Из чего произошел уголь. Образование бурого и каменного угля

Михайло Ломоносов, знаменитый русский ученый 18 века, еще в те давние времена дал определение того, как возникало это полезное ископаемое в природе. А именно: из остатков растений, подобно торфу, произошел и каменный уголь. Образование его, по мнению Ломоносова, было обусловлено несколькими факторами. Во-первых, остатки растительности разлагались без участия «вольного воздуха» (то есть без свободного доступа кислорода). Во-вторых, присутствовал достаточно высокий температурный режим. А в-третьих, сыграла свою роль «тягость кровли», то есть повышенное давление горной породы. Происходило это в незапамятные времена, когда человечества еще не существовало на планете Земля.

Дела давно минувших дней

В любом случае история образования каменного угля - дело таких далеких дней, что и современные ученые могут строить только догадки и предположения, объясняя процесс. Но сегодня это изучено довольно точно. И механизмы того, как появляется (образование его из предварительного сырья), известны науке.

Из торфа

Отходы высших растений постепенно превращаются в торфяные массы, которые скапливаются на болотистых местностях и зарастают другими растениями, постепенно уходя в глубину. Находясь на глубине, торфяники постоянно меняют свой химический состав (более сложные соединения превращаются в более простые, распадаются). Часть из них бывает растворена в воде и вымывается, а часть переходит в газообразное состояние. Так возникает метан и углекислота на болотах, дающие характерный запах воздуха в этих безлюдных местах. Немаловажную функцию в этом процессе выполняют грибки и бактерии, которые способствуют дальнейшему разложению ткани погибших растений.

Углероды

Со временем в процессе происходящих видоизменений в торфяниках накапливаются наиболее устойчивые углеводородистые соединения. А так как все это насыщение торфяных масс углеводородом осуществляется практически без доступа к ним кислорода, углерод не превращается в газ и не улетучивается. Происходит изоляция от доступа воздуха и одновременное насыщение при усилении воздействия давления: из торфа возникает каменный уголь. Образование его длится сотни тысячелетий, этот процесс не такой быстрый! По мнению ученых, большая часть нынешних запасов и угольных пластов возникла в палеозое, то есть более 300 миллионов лет тому назад.

Но это еще не все!

Природа распорядилась так, что антрацит, сам по себе наиболее плотный уголь с высочайшим содержанием углерода (95 и выше процентов), не является конечной стадией превращений, происходящих с остатками растений в окружающей среде. Шунгит - вещество, которое образуется из угля при еще более жестких условиях. Графит возникает при высоких температурах из этого же материала. А если добавить еще и супервысокое давление, то образовывается алмаз, наиболее прочное вещество, которое имеет и промышленную, и художественную ценность для всего человечества.

Но следует помнить: как ни странно, все эти, на первый взгляд, различные вещества - от растений до алмазов - состоят из вещества углерода, только с различной структурой на молекулярном уровне!

Образование и значение каменного угля

Нельзя переоценить значение каменного угля для развития промышленности и в целом для всей человеческой культуры на Земле. А область его применения очень широка. Не говоря о том, что уголь - это превосходное топливо, применяемое для обогрева жилищ, топки печей в промышленности, выработки электроэнергии, из каменного угля еще и добывают очень много веществ, необходимых людям. Сера и ванадий, цинк и свинец, германий - все это дает человечеству это полезное ископаемое.

Уголь используется для плавки металла, стали, чугуна. Продукты сжигания угля - в производстве некоторых строительных материалов. При спецобработке ископаемого из него получают бензол, что используется в производстве лаков и растворителей, такого строительного материала, как линолеум. Из сжиженного особыми технологиями угля выходит жидкое топливо для механизмов. Уголь является исходным сырьем для производства графита и технических алмазов, а всего на основе этого природного материала изготовляют более четырехсот продуктов для промышленности и сферы обслуживания.

Природоведение в школе: образование каменного угля

Для детей при прохождении соответствующей темы в средних классах рекомендуется в доступной форме рассказать об образовании угля в природе. Следует сообщить о том, как долго длится этот процесс. Описывая образование каменного угля кратко, нужно сделать акцент на значении его для развития промышленности и прогресса в современных и исторических условиях, составить план сообщения, которое будут делать ученики самостоятельно.

Почти 200 лет назад гениальный русский ученый М. В. Ломоносов совершенно правильно объяснил образование ископаемого угля из растительных остатков подобно тому, как образуется теперь торф. Ломоносов указал и условия, необходимые для превращения торфа в уголь: разложение растительности «без вольного воздуха», высокая температура внутри Земли и «тягость кровли», т. е. давление горных пород.

Нужно очень много времени, чтобы торф превратился в каменный уголь. Торф накапливается в болоте, а сверху болото зарастает все новыми и новыми слоями растений. На глубине торф постоянно изменяется. Сложные химические соединения, из которых состоят растения, распадаются на более простые. Одна часть растворяется и уносится с водой, другая переходит в газообразное состояние: углекислый и светильный газ - метан (этот же газ горит и в наших плитах). Большую роль при образовании угля играют грибки и бактерии, населяющие все торфяники. Они помогают разрушению растительной ткани. В процессе этих изменений торфа в нем накапливается наиболее стойкое вещество - углерод. Видоизменяясь, торф становится все более и более богатым углеродом.

Накопление углерода в торфе происходит без доступа кислорода, иначе углерод, соединяясь с кислородом, превратился бы полностью в углекислый газ и улетучился. Образующиеся слои торфа вначале изолируются от кислорода воздуха покрывающей их водой, затем вновь возникающими слоями торфа.

Так постепенно идет процесс превращения торфа в ископаемый уголь. Различают несколько основных видов ископаемого угля: лигнит, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, богхед и др.

Наиболее похож на торф лигнит - рыхлый уголь бурого цвета, не очень давнего происхождения. В нем ясно видны остатки растений, главным образом древесины (откуда и самое название «лигнит», что означает «деревянный»). Лигнит - это древесный торф. В современных торфяных болотах умеренной полосы торф образуется преимущественно из торфяного мха, осоки, камыша, но в субтропической полосе земного шара, например в лесных болотах Флориды в США, образуется и древесный торф, очень похожий на ископаемый лигнит.

При более сильном разложении и изменении растительных остатков создается бурый уголь. Цвет у него темно-бурый или черный; он крепче лигнита, в нем реже встречаются остатки древесины и разглядеть их труднее. При горении бурый уголь дает больше тепла, чем лигнит, так как он богаче углеродом. Бурый уголь со временем не всегда превращается в каменный. Известно, что бурый уголь Подмосковного бассейна одного и того же возраста, что и каменный уголь на западном склоне Урала (Кизеловский бассейн). Процесс превращения бурого угля в каменный происходит лишь тогда, когда слои бурого угля опускаются в более глубокие горизонты земной коры или происходят процессы горообразования. Для превращения бурого угля в — каменный или антрацит нужна очень высокая температура и большое давление в недрах Земли. В каменном угле уже только под микроскопом видны остатки растений; он тяжелый, блестит и часто бывает очень крепким. Некоторые сорта каменного угля сами или вместе с другими сортами коксуются, т. е. превращаются в кокс.

Наибольшее количество углерода содержит черный блестящий уголь - антрацит. Найти в нем остатки растений можно только под микроскопом. При сгорании антрацит дает тепла больше, чем все другие сорта угля.

Богхед - плотный черный уголь с раковистой поверхностью излома; при сухой перегонке дает большое количество каменноугольного дегтя - ценного сырья для химической промышленности. Богхед образуется из водорослей и сапропеля.

Чем дольше уголь лежит в земных пластах и чем сильнее он подвергается давлению и действию глубинного жара, тем больше в нем углерода. В антраците около 95% углерода, в буром угле - около 70%, а в торфе от 50 до 65%.

В болото, где первоначально накапливается торф, обычно вместе с водой попадают глина, песок и различные растворенные вещества. Они образуют минеральные примеси в торфе, которые потом остаются и в угле. Эти примеси нередко дают прослои, разделяющие пласт угля на несколько слоев. Примесь загрязняет уголь и затрудняет его разработку.

При сжигании угля все минеральные примеси остаются в виде золы. Чем лучше уголь, тем меньше в нем должно быть золы. В хороших сортах угля ее всего несколько процентов, но иногда количество золы достигает 30-40%. Если золы больше 60%, то уголь вообще не горит и не годится на топливо.

Угольные пласты бывают разные не только по своему составу, но и по строению. Иногда весь пласт во всю толщину состоит из чистого угля. Значит, он образовался в торфяном болоте, куда почти не попадала вода, загрязненная глиной и песком. Такой уголь можно сразу сжигать. Чаще же пласты угля чередуются с глинистыми или песчаными прослойками. Такие пласты угля называются сложными. В них, например, на пласт в 1 м мощностью приходится нередко 10-15 прослоев глины по нескольку сантиметров толщиной каждый, а на долю чистого угля приходится всего 60-70 см; при этом уголь может быть очень хорошего качества.

Чтобы получить из угля топливо с малым содержанием посторонних примесей, уголь обогащают. Из шахты породу сразу отправляют на обогатительную фабрику. Там добытую в шахте породу в особых машинах дробят на мелкие куски, а затем отделяют от угля все глинистые комочки. Глина всегда тяжелее угля, поэтому смесь угля с глиной промывают струей воды. Силу струи выбирают такую, чтобы она выносила уголь, а более тяжелая глина оставалась бы внизу. Затем воду с углем пропускают через частую решетку. Вода стекает, и уголь, уже чистый, лишенный глинистых частичек, собирается на поверхности решетки. Такой уголь называется обогащенным. Золы останется в нем совсем немного. Случается, что зола в угле оказывается не вредной примесью, а полезным ископаемым. Так, например, тонкая, глинистая муть, приносимая в болото ручьями и речками, нередко образует прослои ценной огнеупорной глины. Ее специально разрабатывают или собирают золу, остающуюся после сгорания угля, а затем используют для изготовления фарфоровой посуды и других изделий. Иногда в золе угля находят .

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Каменный уголь добывается из недр земли и является древней осадочной породой. Сгорая, это вещество выделяет большое количества теплоэнергии, поэтому его используют для получения теплоносителей и даже называют «черным золотом». Добывают уголь в шахтах и штольнях, находящихся под поверхностью земли, иногда на очень большой глубине. Ученые склонны считать этот вид топлива самым древним на земле.

Начало образования каменного угля было положено в далекой древности, предположительно в эпоху палеозоя. Растительность того периода представляла собой огромные древовидные растения. Почти вся площадь земного шара в те времена была покрыта водой, и все органические останки мертвых растений попадали в водоемы. Жизненный цикл роста растений с большой вегетативной массой проходил очень активно и постоянно большие количества останков пополняли слои залежей. Затем под воздействием физических и химических процессов, постоянно подвергаясь воздействию природных условий, покрываясь слоями земли или выбросами вулканов, они перерастали в болотный торф, а затем и в каменный уголь. Для образования этих пород почвы важно именно скопление большого количества органики, не успевающей полностью разложиться под воздействием определенных бактерий. Так и происходило в водоемах, бедных кислородом, поэтому такие идеальные условия и появились в те далекие времена. А выделение различных газов при разложении остатков растений способствовало более плотному слеживанию и отвердению пластов.

Затем, после определенного времени из торфа происходил бурый уголь, промежуточное звено между торфом и каменным углем. Это рыхлое, светло-коричневое вещество можно и сейчас встретить на торфяниках, где он образуется из остатков болотных растений.

И самое последнее звено в цепочке возникновения каменного угля заключается в погружение далеко в недра земли залежей бурого угля. Это происходит при перемещениях пластов земли при землетрясениях и других природных катаклизмах. Там под воздействием давления, создаваемого магмой и при соприкосновении с раскаленными породами земли, идет процесс уменьшение влаги из угля, а количество углерода наоборот возрастает. Уголь с высочайшей теплоотдачей, называется антрацитом.

Процесс возникновения каменного угля очень долог и только через огромное количество лет на планете появились залежи того угля, который и используется в современной промышленности.

• Каучук доклад сообщение по химии

  В современной промышленности используется множество уникальных материалов, которые невозможно воспроизвести в любых условиях кроме как в природных самой природой.

• Жизнь и творчество Ги де Мопассана

  Анри-Рене-Альбер-Ги де Мопассан – известнейший французский автор большого количества рассказов и романов. Самые популярные: «Пышка», «Жизнь», «Милый свет» и многие другие.

• Ласточка - сообщение доклад (1, 2, 3 класс. Окружающий мир)

  Класс Птицы определенно отличается от других животных хотя бы тем, что умеют летать. Одним из самых красивых представителей является род ласточек. Но что у них есть кроме красоты?

• Жизнь и творчество Фонвизина

  Всем нам знакома комедия «Недоросль», где особо четко автор показал читателям невежество и самодурство. Это знаменитое произведение было создано русским писателем, жившим в XVIII веке

• Жаба Ага - сообщение доклад

  Существует огромное количество разновидностей жаб. Жабы разных размеров, цветов тела и свойств. Одной из самым крупных жаб в мире является жаба Ага. Она также и очень ядовита и её яд способен убить человека.

Город призрак без угля. Таковым стал японский Хасима. В 1930-е его признали самым густонаселенным.

На крошечном клочке земли уместились 5 000 человек. Все они работали на угольном производстве.

Остров оказался буквально сложенным из каменного источника энергии. Однако, к 1970-ым запасы угля истощились.

Уехали все. Остался лишь перерытый остров и постройки на нем. Туристы и японцы зовут Хасиму призраком.

Остров наглядно показывает важность каменного угля, невозможность человечества жить без него. Альтернативы нет.

Есть только попытки ее найти. Поэтому, уделим внимание современному герою, а не туманным перспективам.

Описание и свойства каменного угля

Каменный уголь – это горная порода органического происхождения. Это значит, что камень образован из разложившихся остатков растений, животных.

Чтобы они сформировали плотную толщу, требуется постоянное накопление и спрессовывание. Подходящие условия на дне водоемов.

Там, где есть месторождения каменного угля , когда-то были моря, озера. Отмершие организмы опускались на дно, придавливались толщей воды.

Так образовывался торф. Каменный уголь – последствие его дальнейшего сжатия под давлением уже не только воды, но и новых слоев органики.

Основные запасы каменного угля относятся к эре Палеозоя. С ее окончания минуло 280 000 000 лет.

Это эра гигантских растений и динозавров, обилия жизни на планете. Не удивительно, что именно тогда органические отложения накапливались особенно активно.

Чаще всего, уголь образовывался в болотах. В их водах мало кислорода, что препятствует полному разложению органики.

Внешне залежи каменного угля напоминают обгоревшую древесину. По химическому составу порода является смесью углеродных ароматических соединений высокомолекулярного типа и летучих веществ с водой.

Минеральные примеси незначительны. Соотношение компонентов не стабильно.

В зависимости от преобладания тех, или иных элементов, выделяют виды каменного угля . К основным относится бурый и антрацитовый.

Бурая разновидность каменного угля насыщенна водой, а посему, отличается низкой теплотой сгорания.

Получается, в качестве топлива порода не годиться, как каменная. И бурый уголь нашел иное применение. Какое?

Этому будет уделено отдельное внимание. Пока же, разберемся, почему водонасыщенную породу зовут бурой. Причина в цвете.

Уголь коричневатый, без , рыхлый. С геологической точки зрения массу можно назвать молодой. То есть, в ней не завершены процессы «брожения».

Поэтому, у камня низкая плотность, при сгорании образуется много летучих веществ.

Ископаемый каменный уголь антрацитового типа – полностью сформировался. Он плотнее, тверже, чернее, блестит.

Чтобы бурая порода стала такой, требуются 40 000 000 лет. В антраците велика доля углерода – около 98%.

Естественно, что теплоотдача у черного угля на высоте, а значит, камень можно использовать в качестве топлива.

Бурый вид в этой роли используют лишь для обогрева частных домов. Им не нужны рекордные показатели энергии.

Нужна лишь простота обращения с топливом, а антрацит в этом плане проблемен. Разжечь каменный уголь непросто.

Производственники, железнодорожники, приноровились. Трудозатраты стоят того, ведь антрацит не только энергоемок, но и не спекается.

Каменный уголь – топливо , от сгорания которого остается зола. Из чего она, если органика переходит в энергию?

Помните заметку о минеральной примеси? Именно неорганическая составляющая камня и остается на дне .

Немало золы осталось и на китайском месторождении в провинции Люхуангоу. Залежи антрацита там горели без малого 130 лет.

Пожар потушили лишь в 2004-ом году. Каждый год сгорали 2 000 000 тонн породы.

Вот и посчитайте, сколько каменного угля пропало даром. Сырье могло пригодиться не только в качестве топлива.

Применение каменного угля

Уголь называют солнечной энергией, заключенной в камень. Энергию можно преобразовывать. Она не обязательно должна быть тепловой.

Энергию, получаемую при сгорании породы, переводят, к примеру, в электричество.

Температура сгорания каменного угля бурого типа чуть не доходит до 2 000 градусов. Дабы получить электричество из антрацита, потребуется уже около 3 000 по шкале Цельсия.

Если же говорить о топливной роли угля, он используется не только в чистом виде.

В лабораториях из органической породы научились получать жидкое и газообразное топливо, а на металлургических заводах уже давно пользуются коксом.

Он получается при нагреве каменного угля до 1 100 градусов без доступа кислорода. Кокс – бездымное топливо.

Важна для металлургов и возможность применения брикетов в роли восстановителей руды. Так, кокс пригождается при отливке чугуна.

Кокс применяют и в качестве разрыхлителя шихты. Так именуют смесь исходных элементов будущего .

Будучи разрыхленной коксом, шихта легче переплавляется. Кстати, некоторые компоненты для тоже получают из антрацита.

В качестве примесей в нем могут содержаться германий и галлий – металлы редкие и мало где еще встречающиеся.

Каменный уголь купить стремятся, так же, для производства композиционных материалов углеграфитового толка.

Композитами называют массы из нескольких составляющих, с четкой границей между ними.

Искусственно созданные материалы применяют, к примеру, в авиации. Здесь композиты увеличивают прочность деталей.

Карбоновые массы выдерживают, как очень высокие, так и низкие температуры, используются в стойках опоры контактных сетей.

А вообще, композиты прочно вошли уже во все сферы жизни. Железнодорожники устилают ими новые платформы.

Из наномодифицированного сырья делают опоры строительных конструкций. В медицине с помощью композитов предлагают заполнять сколы на костях и прочие повреждения, не подлежащие металлическому протезированию. Вот какой каменный уголь многоликий и многофункциональный.

Химики разработали метод получения из угля пластмасс. При этом, не пропадают отходы. Низкосортная фракция прессуется в брикеты.

Они служат топливом, которое подходит, как для частных домов, так и производственных цехов.

В топливных брикетах остается минимум углеводородов. Они, собственно, и есть самок ценное в угле.

Из него можно получить чистые бензол, толуол, ксилолы, куморановые смолы. Последние, к примеру, служат основой для лакокрасочной продукции и такого материала внутренней отделки помещений, как линолеум.

Часть углеводородов ароматические. Людям знаком запах нафталина. Но, немногие знают, что производят его из каменного угля.

В хирургии нафталин служит антисептиком. В домашнем хозяйстве вещество борется с молью.

Кроме того, нафталин способен защитить от укусов ряда насекомых. Среди них: мухи, оводы, слепни.

В общей сложности, уголь каменный в мешках закупают для производства более чем 400-от видов продукции.

Многие из них – побочные товары, получаемые на коксохимическом производстве.

Интересно, что стоимость дополнительных линий, как правило, больше, чем у кокса.

Если же рассматривать среднюю разницу между каменным углем и товарами из него, она составляет 20-25 раз.

То есть, производство весьма выгодное, быстро окупается. Поэтому, неудивительно, что ученые ищут все новые и новые технологии переработки осадочной породы. На растущий спрос должно быть предложение. Ознакомимся с ним.

Добыча каменного угля

Месторождения угля называют бассейнами. В мире их свыше 3 500. Общая площадь бассейнов – около 15% от суши. Больше всего угля в США.

Там сосредоточенны 23% от мировых запасов. Каменный уголь в России – это 13% общих запасов. у Китая. В его недрах сокрыто 11% породы.

Большинство из них – антрациты. В России соотношение бурого угля к черному примерно одинаково. В США преобладает бурый вид породы, что снижает значение залежей.

Не смотря на обилие бурого угля, месторождения США поражают не только объемами, но и масштабами.

Запасы одного только Аппалачского каменноугольного бассейна составляют 1 600 миллиардов тонн.

В самом крупном бассейне России, для сравнения, хранятся лишь 640 миллиардов тонн породы. Речь о Кузнецком месторождении.

Оно находится в Кемеровской области. Еще пара перспективных бассейнов обнаружены в Якутии и Тыве. В первом регионе залежи назвали Эльгинскими, а во втором – Элегетскими.

Месторождения Якутии и Тывы относятся к закрытому типу. То есть, порода находиться не у поверхности, на глубине.

Нужно строить шахты, штольни, стволы. Это поднимает цену каменного угля . Но, масштабы залежей стоят затрат.

Что же касается Кузнецкого бассейна, в нем работают по смешенной системе. Около 70% сырья извлекают с глубин гидравлическим способом.

30% угля добывают открыто, используя бульдозеры. Их достаточно, если порода залегает у поверхности, а прикрывающие слои рыхлые.

Открыто уголь добывают и в Китае. Большинство месторождений КНР находятся далеко за пределами городов.

Однако, это не помешало одной из залежей доставить неудобства населению страны. Это произошло в 2010-ом.

Пекин резко увеличил запросы на уголь из Внутренней Монголии. Она считается провинцией КНР.

В путь отправилось столько грузовиков с товаром, что 110-е шоссе встало почти на 10 дней. Пробка началась 14-го августа, а рассосалась лишь 25-го.

Правда, не обошлось и без проведения дорожных работ. Грузовики с углем усугубили ситуацию.

110-е шоссе относится к дорогам государственного значения. Так что, не только уголь в пути задержался, но и прочие контракты оказались под угрозой.

В можно найти ролики, где водители, ехавшие в августе 2010-го по шоссе, сообщают, что 100-километровый отрезок преодолевали около 5-ти дней.