Алебастровый уголь что такое
Происхождение угля
Уголь – это ископаемое топливо, образовавшееся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Угольная масса формируется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение.
Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом и обогащенная органическими кислотами, препятствует жизнедеятельности бактерий разрушающих погибшие растения. Так возникает торф – исходный материал для образования угля. Если затем происходит его захоронение под наносами, то торфяная масса под воздействием давления и температуры, теряя воду и газы, преобразуется в угольные пласты.
В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 400 млн. лет назад), накапливалось органическое вещество, из которого формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений каменного угля относится к этому периоду, хотя известны и более молодые месторождения.
На первой стадии процесса углеобразования торф превращается в бурый уголь с содержанием углерода 65-70 % (масс.). Углерод в углях находится в составе различных органических соединений, часть из которых при нагревании переходит в состав летучих веществ (летучий углерод), а часть остаётся в коксовом остатке (нелетучий углерод). Здесь и далее, если прямо не указано, о каком углероде идёт речь, имеется в виду их сумма (общий углерод).
Бурый уголь залегает на глубине примерно 1 км и содержит до 43 % (масс.) влаги и до 50 % (масс.) летучих веществ. При дальнейшем опускании на глубину до 3 км, из бурого угля образуется каменный уголь. Угли, которые к нашему времени стали каменными, начали образовываться в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 млн. лет назад из остатков древовидных папоротников, хвощей и плаунов, произраставших в то время в огромных количествах, а также первых голосеменных растений. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 до 95 % (масс.), они содержат до 12 % (масс.) влаги и до 32 % (масс.) летучих веществ.
Самый древний из ископаемых углей – антрацит – образуется из каменного угля при дальнейшем повышении температуры и давления на глубине до 6 км. Он содержит около 95 % (масс.) углерода, и имеет наиболее высокую степень «углефикации».
ТАЙНЫ ПРИРОДЫ и ЗЕМЛИ. Секреты образование бурого и каменного угля
Оригинал взят у 
sibved в Образование бурого и каменного угля
Меня все не оставляет вопрос: почему в буроугольных разрезах столько слоев с этим полезным ископаемым?
Бородинский угольный разрез. Красноярский край
Официально – это слои накопления биомассы от лесов и растений, закоксованные под другими слоями. Или это были мощные древние торфяники (нижний самый толстый слой).
Эта картина слоев угля встречается повсеместно:
Назаровский угольный разрез. Два тонких слоя близко у поверхности
Основной слой с бурым углем выглядит не как беспорядочная масса с хаотично уложенными окаменевшими стволами древних деревьев. Пласт имеет четкие страты – множество слоев. Т.е официальная версия с древними деревьями не подходит. И не подходит еще по причине большого содержания серы в пластах бурого угля.
Таблица содержания некоторых химических элементов в углях, торфе, древесине и нефти.
Чтобы не вдумываться в смысл таблицы, напишу выводы из нее.
1. Углерод. В древесине его меньше всего из перечисленных топливных источников. И непонятно (если принять во внимание традиционную версию образования углей), почему при накоплении органики (древесина или торф) в слоях количество углерода увеличивается. Противоречие, которое никто не объясняет.
2. Азот и кислород. Азотистые соединения – это одни из строительных элементов древесины, растительности. И почему количество азота уменьшилось после превращении древесины или торфа в бурый уголь – опять непонятно. Опять противоречие.
3. Сера. В древесине отсутствует какое-либо достаточное для накопления этого хим.элемента количество. Даже в торфе серы ничтожно мало по сравнению со слоями бурого и каменного угля. Откуда сера попадает в слои? Единственное предположение – сера в слоях была изначально. Смешалась с органикой? Но как-то странно концентрация серы в углях совпадает с содержанием серы в нефти.
Обычно сера бывает пиритной, сульфатной и органической. Как правило, превалирует пиритная сера. Сера, содержащаяся в углях, находится обычно в виде сульфатов магния, кальция и железа, железного колчедана (пиритная сера) и в виде органических серосодержащих соединений. Раздельно определяют, как правило, только сульфатную и сульфидную серу; органическая определяется как разность между количеством общей серы в угле и суммой сульфатной и сульфидной серы. Источник
Серный колчедан – почти постоянный спутник каменного угля и притом иногда в таком количестве, что делает его негодным к употреблению (напр. уголь Московского бассейна).
По этим данным выходит, что накопление органики (древесина или торф) не имеет отношения к углям. Образование бурых углей – абиогенный процесс. Но какой? Почему бурые угли расположены относительно неглубоко, а каменноугольные могут находиться на глубинах до двух километров?
Следующий вопрос: где все окаменелости растительного и животного мира в буроугольных пластах. Они должны быть массовые! Стволы, растения, скелеты и кости умерших животных – где они?
Находят отпечатки листьев лишь в вскрышных породах:
Окаменевший папоротник. Такие окаменевшие растения попадаются при добыче угля. Этот экземпляр добыт во время работы на шахте «Родинская» в Донбассе. Но к этим якобы окаменелостям мы вернемся ниже.
Это относится к пустой породе каменноугольных шахт. По бурому углю я ничего не нашел.
Области углеобразования. Большая часть угля находится в северном полушарии, отсутствует на экваторе и тропиках. Но ведь там наиболее приемлемый климат для накопления органики в древности. Нет и областей (в широтном виде) накопления на старых экваторах. Такое распределение явно связано с иной причиной.
Еще один вопрос. Почему это полезное горючее ископаемое не использовали в древности? Нет массовых описаний добычи и использования бурых углей. Первые упоминания про уголь относятся лишь к времени Петра I. Достать (докапаться до пласта) совсем не сложно. Это делают кустарным образом местные жители на Украине:
Есть и более масштабные добычи каменного угля открытым способом:
Уголь под 8-10 метрами глины. Для образования каменного угля геологи говорят нужно большое давление и температура. Здесь явно этого не было
Уголь мягкий, крошится.
При выкапывании колодцев обязательно должны были натыкаться на пласты и выяснить что они горят. Но история нам говорит о начале массовой добычи углей лишь в 19в.
А может быть, не было этих пластов до 19в.? Как не было в середине 19в. деревьев! Смотрите пустынные пейзажи Крыма и фотографии столыпинских переселенцев, которые забирались в глухие уголки Сибири обозами. А сейчас там непроходимая тайга. Это я про версию потопа 19в. Механизм его не ясен (если он все же был). Но вернемся к бурым углям.
Как думаете, что это за порода? Бурый уголь? Похоже, но не угадали. Это битумные пески.
Крупномасштабная добыча нефти из битумных песков в Канаде. До падения цен на нефть было рентабельным, даже прибыльным бизнесом. В среднем, из четырех тонн битумапроизводят только один баррель нефти.
Если не знать, то и не подумаешь, что здесь добывают нефть. Похоже на буроугольный разрез.
Еще пример с Украины:
В селе Старунья (Ивано-Франковская обл.) нефть выходит на поверхность сама, создавая маленькие вулканы. Некоторые нефтяные вулканы горят!
Потом это все окаменеет и будет угольный пласт.
Даже википедия пишет:
Ископаемый уголь — полезное ископаемое, вид топлива, образовавшийся как из частей древних растений, и в значительной степени из битумных масс, излившихся на поверхность планеты, подвергшихся метаморфизму вследствие опускания на большие глубины под землю под высокими температурами и без доступа кислорода. Источник
Но версия абиогенного происхождения бурых углей из разливов нефти нигде более не развивается.
Некоторые пишут, что эта версия не объясняет множество слоев бурого угля. Если учесть, что на поверхность выходили не только массы нефти, но и водно-грязевых источников, то чередование вполне возможно. Нефть и битум легче воды – они плавали на поверхности и осаждались и адсорбировались на породе в виде тонких слоев. Вот пример в сейсмоактивной зоне, в Японии:
Из разломов выходит вода. Она, конечно, не глубинная, но что мешает при более масштабных процессах выйти водам артезианских источников или подземных океанов и при выходе выкинуть на поверхность массы пород, перемеленных в глину, песок, известь, соль и т.д. Отложить страты за короткий период, а не миллионы лет. Я все больше склоняюсь, что в некоторых местах в определенные времена потоп мог быть вызван не прохождением волны с океана, а выходом водно-грязевых масс из недр Земли.
Комментарий в одной из статей от jonny3747 :
Уголь на Донбассе, это скорей всего смещение плит одна под другую, вместе со всеми лесами, папоротниками и т.д. Сам работал на глубинах больше 1 км. Пласты залегают под углом, как вроде одна плита под другую заползала. Между пластом угля и породы очень уж часто встречаются отпечатки растений, довольно много попадалось на глаза. И что интересно между твердой породой и углем есть тонкий прослоек еще как бы не породы но еще и не угля, крошится в руках, в отличии от породы имеет темный цвет и вот именно в нем часто отпечатки были.
Это наблюдение очень четко подходит под процесс роста пирографита в этих слоях. Скорее всего, такие автор и видел:
Вспоминаем окаменелости папоротника на фотографиях выше
Вот выдержки из монография «Неизвестный водород» и работы «История Земли без Каменноугольного периода»:
Опираясь на собственные исследования и целый ряд работ других ученых, авторы констатируют:
«Учитывая признанную роль глубинных газов, … генетическую связь естественных углеродистых веществ с ювенильным водородно-метановым флюидом можно описать следующим образом.
1. Из газофазной системы С-О-Н (метан, водород, диоксид углерода) могут быть синтезированы … углеродистые вещества – как в искусственных условиях, так и в природе…
5. Пиролиз метана, разбавленного диоксидом углерода, в искусственных условиях приводит к синтезу жидких … углеводородов, а в природе – к образованию всего генетического ряда битумонозных веществ».
В процессе разложения метана в глубине совершенно естественным образом происходит образование сложных углеводородов! Происходит потому, что оказывается энергетически выгодным! И не только газообразных или жидких углеводородов, но и твердых!
Метан и сейчас постоянно «сочится» в местах добычи каменного угля. Он может быть остаточным. А может быть и свидетельством продолжения процесса поступления паров углеводородов из недр.
Ну, вот теперь настало время разобраться с «главным козырем» версии органического происхождения бурого и каменного угля – наличием в них «углефицированных растительных остатков».
Такие «углефицированные растительные остатки» находят в залежах угля в огромных количествах. Палеоботаники «уверенно определяют вид растений» в этих «остатках».
Именно на основании обилия этих «остатков» сделан вывод о чуть ли не тропических условиях в громадных регионах нашей планеты и вывод о буйном расцвете растительного мира в Каменноугольный период.
Но! При получении пиролитического графита путем пиролиза метана, разбавленного водородом, было установлено, что в стороне от газового потока в застойных зонах образуются дендритные формы, весьма похожие на «растительные остатки».
Образцы пиролитического графита с «растительными узорами» (из монографии «Неизвестный водород»)
Самый простой вывод, который вытекает из приведенных выше фотографий «углефицированных растительных форм», на самом деле представляющих из себя лишь формы пиролитического графита, будет таким: палеоботаникам теперь надо крепко думать.
А ученый мир продолжает писать диссертации о происхождении углей на основе биологического накопления слоев
И еще весьма любопытная деталь: до «Каменноугольного периода» – в конце Девона – климат довольно прохладный и засушливый, и после – в начале Перми – климат так же прохладный и засушливый. До «Каменноугольного периода» мы имеем «красный континент», и после имеем тот же «красный континент»…
Возникает следующий закономерный вопрос: а был ли теплый «Каменноугольный период» вообще.
Не миллионолетний возраст каменноугольных и буроугольных пластов объясняет еще ряд странных артефактов, найденных в углях:
Железная кружка, найденная в угле возрастом в 300 млн. лет.
Новое в блогах
Популярно об углеобразовании и окаменении деревьев
Углеобразование
Уголь – твердая горная порода черного или бурого цвета, образованная из отмершей растительности. Уголь всегда содержит примеси других минералов и горных пород, содержание которых варьирует от долей процента до половины и более – то есть сам уголь иногда становится примесью в других породах.
Состав и свойства углей определяется видовым составом растительности послужившей исходным материалом для образования углей, а также условиями протекания процессов первой стадии углеобразования – гумификации или торфообразования с образованием обширной группы сложных гумусовых кислот; и второй стадии углеобразования – углефикации или метаморфизма торфа и угля.
Залежи угля теоретически могли образовываться со времени появления на Земле достаточных масс многоклеточных водорослей. Древнейшие многоклеточные водоросли обнаружены в отложениях рифея возрастом более 1 миллиарда лет. Однако малые размеры рифейских водорослей, очевидно, не могли формировать сапропель – водорослевый торф. В формировании сапропеля, наряду с отмершими водорослями, участвует микроскопический планктон (в том числе одноклеточный) как растительный, так и животный, но отмерший планктон в чистом виде дает начало образованию нефти – возникновение угля в этом случае исключено.
Вероятнее всего образование древнейшего угля имело место в вендском периоде, то есть позже одного миллиарда лет назад. Однако древнейший неизмененный уголь, найден на Тянь-Шане в Нарынской долине, и его возраст 480 миллионов лет (ранний ордовик). Есть также сообщения о кембрийском угле, обнаруженном в Китае. При этом углистые породы – углисто-кремнистые и углисто-глинистые сланцы, графиты и тому подобное, обнаруживаются в отложениях всех эратем протерозоя во многих частях мира.
Угли, образованные из высших растений, называются гумолитами. Сапропелиты – это угли, образованные из сапропеля и они, в отличие от гумолитов, не содержат слоистостей, однородны по составу и более прочные.
Сапропелитовый уголь. Якутия
В ордовике, ввиду отсутствия наземной растительности, углеобразователями являлись водоросли. С силура в углеобразовании стали принимать участие наземные высшие растения.
С девонского периода, когда появились первые леса, началась эпоха формирования угольных залежей, имеющих в наше время промышленное значение. Девонские леса произрастали в периодически затопляемых приливами прибрежных морских зонах, часто в дельтах рек при впадении их в крупные соленые или пресные водоемы. Важнейшими лесообразующими породами деревьев девона являлись различные лепидодендроновые высотой 5 – 7 метров.
Лес девонского периода. Александр Бабкин
Растительность каменноугольного периода дала наиболее богатые залежи каменного угля (не бурого) на планете – название периода говорит само за себя. Пышный расцвет каменноугольных лесов обеспечили размножавшиеся спорами тропические деревья – в первую очередь лепидодендроновые, каламиты и сигиллярии, а также древовидные папоротники и древовидные хвощи. Произрастание карбоновых лесов было приурочено к жарким и влажным областям у морских и внутриконтинентальных водоемов. Корневые системы этих деревьев были погружены в воду, заваленную валежником, и в отмерший растительный слой, переходящий в торфяник. Основную фотосинтезирующую функцию деревьев карбонового периода выполняла зеленая кора, которая обильно опадала, составляя основной компонент торфа того времени. Поэтому каменноугольные леса называют коропадными. Длинные многометровые листья лепидодендронов и сигиллярий свисали метелками с коротких ветвей на самой верхушке стволов и не представляли существенную часть опада болотного леса.
Похолодание в середине периода повлекло за собой распространение на севере и юге планеты голосеменных кордаитовых с формированием кордаитовой тайги. Кордаиты были хвойными деревьями высотой до 30 метров с толщиной ствола до 1,5 метров. В своей верхней части они ветвились раскидистой кроной крупных ветвей. Кора кордаитов, как и у всех древовидных карбона, выполняла функцию фотосинтеза и опадала в течении всей жизни дерева.
Лепидодендроновый лес каменноугольного периода. Ludek Pesek
Каламитовый лес карбона. WalterMyers
В пермском периоде формировались крупные каменноугольные бассейны, не на много уступавшие по запасам угля бассейнам карбона. Пермские леса составляли кордаитовые, изменившие свой видовой состав, и плауновидные, которые к концу периода почти исчезли (лепидодендроновые вымерли в середине перми). Кроме этих деревьев на юге пермских континентов в субтропической и теплоумеренной зоне получили широкое распространение листопадные глоссоптериевые леса.
Отпечатки листьев Glossopteris browniana
Позднепалеозойские деревья были значительно менее устойчивы к сильным ветрам и эрозионной деятельности воды, чем современные. Палеозойские ураганы могли с легкостью положить весь лес на большой площади, но видимо скорость роста древовидной растительности в те времена превышала современную, и вскоре из молодой поросли снова вырастала лесная чащоба. Паводки и селевые потоки также часто сносили деревья и погребали их под грунтом. Прижизненное захоронение не разложенной, то сесть не окисленной древесины, способствует углеобразованию, что являлось дополнительным способствующим фактором угленакопления в перми и карбоне.
В первом периоде мезозоя – триасе угленакопление почти прекратилось. Триасовые угольные месторождения весьма редки. Главной причиной значительного сокращения процессов углеобразования явился засушливый и жаркий климат, господствующий на значительной площади суперконтинента Пангея, не способствующий произрастанию лесов. Объединение суперконтинента, начавшееся во второй половине перми, завершилось в триасе, а распалась Пангея к началу юрского периода.
В юрском периоде началась следующая эпоха углеобразования, завершившаяся во второй половине мелового периода. В юре уголь накапливался за счет папоротников, хвощей, саговниковых и хвойных. Юрский лес уже имел типично мезозойский вид и сильно отличался от позднепалеозойских лесов: древовидные папоротники имели весьма ограниченное распространение, широко размножились саговниковые – деревья похожие и на пальмы и на папоротники, с небольшими стволами и с длинными перистыми листьями на верхушке. Весьма распространены были гинкговые.
Отпечаток листа саговникового дерева. Юрский период
В меловом периоде основными углеобразователями являлись саговниковые, беннеттитовые (близкие родственники саговниковых), древовидные папоротники, хвойные. Появившиеся в первой половине мела цветковые (покрытосеменные) быстро заняли господствующее положение во второй половине периода. Древовидные формы цветковых достигли невиданных ранее размеров – высота деревьев превышала 100м, а толщина стволов достигала 15м.
Дерево порядка беннеттитовых. academic.ru
На рубеже мела и палеогена, то есть на границе мезозойской и кайнозойской эр, углеобразование почти прекратилось, но вскоре накопление углей возобновилось, причем в начале и середине эоценовой эпохи палеогена 56 – 37 миллионов лет назад угленакопление достигло самой высокой интенсивности в истории Земли. В целом палеоген и неоген выделяются как очередная эпоха углеобразования – на этот раз формировались бурые угли, то есть угли, не достигшие пока каменноугольной фазы метаморфизма.
Пышная флора палеогенового периода была весьма разнообразной, что было обусловлено в целом теплым и влажным климатом на всей планете до начала олигоценовой эпохи, когда начало расширяться оледенение Антарктиды. Папоротники, пальмы, кипарисы, мирты, лавры, секвойи, платаны покрывали большую часть Евразии и юг Северной Америки. Северную часть Евразии и Северной Америки покрывали листопадные буки, дубы, березы, клены, ольха, гинкго, хвойные. Важнейшими растениями углеобразователями являлись: болотный кипарис, ольха и нисса. Углеобразование в палеогене проходило почти исключительно в озерно-болотных условиях. Больше всего угля накапливалось в Северной Америке и в Сибири. Каменные угли палеогена известны на острове Хоккайдо и на востоке Китая.
В палеогеновом лесу. bizleyart.com
В неогене углеобразующие леса составляли различные хвойные на севере (ель, сосна, лиственница, пихта) и широколиственные на юге (платан, лавр, ольха и многие другие).
В настоящее время в четвертичном периоде продолжается накопление отмершей растительности за счет цветковых, различной болотной травы и мхов в болотах северной Евразии и севера Северной Америки, а также за счет мангровых зарослей тропических побережий и, в меньшей степени, водорослей некоторых озер (сапропели). Угли четвертичного возраста неизвестны – отмершая растительность современности находится в виде торфа.
Болотный лес в Украине. ua.igotoworld.com
Со времени появления наземной растительности существовали особо благоприятные эпохи для накопления отмершей растительности и ее последующей углефикации. Можно выделить две наиболее важные эпохи углеобразования: каменноугольная карбон-пермская (около 40% запасов углей планеты) и буроугольная палеоген-неогеновая (более 50% запасов углей).
Скорость современного накопления торфа составляет около 1 мм в год. Из 1-метрового слоя торфа может получиться 20 см каменного угля. Значит 2м угля может образоваться через 10 000 лет; 200м за 1млн лет.
Беспрерывное существование в течении 1-2 млн лет высокопродуктивного лесного массива на площади равной крупнейшим угольным месторождениям представляется вполне вероятным. Можно предположить, что сплошной угольный пласт с рекордной мощностью 240м (в австралийском штате Виктория) является результатом накопления отмершей растительности на протяжении около 1,5 млн лет.
Отмершая растительность в контакте со свободным кислородом при помощи бактерий и грибков разлагается на углекислый газ и воду: целлюлоза (основной компонент древесины) + О2 ↔ СО2 + Н2О. Если древесный опад (кора, ветви и листья) и стволы падают в воду или до своего разложения перекрываются рыхлым грунтом, то действие свободного кислорода и работа аэробных бактерий (бактерии, функционирующие на воздухе) прекращается. В таких случаях захороненный растительный материал начинает подвергаться разложению другого типа – гумификации протекающей в анаэробных (бескислородных) условиях с участием анаэробных бактерий и специфичных грибков с образованием торфа. Однако при захоронении углей доступ воздуха не всегда полностью перекрывался вышележащим грунтом, и свободный кислород окислял некоторую часть захороненной растительности – такой процесс называется фюзенизацией тканей. При фюзенизации кроме того происходит обезвоживание с частичным обугливанием растительного материала. В этом случае получается волокнистый сажистый уголь – фюзинит.
В состав растительности также входят белки, которые содержат азот, серу и липиды – группу углеводородов нерастворимых в воде. К липидам относятся жиры, воски, смолы, которые составляют до 30% массы водной растительности и бактерий и являются вторым по важности веществом при образовании водорослевых углей – сапропелитов.
Вероятно, что состав растительных компонентов и их соотношение за сотни миллионов лет менялся. Однако исследования установили, что различные части современных и древних растений в условиях углефикации претерпевают одинаковые изменения с незначительными отличиями.
Деятельность бактерий по переработке торфа зависит от кислотности торфа. Чем кислотность выше, тем меньше в нем бактерий и лучше сохраняется структура растений. Разложение торфа зависит и от температуры – при 35-40 градусах Цельсия бактерии разлагают целлюлозу с наибольшей скоростью.
Со временем процесс гумификации замедляется. Слой торфа уплотняется, вода отжимается, уменьшается содержание гуминовых кислот. В общем гумификация сводится к уменьшению доли кислорода и увеличению доли углерода. Глубоко гумифицированный торф постепенно переходит в состояние бурого угля. Превращение торфа в бурый уголь считается первой стадией (фазой) углефикации – метаморфического процесса значительного изменения химического состава торфа с ограниченным участием микроорганизмов. Метаморфизм углей большей частью обусловлен длительным воздействием давления перекрывающих пород и повышенной температурой в толще угля от 70 градусов С до 350 град.
Процесс метаморфизма углей сопровождается главным образом увеличением содержания углерода и соответственно снижением содержания кислорода и водорода путем отщепления наиболее слабосвязанных Н-, О- и S-содержащих групп в виде газов и паров.
Бурые угли образуются при низких температурах и при разных давлениях, однако чем глубже залегают буроугольные толщи, тем быстрее протекает дальнейшая их углефикация. Бурые угли бывают бурого, коричневого, редко черного цвета, матовые или слабо блестящие.
Процесс образования углей во многих случаях заканчивается на буроугольной стадии (известны бурые угли карбонового периода). Чтобы образовались каменные угли, необходимы более высокие температуры и давление.
Большинство залежей каменного угля сформировалось в палеозое, преимущественно во второй половине каменноугольного периода и первой половине пермского периода, примерно в интервале 320—270 миллионов лет назад. Образование каменных углей характерно и для девона, юры и мела. В палеогеновых и неогеновых отложениях каменные угли имеют весьма ограниченное распространение.
Для образования каменных углей необходимо давление 1000-3000 атмосфер и высокая температура – 100-300 град.С. Такие условия обычно обеспечиваются на глубине 5-10 км. Залегают каменные угли, также как и бурые, в форме пластов и линз мощностью от сантиметров до сотен метров и на разных глубинах – от обнажений на поверхности (в результате тектонических подвижек) до нескольких километров.
Метаморфизм каменных углей заключается в увеличении относительного содержания углерода и уменьшении содержания кислорода и водорода, снижении выхода летучих веществ; при этом изменяются теплота сгорания, появляется способность спекаться в кокс; меняются другие физические свойства. Изменение физических свойств каменных углей в процессе метаморфизма проявляется по линейному закону в зависимости от уплотнения вещества, или параболическим законам, отражающим структурные изменения. По линейному закону изменяются блеск, отражательная способность витринита, другие свойства. Пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания изменяются по параболическому закону, либо по смешанному.
Каменные угли на средних стадиях метаморфизма могут при некоторых условиях приобретать спекающие свойства — способность органического вещества переходить при нагревании от 130 до 180 град.С в пластического состояние и образовывать пористую монолитную массу — кокс. Кокс имеет весьма высокую теплоту сгорания – поэтому уголь специально спекают в промышленных количествах для нужд металлургии.
На крайней стадии каменноугольного метаморфизма угли преобразуются в антрациты — наиболее высокометаморфизованные угли. Антрациты имеют темно-серую окраску; обладают металлическим блеском с характерной кристаллической структурой на изломе и хрупкостью. Содержание углерода в антрацитах 91—97%, влажность менее 8%. Мацералы в антрацитах просматриваются с трудом.
Псевдокристаллическая структура антрацита обусловлена молекулярной плоскостной структурой так называемого ароматического углерода. Доля ароматического углерода в антрацитах достигает 90%. Весь процесс углефикации сопровождается удалением неароматического углерода путем выделения метана и других газов, и ароматизации оставшегося углерода путем дегидрирования насыщенных циклических соединений, то есть увеличения в размерах кольцевых молекул углеводов. В результате на антрацитовой стадии метаморфизма уголь приобретает почти кристаллическое строение.
При дальнейшем метаморфизме антрацит превращается в графит – темно-серое до черного вещество с отчетливой кристаллической структурой и тусклым металлическим блеском. Графит уже не является углем.
Неорганические горные породы состоят из минералов, а уголь из микроскопических компонентов – мацералов. Мацералы – это не кристаллы и они не имеют одинаковый химический состав; это частицы растительного и животного происхождения – микроскопические водоросли и их фрагменты, пыльца, споры, кутикулы, смоленые тельца и прочее. Частицы, которые не могут быть опознаны из-за глубоких изменений, называют основной массой, которую при микроскопических исследованиях подразделяют на прозрачную и непрозрачную. Основные характеристики мацералов угля – это показатель отражения и структура. Различия свойств мацералов связаны с исходным материалом – растительными остатками и с условиями химического преобразования остатков на торфяной стадии.
Все мацералы делятся на три группы – витринит, экзинит (липтинит) и инертинит.
Залежи угля часто представляют собой чередование пластов разных мацеральных типов. Разнотипное переслаивание связано с различными физическими и химическими условиями опада растительных фрагментов и их последующим переотложением до перекрытия грунтами (или маломощного перекрытия рыхлыми осадками).
В прибрежно-морских, в том числе лагунных и дельтовых обстановках осадконакопления, характерных для угленосных залежей, угольные пласты формировались на площадях в сотни квадратных километров. Внутриконтинентальная обстановка (озёрная, озёрно-болотная, речная) обусловила ограниченное по площади распространение залежей угля. Однако в кайнозое внутриконтинентальные залежи углей не уступают по площади приморским.
В большинстве случаев уголь залегает пластами почти параллельно напластованиям вмещающих пород на обширных площадях. Первоначальное залегание пластов угленосных формаций часто нарушается – от слабоволнистого, до слоев, смятых в крутые складки. Кроме того нередки разрывные нарушения смещающие угленосные толщи.
Обычная мощность отдельных пластов — от нескольких сантиметров до нескольких метров. Рекордные мощности сплошных пластов достигают сотен метров.
Угольный пласт. США. Фото Dennis Ernst
Большая часть включений в углях представляет собой минералы, образованные в процессе формирования угленосных формаций (кальцит, кварц, соединения железа, серы). Включения могут концентрироваться в трещинах или находиться в рассеянном виде по массе угля. Элементы, образовавшие эти минералы, содержались в самих растениях или были привнесены извне. Посторонние макровключения – валуны, галька, песок, заносились в торфяники еще во время их образования.
В зонах активного действия подземных вод вблизи дневной поверхности угли подвергаются окислению – в результате утрачиваются прочностные свойства, с превращением угля в сажистое вещество; изменяется и химический состав – возрастает относительное содержание кислорода, снижается количество углерода, увеличиваются влажность и зольность, значительно снижается теплота сгорания. Глубина окисления углей колеблется от 0 до 100 м.
На открытой поверхности уголь быстро выветривается под действием воздуха и осадков до полного разложения. Кроме того угли могут выгорать в результате окисления угля атмосферным воздухом.
Окаменение древесины
Процесс окаменения (петрификации) упавших деревьев, происходит под землей, когда дерево оказывается погребенным рыхлыми осадками. При отсутствии разлагающей и гумифицирующей жизнедеятельности бактерий и грибков, при изолированности погребенных стволов от массы отмершей растительности, блокирующей углеобразование, а также из-за недостатка кислорода в подземных условиях, древесина может долго не портиться – известны извлеченные из грунта стволы с неизмененной древесиной возрастом до 40 000 лет. Кроме того блокирование работы микроорганизмов обеспечивает фильтрация грунтовой воды насыщенной минералами.
Первоначальный химический состав древесины при постепенной пропитке растворами кремнезема (SiO2) и кремниевых кислот (H2 SiO3, H4 SiO4, H2 Si2O5 и другие) может полностью замещаться минералами окиси кремния с полным или частичным сохранением первоначальной текстуры древесного материала. Замещение древесины глинистыми и другими веществами происходит значительно реже и ведет к потере первоначальной текстуры и структуры.
Свойства окисей кремния достаточно легко растворяться и осаждаться в аморфной или тонкокристаллической форме позволяют этому соединению наиболее совершенно воспроизводить органические формы. Всеостальные минералы осаждаются с образованием кристаллов, превышающих в большинстве случаев размеры мельчайших элементов древесного организма. Даже структура, то есть более тонкое строение древесины (вплоть до клеточного уровня), также может замещаться кремнеземом с сохранением в какой-то мере первоначальной формы. Однако почти полное отсутствие окаменелых веток деревьев пока не находит объяснений.
Окаменению деревьев способствует быстрое перекрытие стволов рыхлыми осадками, которые препятствуют разлагающему действию свободного кислорода и обеспечивают движение подземных вод. Поэтому окаменелая древесина часто встречается в вулканических пепловых осадках или в речных отложениях. Окремнению способствует также периодичное пересыхание подземного тока растворов, позволяющее кремнезему закрепляться в массе дерева. Поэтому окаменелые деревья чаще образуются в жарких районах переменой влажности.
Самые значительные залежи окаменелого дерева: США – в Аризоне, в Южной Дакоте, в Айове, в штате Вашингтон, в штате Миссисипи, в штате Колорадо; аргентинская Патагония, Египет (окаменелый лес у дороги Каир — Суэц, территория у Нового Каира, Маади, оазис Эль Фарафра), Россия (Средняя Сибирь, Камчатка, Приморье, Чукотка), Бельгия около Хугардена, Бразилия (геопарк Палеоротта), Греция (окаменелый лес на острове Лесбос), Индия (Тируваккарай около Мадраса), Канада (остров Акселя Хайберга в Нунавуте на севере страны), пески Ливии, Новая Зеландия (залив Карьо на Кэтлинском побережье), Украина (Донецкая область), Мадагаскар.
Окаменелый (петрифицированный) лес – значительное скопление целых стволов деревьев и их фрагментов на небольшом участке. Петрифид Форест (Окаменевший лес) в Аризоне. Обломки окаменелой древесины, замещённой тонкокристаллическим кварцем, залегают в триасовых конгломератах. Окаменевшие стволы араукарии полностью лишены веток; наиболее крупные из них достигают длины 65 метров и диаметра 3 метров
Окаменелый плод араукарии в разрезе. Юра. Аргентина
Окаменевший лес мелового периода. Кызылкум. dviger.com
Фрагмент ствола секвойи. Меловой период. Юго-Восточный Казахстан. Фото Александр Бабкин
Окаменелый пень. Остров Лесбос. Греция. Фото Алина Танько
Водный раствор кремнезема, текущий сквозь осадок, привносит минералы в клетки растения, и при распаде лигнина и целлюлозы (основные компоненты древесины, являющиеся углеводами) окись кремния в своих разных модификациях замещает молекулы углеводов с сохранением формы, а точнее вида древесины. Пористость древесины не сохраняется – окаменелое дерево представляет собой сплошной камень. Поры дерева, первоначально заполненные жидкостью, также целиком замещаются кремниевыми минералами.
Кроме того при петрификации (окаменении дерева) идет окрашивание повторяющее первоначальную текстуру древесного материала. Окраску при петрификации обеспечивает наличие следующих примесей: окисей железа дающих красный, коричневый и желтый цвета; марганец – розовый и оранжевый; окись марганца – чёрный и жёлтый; медь – зеленый и синий; кобальт – зелёный и синий; хром – зелёный и синий; углерод – черный.
Целлюлоза распадается в процессе окаменения с большей скоростью, чем лигнин, вследствие различий в химической устойчивости этих веществ. Решетчатая ткань целлюлозы сохраняется достаточное время до начала окремнения. После или в течение окремнения оставшаяся целлюлоза распадается, оставляя модифицированный, но сцепленный лигнин. Таким образом, сначала замещается кремнеземом целлюлоза, а затем лигнин, причем замещаются эти углеводы кремнеземами из разного вида растворов и в разное время с образованием различных минералов (опал, халцедон и другие). Мембраны ткани растений проницаемы для истинных кремнеземных растворов с весьма мелкими частицами и отдельными молекулами и атомами, но непроницаемы для частиц коллоидных растворов, то есть растворов с достаточно крупными частицами кремнезема. Такое распределение разных видов кремнезема по массе способствует сохранению исходной текстуры дерева. Вероятно, неравномерным окремнением объясняется и неравномерное окрашивание дерева, повторяющее древесную текстуру.
При выделении диоксида углерода в процессе разложения дерева, кремнезем сразу осаждается на поверхности органического материала. То есть по мере того как органическая часть удаляется при растворении, она замещается кремнеземом. Процесс окремнения идет медленно. Первоначально образованный слой кремнезема аморфен и порист и представляет собой странное вещество – полукамень-полудревесину на которой можно оставить след ногтем. Кремнеземный раствор проникает через этот слой за счет диффузионных процессов. Такой процесс происходит большей частью при обычной температуре и концентрация кремнезема в растворе вряд ли превышает 0,02%. Тогда, согласно расчетам, скорость замещения древесины кремниевыми минералами (замещение, вероятно, проходит последовательно от коры до сердцевины ствола) будет составлять около 1 мм за 1500 лет.
При инфильтрации воды сквозь стволы деревьев в подземных условиях не весь кремний приносится с растворами извне. В растениях изначально всегда присутствует растительный кремний, который включается в процессы окремнения и, возможно, служит основным материалом при окаменении самых тонких структур древесины.
На конечной стадии образования окаменелого растения кремнезем может из аморфного состояния частично перейти в кристаллическую форму.