Процессы образования углей

Главной составной частью растений является целлюлоза (клетчатка). Из нее состоят стенки клеток высших растений. При одревеснении стенки клеток пропитываются веществом, которое называется лиг­нином, а иногда — пробковым веществом, называемым суберином. Внутри клеток находится вещество, состоящее из белков, жиров и углеводов. Кроме того, в состав растений могут входить смолы, воски и некоторые другие вещества. Каждая растительная клетка содержит также то или иное количество минеральных веществ, дающих золу. Количественное соотношение между перечисленными составными частями различно у разных растений. В среднем лигнин и целлюлоза составляют 60—70%, белки до 15%, суберин, воск,

смола до 5%.

Химический состав растительного вещества приблизительно можно выразить следующими цифрами: углерода 50%, кислорода 43%, водорода 6%, азота и серы 1%.

Процесс углеобразования подразделяется на две стадии:

1) оторфование, 2) углефикация. В стадию оторфования обра­зуются торф и сапропель, а в стадию углефикации — ископаемые угли.

Торф образуется за счет разложения остатков высших растении в избыточно увлажненной среде, при ограниченном доступе кисло­рода. При свободном доступе воздуха происходит тление, т. е. про­цесс разложения растительных остатков путем полного окисления их составных частей, в результате чего они почти полностью пере­ходят в углекислый газ и воду и никаких горючих полезных ископа­емых при этом не образуется. Иное наблюдается, если доступ воздуха ограничен. Разложение составных частей растительного вещества в этом случае идет при господствующей роли микроорганизмов. В первую очередь разложению подвергаются наименее стойкие составные части растении — белки, целлюлоза, лигнин. Смолы, воски, суберин разложению поддаются плохо. В процессе разложе­ния целлюлозы и лигнина, являющихся основными составными частями растений, образуются гуминовие кислоты, представляющие собой углеводородные соединения, богатые углеродом и бедные водородом. Наряду с гуминовыми кислотами образуются углекислый газ, вода и метан. Таким образом, процентное содержание кислорода и водорода в растительных остатках уменьшается, содержание же углерода увеличивается.

Главным продуктом разложения растительных остатков без доступа воздуха являются гуминовые кислоты, поэтому этот про­цесс носит названия гумификации. В результате процессов гумифи­кации растительные остатки превращаются в торф — смесь, состо­ящую из гуминовых кислот и частей растений, не полностью подверг­шихся разложению.

В отличие от высших, низшие растения целлюлозы и лигнина содержат немного. Главными составными частями их являются жиры и белки. В процессе разложения остатков низших растений, амеб, личинок и тому подобных организмов жиры образуют жирные кис­лоты, называемые битумами. Этот процесс носит название битуми­низации. В результате битуминизации остатки низших растений превращаются в сапропель, представляющий собой студнеобразную, жирную массу желтого, коричневого или черного цвета. Главной составной частью органической массы сапропелей (в них имеются еще минеральные примеси) являются битумы, как и гуминовые кислоты, представляющие собой углеводородные соединения. В про­цессе битуминизации содержание кислорода в растительных остатках понижается, содержание же углерода и водорода остается почти неизменным. Это ведет к увеличению в продуктах разложения про­центного содержания углерода и водорода.

В процессе углефикации из торфа и сапропеля образуются иско­паемые угли. Стадия углефикации наступает после перекрытия за­лежи торфа или сапропеля породами. При этом торф и сапропель сначала превращаются в бурый, затем в каменный уголь и при бла­гоприятных условиях в антрацит. Процесс углефикации сопрово­ждается дальнейшим повышением содержания углерода в органиче­ской массе осадка за счет снижения количества водорода, кислорода и азота. Происходит уплотнение рыхлого органического вещества, в результате чего объем его уменьшается в 5—10 раз. Большая часть воды, входящей в состав торфа или сапропеля, теряется, жидкие вещества превращаются в твердые, например гуминовые кислоты превращаются в твердые гуминовые вещества (соли гуминовых кислот).

Процесс превращения торфа в бурый уголь протекает при темпе­ратурах, не превышающих 150—200° и невысоком давлении, обу­словленном нагрузкой вышележащих пород. При повышении тем­пературы (примерно до 300—325°) и давления бурый уголь превра­щается в каменный. При дальнейшем повышении давления и темпе­ратуры (до 350°) из каменных углей образуются антрациты.

Бурый, каменный уголь и антрацит отличаются друг от друга степенью углефикации, т. е. тем, насколько глубоко сказалось влияние процесса углефикации. Наибольшую степень углефикацин имеет "антрацит, наименьшую — бурый уголь. Сапропелевые угли, как и угли, образовавшиеся за счет торфа, могут находиться в раз­личных стадиях углефикации — от буроугольной до антрацитовой. Как указывалось, степень углефикации зависит от температуры и давления, господствующих в зоне залегания угольных пластов, т. е. от метаморфизма углей. Таким образом, угольные пласты, погрузившиеся на значительную глубину, будут иметь более высокую степень метаморфизма, а следовательно, и более высокую степень углефикации, чем вышележащие (если конечно, они не отличаются по составу растительного вещества). В некоторых месторождениях можно встретить угли всех стадий углефикации от бурых до антра­цитов (Донбасс, Кузбасс и др.).