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 каменный уголь (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.
Это интересно: какие бывают виды угля?
- Самый рыхлый и молодой из всех видов – лигнит (что значит «древесный»). В нем еще видны остатки растительных масс, древесины. В принципе, лигнит – это древесный торф.
- Бурый вид угля образуется в пластах при более сильных разложениях остатков растительных масс. Залегает он, как правило, на глубине до одного километра. В нем еще многовато жидкости (более 40 %). Он довольно хорошо горит, но дает небольшое количество тепла.
- На глубине до трех километров во многих частях мира находится каменный уголь. Образование его из бурого вида ископаемого происходит только при определенных условиях: когда пласты спускаются на более глубокие горизонты и идет процесс горообразования. Там, под высоким давлением и без доступа кислорода, завершается процесс перехода из одной фракции в другую. Такой уголь имеет в своем составе более 75 % углерода, горит лучше и тепла дает больше.
- Антрацит – горный уголь более древних пород. Он залегает на глубине до пяти километров. В нем еще больше углерода и еще меньше влаги (практически совсем нет). Он плоховато воспламеняется, но теплоотдача самая высокая из всех видов. В антраците остатки растений, из которых он произошел, практически нельзя обнаружить. Такой уголь считается наиболее перспективным в добыче для промышленности.
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.
