 kW/kg. Znajduje zastosowanie zarówno w energetyce, jak i w budownictwie mieszkaniowym oraz usługach komunalnych do ogrzewania.

Węgiel kamienny Ma najwyższą wartość opałową i nie traci swoich właściwości podczas transportu i przechowywania. Podczas spalania wydziela 7-9 kW/kg ciepła. Niektóre jego rodzaje wykorzystywane są do koksowania.

Antracyt- węgiel ma kolor czarny jak smoła. Ma najwyższą zawartość węglowodorów. Jest trudny do rozpalenia, ale pali się długo i bez sadzy oraz wytwarza dużą ilość ciepła (ponad 9 kW/kg). Do ogrzewania najczęściej wykorzystuje się antracyt.

Jaki rodzaj węgla wykorzystuje się do ogrzewania?

W Rosji i krajach WNP istnieje system przyjęty w 1988 roku. Węgiel jest klasyfikowany zgodnie z GOST 25543-88, który dzieli się na 7 kategorii. Tylko niektóre służą do ogrzewania:

Węgiel o długim płomieniu (D). Swoją nazwę zawdzięcza długiemu procesowi spalania, podczas którego wydziela się duża ilość ciepła (5600-5800 kcal/kg). Nie wymaga specjalnego przepływu powietrza do zapłonu i spalania, dlatego w domowych kotłach na paliwo stałe często stosuje się węgle o długim płomieniu. W zależności od rozmiaru dzieje się tak:

• WPC - płyta duża - rozmiary sztuk 50-200 mm;
• DPKO - nakrętka płytowa - wielkość sztuk 25-100 mm;
• PO - orzech - 26-50 mm;
• DM - mały - rozmiary 13-25 mm;
• DS - nasiona - 6-13 mm;
• DR - prywatny - brak standardowych rozmiarów.

Do ogrzewania optymalny jest węgiel o długim płomieniu: płomień jest długi (podobny do drewna opałowego), wytwarza dużo ciepła, łatwo się zapala i pali - do normalnego spalania wystarczy naturalny ciąg. Stosunkowo niski koszt w połączeniu z doskonałymi właściwościami zdecydował o popularności tej marki węgla. Kupuje się go nie tylko do ogrzewania domów prywatnych, ale także kotłowni w placówkach oświatowych i medycznych. Ponadto stosuje się paliwo dowolnej frakcji: od dużego „K” do małego „M”.

Gaz o długim płomieniu (LG). Od marki D różni się większą wartością opałową. Do ogrzewania domów prywatnych wykorzystywane są wszystkie frakcje: od „dużych” do „zwykłych”. Bardziej wymagający niż długi płomień pod względem warunków przechowywania, ponieważ wieje intensywniej.

Antracyt (A). Wydziela dużo dymu, ma niską zawartość popiołu (popiół pozostałość 10%), pali się długo i równomiernie, dym przy spalaniu jest biały (wszystkie inne marki „dają” czarny dym). Pomimo wysokiej wydajności nie można go jednoznacznie polecić do ogrzewania domów prywatnych: antracyt ma wysoki koszt i jest trudny do zapalenia.

W niektórych przypadkach kupują węgle chude „T”, tłuste „Zh” lub niskospiekające „SS”. Pozostałe klasy mają głównie zastosowanie przemysłowe. Wykorzystuje się je w przemyśle energetycznym i metalurgicznym, niektóre gatunki wykorzystywane są do koksowania i wzbogacania. Wybierając węgiel, należy zwrócić uwagę nie tylko na jego właściwości, ale także na koszt dostawy. Jeśli w Twojej okolicy nie sprzedaje się długich płomieni ani antracytu, najprawdopodobniej będziesz musiał zadowolić się tym, co jest na rynku. Należy również zwrócić uwagę na zalecenia producentów Twojego kotła: w dokumentach zazwyczaj wskazane są marki, dla których sprzęt został zaprojektowany. Należy je stosować.

Aby zwiększyć komfort i zaoszczędzić pieniądze, wiele osób woli mieć kilka frakcji: wygodniej jest stopić frakcję „orzechową” lub „dużą” i dodać „nasiono” w celu długotrwałego spalania. Na najzimniejsze okresy magazynowana jest pewna ilość antracytu, który choć trudny do zapalenia, pali się długo i gorąco w nagrzanym kotle.

Węgle koksujące i wzbogacane poddawane są specjalnej obróbce w celu zwiększenia ich wartości opałowej. Typy te są stosowane w hutnictwie i energetyce. Paliwo to nie nadaje się do kotłów domowych: ze względu na zbyt wysoką temperaturę spalania piec może pęknąć.

Jeśli posłuchasz osób z doświadczeniem, to mówią, że najlepszy efekt osiąga się w następującej kolejności wlewania paliwa do kotła: rozpuść je na długim płomieniu, następnie dodaj antracytową frakcję „nakrętki” – pali się długo , daje dużo ciepła, a wieczorem dodaje „nasiona” do pieca, który będzie palił do rana.

Zaleca się inny sposób rozpalania pieców ceglanych: rozpalić piec drewnem, gdy się nagrzeje, napełnić go „nasionami” lub (otworzyć otwór wentylacyjny i szyber, aby zapewnić lepszy dopływ tlenu). Jeśli w ziarnie jest dużo kurzu, można je zwilżyć wodą – ułatwi to rozpalenie. Gdy ciepło w piekarniku będzie wystarczające, możesz użyć „pięści”.

Co to jest węgiel drzewny i do czego się go używa?

Węgiel drzewny był używany przez ludzi od wielu tysięcy lat: odkryto go podczas wykopalisk w osadach jaskiniowców. Jest mało prawdopodobne, że sami go zrobili, raczej zebrali go z pożarów lub uratowali pozostałości pożarów, ale najwyraźniej znali jego właściwości i wiedzieli, jak z niego korzystać.

Dziś w naszym kraju ten rodzaj paliwa wykorzystuje się głównie do gotowania: używa się go do grilli i grilli, a także dodaje się do ognisk. Czasami używany do kominków: pali się długo, wytwarza dużo ciepła (7800 KC/kg) i prawie nie wytwarza dymu ani sadzy. Pozostały popiół jest doskonałym nawozem i służy do nawożenia gruntów leśnych lub pól uprawnych. Popiół węglowy wykorzystuje się także do produkcji nawozów.

W przemyśle do wytapiania żeliwa wykorzystuje się węgiel drzewny. Do wyprodukowania tony stopu potrzeba zaledwie 0,5 tony tego paliwa. Jednocześnie żeliwo zyskuje zwiększoną odporność na korozję i wytrzymałość. Węgiel używany jest jako topnik przy wytapianiu mosiądzu, brązu, miedzi, manganu, cynku i niklu. Służy do produkcji stałych smarów do budowy maszyn, stosowanych do szlifowania przy produkcji instrumentów i drukowaniu itp. Filtry do różnych celów wykonane są z węgla drzewnego.

Obecnie węgiel drzewny zaczyna być uważany za alternatywę dla tradycyjnego paliwa: w przeciwieństwie do węgla, ropy i gazu jest materiałem odnawialnym. Ponadto nowoczesne technologie umożliwiają pozyskiwanie węgla drzewnego nawet z odpadów przemysłowych: z trocin, pyłów, krzaków itp. Z takich rozdrobnionych surowców powstają brykiety, które dostarczają 1,5 razy więcej ciepła niż zwykły węgiel drzewny. W tym przypadku ciepło jest uwalniane przez dłuższy czas i jest równomierne.

Jak zrobić węgiel

Do XX wieku węgiel drzewny wytwarzano poprzez spalanie drewna lub specjalnie ukształtowanych stosów. Umieszczano w nich drewno, zasypywano ziemią i podpalano przez specjalne wykonane otwory. Technologia ta jest powszechnie dostępna i nadal jest stosowana w niektórych krajach. Ma jednak niską wydajność: na 1 kg węgla potrzeba do 12 kg drewna, a także nie da się kontrolować jakości powstałego węgla drzewnego. Kolejnym etapem rozwoju spalania węgla drzewnego było zastosowanie rur w piecach ziemnych. To ulepszenie zwiększyło efektywność procesu: na kilogram zużyto 8 kg drewna.

W nowoczesnych urządzeniach do spalania węgla drzewnego zużywa się 3-4 kg surowców na kilogram produktu. Jednocześnie dużą wagę przywiązuje się do przyjazności procesu dla środowiska: podczas produkcji węgla drzewnego do atmosfery uwalnia się dużo dymu, sadzy i szkodliwych gazów. Nowoczesne instalacje wychwytują uwolnione gazy i przesyłają je do specjalnych komór, gdzie służą do nagrzania pieca do temperatury koksowania.

Przemiana drewna w węgiel drzewny zachodzi w atmosferze beztlenowej w wysokiej temperaturze (reakcja pirolizy). Cały proces podzielony jest na trzy etapy:

• w temperaturze 150 o C usuwa się wilgoć z drewna;
• w temperaturze 150-350 o C wydzielanie gazów i powstawanie produktów organicznych;
• w temperaturze 350-550 o C następuje separacja żywic i nieskraplających się gazów.

Według GOST węgiel drzewny dzieli się na kilka gatunków w zależności od rodzaju użytego drewna:

• • A - drewno liściaste;
  • B - twarde i miękkie gatunki liściaste, iglaste (o).

Marki B i C to najczęściej brykiety z węgla drzewnego, które produkowane są z odpadów z zakładów przetwórstwa drewna. To doskonały rodzaj biopaliwa, który od dawna stosowany jest w Europie do celów grzewczych, a nawet w elektrowniach: podczas ich spalania nie powstają związki siarki (w węglu drzewnym nie ma siarki), a węglowodory zawarte są w minimalnych ilościach. Korzystając z technologii swoich przodków, możesz samodzielnie spalać węgiel na własne potrzeby. .

Stuart E. Nevins, mgr inż.

Nagromadzone, zagęszczone i przetworzone rośliny tworzą skałę osadową zwaną węglem. Węgiel jest nie tylko źródłem o wielkim znaczeniu gospodarczym, ale także skałą, która ma szczególny urok dla badacza historii Ziemi. Chociaż węgiel stanowi mniej niż jeden procent skał osadowych Ziemi, ma on ogromne znaczenie dla geologów ufających Biblii. To węgiel daje chrześcijańskiemu geologowi jeden z najsilniejszych argumentów geologicznych przemawiających za realnością globalnego potopu Noego.

Zaproponowano dwie teorie wyjaśniające powstawanie węgla. Popularna teoria, wyznawana przez większość geologów uniformitarystów, głosi, że rośliny tworzące węgiel gromadziły się na rozległych słodkowodnych bagnach lub torfowiskach przez wiele tysięcy lat. Ta pierwsza teoria, która zakłada wzrost materiału roślinnego w miejscu jego znalezienia, nazywa się teoria autochtoniczna .

Druga teoria sugeruje, że pokłady węgla gromadziły się z roślin, które zostały szybko przeniesione z innych miejsc i zdeponowane w warunkach powodzi. Ta druga teoria, według której nastąpił ruch resztek roślinnych, nazywa się teoria allochtoniczna .

Skamieniałości w węglu

Rodzaje skamieniałości roślinnych występujących w węglu są oczywiście nie popierają teorii autochtonicznej. Mchy skamieniałe (np. Lepidodendron I Sigilaria) i gigantyczne paprocie (zwłaszcza Psaroniusz), charakterystyczne dla pokładów węgla w Pensylwanii, mogły wykazywać pewną tolerancję ekologiczną na warunki bagniste, podczas gdy inne rośliny kopalne z Basenu Pensylwanii (np. drzewa iglaste Kordaity, zimujący skrzyp olbrzymi Kalamity, różne wymarłe nagonasienne paprocie) ze względu na swoją podstawową strukturę musiały preferować dobrze przepuszczalne gleby, a nie bagna. Wielu badaczy uważa, że ​​budowa anatomiczna roślin kopalnych wskazuje, że rosły one w klimacie tropikalnym lub subtropikalnym (argument, który można wykorzystać przeciwko teorii autochtonicznej), gdyż współczesne torfowiska są najbardziej rozległe i charakteryzują się najgłębszym nagromadzeniem torfu w klimatach chłodniejszych, wyżej strefa. Ze względu na zwiększoną zdolność parowania słońca współczesne regiony tropikalne i subtropikalne są najuboższe w torf.

Często spotykany w węglu skamieliny morskie, takie jak ryby kopalne, mięczaki i ramienionogi. Pokłady węgla zawierają kule węglowe, czyli zaokrąglone masy pogniecionych i niezwykle dobrze zachowanych roślin, a także skamieniałe zwierzęta (w tym morskie), które są bezpośrednio związane z tymi pokładami węgla. Małą pierścienicę morską Spirorbis zwykle spotyka się w elektrowniach węglowych w Europie i Ameryce Północnej, których początki sięgają okresu karbońskiego. Ponieważ budowa anatomiczna roślin kopalnych w niewielkim stopniu wskazuje na ich przystosowanie do morskich bagien, występowanie zwierząt morskich z roślinami innymi niż morskie sugeruje, że mieszanie nastąpiło podczas translokacji, co potwierdza model teorii allochtonicznej.

Do najbardziej niesamowitych rodzajów skamieniałości znajdujących się w warstwach węgla należą m.in pionowe pnie drzew, które są prostopadłe do podłoża i często przecinają dziesiątki stóp skał. Te pionowe drzewa często znajdują się w warstwach związanych ze złożami węgla, a w rzadkich przypadkach można je znaleźć w samym węglu. W każdym razie osad musi szybko się gromadzić, aby pokryć drzewa, zanim ulegną zniszczeniu i upadku.

Jak długo tworzą się warstwy skał osadowych? Spójrz na to dziesięciometrowe skamieniałe drzewo, jedno z setek odkrytych w kopalniach węgla w Cookeville w stanie Tennessee w USA. To drzewo zaczyna się w jednej warstwie węgla, przechodzi przez wiele warstw i ostatecznie kończy się na kolejnej warstwie węgla. Pomyśl o tym: co stanie się ze wierzchołkiem drzewa w ciągu tysięcy lat, które (zgodnie z ewolucją) potrzebne są do utworzenia warstw osadów i warstw węgla? Oczywiście powstawanie warstw osadowych i pokładów węgla musiało być katastrofalne (szybkie), aby drzewo zakopało się w pozycji pionowej, zanim zgniło i upadło. Takie „stojące drzewa” spotyka się w wielu miejscach na Ziemi i na różnych poziomach. Pomimo dowodów, pomiędzy warstwami wciśnięte są długie okresy czasu (niezbędne do ewolucji), na co nie ma dowodów.

Można odnieść wrażenie, że drzewa te znajdują się w pierwotnej pozycji wzrostu, ale niektóre dowody sugerują, że wcale tak nie jest, a wręcz przeciwnie. Niektóre drzewa przecinają warstwy po przekątnej, a niektóre są całkowicie odwrócone do góry nogami. Czasami wydaje się, że drzewa pionowe zapuściły korzenie w pozycji wzrostu w warstwach całkowicie przenikniętych przez drugie drzewo pionowe. Puste pnie drzew kopalnych są zwykle wypełnione osadem innym niż otaczające je skały. Logika zastosowana w opisanych przykładach wskazuje na ruch tych pni.

Korzenie kopalne

Najważniejszą skamieniałością bezpośrednio związaną z debatą na temat pochodzenia węgla jest stygmaty- korzeń kopalny lub kłącze. Stygmaty najczęściej spotykany w warstwach znajdujących się pod pokładami węgla i z reguły jest bezpośrednio związany z pionowymi drzewami. Wierzono, że stygmaty, który został zbadany 140 lat temu przez Charlesa Lyella i D.W. Dawson w karbońskiej sukcesji węgla Nowej Szkocji dostarcza jednoznacznych dowodów na to, że roślina rosła w tym miejscu.

Wielu współczesnych geologów nadal upiera się, że stygmaty to korzeń, który powstał właśnie w tym miejscu i sięga do gleby poniżej bagien węglowych. Sekwencja węgla w Nowej Szkocji została niedawno ponownie zbadana przez N.A. Rupke, który odkrył cztery argumenty na rzecz allochtoniczne pochodzenie stygmatów , uzyskane na podstawie badań osadów osadowych. Znaleziona skamielina jest zazwyczaj klastyczna i rzadko przyczepiona do pnia, co wskazuje na preferowaną orientację jej osi poziomej, która powstała w wyniku działania prądu. Ponadto pień jest wypełniony skałą osadową, która nie jest podobna do skały otaczającej pień i często występuje na wielu poziomach w warstwach całkowicie penetrowanych przez pionowe drzewa. Badania Rupkego podały w poważne wątpliwości popularne autochtoniczne wyjaśnienie innych warstw, w których stygmaty.

Cyklomotywy

Węgiel zazwyczaj występuje w ciągu skał osadowych tzw cykloem .Wyidealizowany Pensylwania cykloem mogą mieć warstwy, które zostały zdeponowane w następującej kolejności rosnącej: piaskowiec, łupek, wapień, leżąca pod nim glina, węgiel, łupek, wapień, łupek. W typowa cyklotema z reguły brakuje jednej z warstw składowych. W każdym miejscu cyklotemy każdy cykl osadzania jest zwykle powtarzany dziesiątki razy, przy czym każdy osad pokrywa się z poprzednim osadem. Znajduje się w Illinois pięćdziesiąt kolejne cykle, a ponad sto takich cykli ma miejsce w Wirginii Zachodniej.

Chociaż pokład węgla, który stanowi część typową cyklotemy, zwykle dość cienki (zazwyczaj od jednego cala do kilku stóp grubości) boczne położenie węgla ma niesamowite wymiary. W jednym ze współczesnych badań stratygraficznych4 wyprowadzono zależność pomiędzy złożami węgla: Broken Arrow (Oklahoma), Crowburg (Missouri), Whitebrest (Iowa), Colchester Number 2 (Illinois), Coal IIIa (Indiana), Schultztown (Western Kentucky) , Princess Number 6 (wschodnie Kentucky) i Lower Kittanning (Ohio i Pensylwania). Wszystkie tworzą jeden, ogromny pokład węgla, który rozciąga się do sto tysięcy kilometrów kwadratowych w środkowych i wschodnich Stanach Zjednoczonych. Żadne współczesne bagno nie ma powierzchni choćby w niewielkim stopniu zbliżonej do wielkości złóż węgla w Pensylwanii.

Jeśli autochtoniczny model powstawania węgla jest poprawny, to musiały zaistnieć bardzo niezwykłe okoliczności. Cały obszar, często dziesiątki tysięcy kilometrów kwadratowych, musiałby jednocześnie unieść się nad poziom morza, aby bagno się zgromadziło, a następnie musiałoby opaść, aby zostać zalane przez ocean. Jeśli lasy kopalne wzniosłyby się zbyt wysoko nad poziom morza, bagno i jego antyseptyczna woda potrzebna do gromadzenia torfu po prostu wyparowałyby. Gdyby morze wtargnęło do torfowiska w czasie gromadzenia się torfu, warunki morskie zniszczyłyby rośliny i inne osady, a torf nie zostałby osadzony. Wówczas, zgodnie z popularnym modelem, powstanie grubego pokładu węgla wskazywałoby na utrzymywanie się na przestrzeni wielu tysięcy lat niesamowitej równowagi pomiędzy tempem akumulacji torfu a wzrostem poziomu morza. Sytuacja ta wydaje się najbardziej nieprawdopodobna, zwłaszcza jeśli pamiętamy, że cyklotem powtarza się w przekroju pionowym setki lub nawet więcej. A może cykle te można najlepiej wyjaśnić jako akumulacje, które miały miejsce podczas kolejnego podniesienia i opadania wód powodziowych?

Łupek ilasty

Jeśli chodzi o cyklotem, najbardziej interesująca jest glina leżąca pod spodem. Podstawowa glina to miękka warstwa gliny, która nie jest ułożona w arkusze i często leży pod pokładem węgla. Wielu geologów uważa, że ​​​​jest to skamieniała gleba, na której istniało bagno. Obecność leżącej pod spodem gliny, zwłaszcza gdy zostanie znaleziona stygmaty, jest często interpretowane jako wystarczający dowód autochtoniczne pochodzenie zakładów węglowych.

Jednak ostatnie badania podały w wątpliwość interpretację leżącej pod spodem gliny jako gleby kopalnej. W leżącej pod spodem glinie nie znaleziono żadnych cech gleby podobnych do cech współczesnej gleby. Niektóre minerały znajdujące się w glebie nie są minerałami, które powinny się w niej znajdować. Przeciwnie, gliny leżące pod spodem z reguły mają rytmiczne nawarstwianie (grubszy materiał ziarnisty znajduje się na samym dnie) i oznaki tworzenia się płatków ilastych. Są to proste cechy skał osadowych, które tworzą się w dowolnej warstwie nagromadzonej w wodzie.

Wiele warstw węgla nie spoczywa na leżących pod nimi glinach i nie ma żadnych śladów istnienia gleby. W niektórych przypadkach pokłady węgla spoczywają na granicie, łupku, wapieniu, konglomeracie lub innych skałach, które nie przypominają gleby. Podstawowa glina bez leżącego pod spodem pokładu węgla jest powszechna, podobnie jak leżąca pod spodem glina często leży na wierzchu pokładu węgla. Brak rozpoznawalnych gleb poniżej pokładów węgla wskazuje, że nie mogła tu rosnąć żadna bujna roślinność, co potwierdza tezę, że transportowano tu rośliny węglotwórcze.

Struktura węgla

Badanie mikroskopowej struktury i struktury torfu i węgla pomaga zrozumieć pochodzenie węgla. AD Cohen był pionierem porównawczych badań strukturalnych współczesnych autochtonicznych torfów pochodzących z namorzynów i rzadkich współczesnych allochtonicznych torfów przybrzeżnych z południowej Florydy. Większość torfów autochtonicznych zawierała fragmenty roślin o nieuporządkowanej orientacji z przewagą matrycy drobnoziarnistego materiału, natomiast torfy allochtoniczne miały orientację utworzoną przez przepływy wody z wydłużonymi osiami fragmentów roślin, które z reguły znajdowały się równolegle do powierzchni brzegu z charakterystyczny brak drobniejszego materiału matryca. Słabo wysortowane szczątki roślinne w torfach autochtonicznych charakteryzowały się gruboziarnistą strukturą ze względu na splątaną masę korzeni, natomiast torfy autochtoniczne charakteryzowały się charakterystyczną mikrowarstwowością wynikającą z braku wrastających korzeni.

Prowadząc te badania, Cohen zauważył: „Jedną z rzeczy, które wyłoniły się z badań torfu alochtonicznego, było to, że pionowe skrawki materiału wykonane za pomocą mikrotomu bardziej przypominały cienkie skrawki węgla węglowego niż jakakolwiek badana próbka autochtoniczna”.. Cohen zauważył, że cechy tego autochtonicznego torfu (orientacja wydłużonych fragmentów, uporządkowana struktura ziarnista z ogólnym brakiem drobniejszej matrycy, mikrowarstwowość bez splątanej struktury korzeni) są także charakterystyczne dla węgli okresu karbońskiego!

Grudki w węglu

Jedną z najbardziej imponujących cech zewnętrznych węgla są zawarte w nim duże bryły. Od ponad stu lat te duże bryły odnajdywane są w pokładach węgla na całym świecie. P.H. Price przeprowadził badanie, w którym zbadał duże bloki zagłębia węglowego Sewell, które znajduje się w Wirginii Zachodniej. Średnia waga 40 zebranych głazów wynosiła 12 funtów, a największy głaz ważył 161 funtów. Wiele bruków to skały wulkaniczne lub metamorficzne, w przeciwieństwie do wszystkich innych wychodni w Wirginii Zachodniej. Cena sugerowała, że ​​duże bloki mogły zaplątać się w korzenie drzew i zostać tu przywiezione z daleka. Zatem obecność dużych brył w węglu potwierdza model allochtoniczny.

Uwęglanie

Spory dotyczące charakteru procesu przetwarzania torfu w węgiel toczą się od wielu lat. Jedna z istniejących teorii sugeruje, że tak czas jest głównym czynnikiem w procesie karbonizacji. Jednak teoria ta wypadła z łask, ponieważ stwierdzono, że nie następuje systematyczny wzrost stopnia metamorficznego węgla w czasie. Istnieje kilka widocznych niespójności: lignity, które stanowią najniższy stopień metamorfizmu, występują w niektórych z najstarszych pokładów węglonośnych, natomiast antracyty, które reprezentują najwyższe stadium metamorfizmu węgla, występują w młodszych pokładach.

Druga teoria dotycząca procesu przemiany torfu w węgiel sugeruje, że głównym czynnikiem w procesie metamorfizmu węgla jest ciśnienie. Jednak teorię tę obalają liczne przykłady geologiczne, w których stan metamorficzny węgla nie wzrasta w warstwach silnie zdeformowanych i pofałdowanych. Co więcej, eksperymenty laboratoryjne pokazują, że zwiększenie ciśnienia faktycznie może Kierowco zwolnij przemiana chemiczna torfu w węgiel.

Trzecia teoria (zdecydowanie najpopularniejsza) sugeruje, że najważniejszym czynnikiem w procesie metamorfizmu węgla jest temperatura. Przykłady geologiczne (wtargnięcia wulkanów do pokładów węgla i pożary w podziemnych kopalniach) pokazują, że podwyższone temperatury mogą powodować uwęglenie. Eksperymenty laboratoryjne również dość skutecznie potwierdziły tę teorię. W jednym eksperymencie przeprowadzonym z wykorzystaniem procesu szybkiego ogrzewania w ciągu zaledwie kilku minut uzyskano substancję przypominającą antracyt, a większość ciepła powstała w wyniku konwersji materiału celulozowego. Zatem metamorfizm węgla nie wymaga milionów lat ciepła i ciśnienia - może powstać w wyniku szybkiego ogrzewania.

Wniosek

Widzimy, że bogactwo dowodów potwierdzających prawdziwość teorii allochtonicznej i potwierdza nagromadzenie się wielu warstw węgla podczas potopu Noego. Pionowe drzewa kopalne w warstwach węgla potwierdzają szybką akumulację pozostałości roślinne. Zwierzęta morskie i rośliny lądowe (nie bagienne) znalezione w węglu sugerują ich ruch. Mikrostruktura wielu pokładów węgla charakteryzuje się odmienną orientacją cząstek, posortowaną strukturą ziaren i mikrowarstwami, które wskazują na ruch (a nie wzrost in situ) materiału roślinnego. Duże grudki obecne w węglu wskazują na procesy przemieszczania się. Brak gleby pod wieloma pokładami węgla potwierdza fakt, że elektrownie węglowe płynęły z prądem. Wykazano, że węgiel tworzy systematyczne i typowe porcje cykloem, które najwyraźniej, podobnie jak inne skały, zostały naniesione przez wodę. Eksperymenty badające zmiany w materiale roślinnym pokazują, że antracyt podobny do węgla nie tworzy się przez miliony lat - może powstawać szybko pod wpływem ciepła.

Spinki do mankietów

*Profesor geologii i archeologii w Christian Heritage College w El Cajon w Kalifornii.