Какие растения образовали залежи каменного угля

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Пусть ген:
А- не дальтоник
а-дальтоник
Т.к. работающий ген дальтонизма- ген рецессивный(т.к. дальтонизм-это отклонение от нормы)
Т.к. все родители наших родителей носили ген а,а при этом наши родители воспринимают цвета нормально следовательно их генотипы будут такие:
жених- Аа
невеста - Аа
Если мы скрестим их:

То получим такие генотипы детей:
G: АА,2хАа и аа

Это мы можем выяснить из таблицы:
А а
А АА Аа
а Аа аа

И того вероятность того,что один из детей 4-х будет страдать дальтонизмом очень велика. Т.к. чаще всего дальтонизм передаётся мужским особям,то скорее всего ребёнок,страдающий дальтонизмом,будет мальчик.

Каменный уголь формируется из вещества, которое изначально имело растительное происхождение, но было перемещено на глубину и преобразовано там под воздействием высоких температуры и давления. Традиционно считают, что природный газ, присутствующий в угольных пластах, образуется при химических взаимодействиях, сопровождающих процесс углефикации. Однако американские геологи выяснили, что при превращении растительных остатков в каменный уголь ведущую роль, скорее всего, играют микробы, а возникающий при этом метан — продукт биогеохимических реакций. Этот результат позволит точнее оценивать запасы угленосных месторождений и оптимизировать их разработку.

Уголь образуется из торфа — рыхлой болотной породы, сложенной гниющим растительным материалом, который в стоячей воде, бедной кислородом, накапливается быстрее, чем происходит его разложение. За миллионы лет захороненный торф в условиях высоких температуры и давления прессуется и теряет воду, углекислый газ и метан, а в составе породы увеличивается доля углерода. Этот процесс называется углефикацией (рис. 1).

По мере повышения давления и температуры (при этом главным фактором является температура), а также с течением времени торф переходит в бурый уголь, а затем — в каменный. При этом в составе породы увеличивается количество битумов, поэтому на Западе уголь делят на суббитуминозный и битуминозный. При достижении температуры выше примерно 235°C битумы разрушаются (процесс дебитумизации), и уголь созревает до высшей степени углефикации — антрацита.

На каждой стадии процесса в породе увеличивается содержание углерода: в суббитуминозном угле его 35–50%, в битуминозном — 50–80%, в антраците — 80–100%. Цифры эти весьма условные — разные страны, а порой и разные компании пользуются своими шкалами. Для примера, в России чаще всего используют такие значения: бурый уголь — 60–75%, каменный уголь — 75–90%, антрацит — 90–100%. Но суть от этого не меняется. Главное, что в процессе углефикации в созревающем угле нарастает концентрация углерода, уменьшается содержание водорода и летучих веществ, повышается теплотворная способность.

Химические изменения, происходящие на ранних стадиях углефикации — переходе торфа и лигнита в бурый или суббитуминозный уголь, — включают обезвоживание, при котором кислород и водород удаляются в виде воды, и декарбоксилирование, при котором удаляется диоксид углерода. На следующей стадии — переходе суббитуминозного угля в каменный — порода теряет оставшиеся летучие вещества, среди которых преобладает метан — основной компонент природного газа.

Известно, что переход бурых углей в каменные сопровождается битумизацией и пиковым образованием метана. Поэтому при разработке средне- и низколетучих битуминозных углей особое внимание уделяют мерам предосторожности против взрывов метана. Возможно, процесс деметанирования (удаления из пород метана) как-то связан с битумизацией, либо он является следствием метаморфизма. Пока у ученых нет точного ответа на этот вопрос.

Но не зная происхождения метана угольных пластов (МУП), трудно предсказать риски взрывов, возникающие при добыче угля и пластового газа, а также корректно проводить оценку запасов этого сырья, без которой невозможно начинать реализацию крупных проектов. Бурение добычных скважин — дорогостоящая процедура, и ни одна компания не начнет его, пока не будет иметь подтвержденный объем запасов.

С химической точки зрения любая метоксильная группа представляет собой метильную группу (-СН₃), связанную через атом кислорода с какой-либо органической молекулой (рис. 2). Атом кислорода может присоединяться к любому количеству мест в более крупной молекуле. В случае угля он присоединяется к одному из атомов углерода, входящего в состав кольцевых структур.

В 1885 году австрийский химик Симон Цейзель разработал метод количественного определения содержания метоксильных групп в тканях растений. Эти функциональные группы встречаются во всех наземных растениях и составляют до 7% древесины. В основном они входят в состав лигнина — вещества, из которого сложены одеревеневшие стенки растительных клеток. Во время гумификации растительной массы и дальнейших процессов преобразования органических остатков содержание метоксилов в верхних слоях почвы увеличивается до 10% от общего веса, поскольку лигнин более стабилен, чем другие растительные компоненты, такие как целлюлоза или крахмал, которые теряются на начальном этапе гумификации.

Дальнейшие процессы углефикации при повышенных температурах и давлении приводят к деградации боковой цепи ароматических соединений и высвобождению метоксильных групп. Деметилирование — ключевой этап превращения древесины в уголь. Именно на этом этапе в угольных пластах появляется метан. На протяжении долгих лет ученые спорят, является ли этот метан термогенным, образовавшимся химическим путем при реакции термического разложения, или микробным — сформированным в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

Метаногенез — процесс образования метана анаэробными археями — хорошо известен. Впервые термофильные метаногенные археи Methermicoccus shengliensis были обнаружены в 2007 году в скважинных водах нефтегазового месторождения Шэнли в Китае. Позднее японские геологи зафиксировали процесс микробного метаногенеза в пластах бурого угля, залегающих на глубине 1,5–2,5 км ниже морского дна в Тихом океане у берегов Японии (F. Inagaki et al., 2015. Exploring deep microbial life in coal-bearing sediment down to ~2.5 km below the ocean floor). Пиковые концентрации микробных клеток были приурочены к слоям лигнита. На микробный генезис метана указывали также изотопные составы углерода метана и углекислого газа в слоях, а также другие биомаркеры.

В 2016 году японские ученые подробно описали процесс производства метана из угля метаногенами (D. Mayumi et al., 2016. Methane production from coal by a single methanogen). Авторы доказали, что Methermicoccus shengliensis могут производить метан из более чем 30 типов метоксилированных ароматических соединений, содержащихся в углях. Микроорганизмы сначала разлагают высокомолекулярные органические вещества с образованием водорода, уксусной кислоты, метанола и т. д., а затем, используя эти вещества, производят метан (рис. 3).

Рис. 3. Общая схема образования метана угольных пластов при участии микроорганизмов: А — анаэробные микробы в порах угля; В — выделение микроорганизмами внеклеточных ферментов, катализирующих процесс деметилирования; С — отделение метоксильных групп (прекурсоров метана) от углеродных колец. Рисунок с сайта sc-cms.psu.edu

То есть сама возможность микробного происхождения метана угольных пластов уже была доказана ранее, но оставалось непонятным, насколько этот процесс широко распространен, и имеет ли он место на больших глубинах, при метаморфических преобразованиях бурого угля в каменный.

Авторы обсуждаемого исследования собрали образцы углей разной степени зрелости (от древесины до битуминозного угля) из угольных месторождений по всему миру, измерили изотопные отношения углерода в их метоксильных группах, нанесли на диаграммы изотопного фракционирования и сравнили результаты с эталонными графиками рэлеевского фракционирования (см. Rayleigh fractionation), а также с результатами экспериментов, в которых они моделировали различные режимы абиогенного деметелирования. Полученные учеными профили изотопного фракционирования углерода однозначно указывают на то, что образование метана происходило при участии микроорганизмов. При альтернативных вариантах — под действием тепла, кислотности или каталитических реакций — профили были бы совсем другими (рис. 4).

Рис. 4. Профили изотопного фракционирования углерода метоксильных групп при абиогенном (А) и биогенном (В) образовании метана. По горизонтали — концентрация метоксильных групп; по вертикали — изотопное отношение δ 13 C в метоксильных группах (δ 13 C — отклонение изотопного отношения 13 C/ 12 C от сигнатуры стандартного образца PDB — белемнита мелового периода Belemnitella americana формации Пи-Ди (см. Peedee Formation) в Южной Каролине). Цветные поля, ограниченные расходящимися линиями, — теоретически допустимые области деметилирования (рэлеевское фракционирование). Значки — результаты анализов: красные квадраты — древесина; синие ромбы — лигниты из буроугольного месторождения Белхатув в Польше; зеленые круги — лигниты и суббитуминозные угли с полуострова Симокита в Японии; желтые треугольники — зрелые суббитуминозные угли из угольного бассейна Паудер-ривер (Powder River) в США. R_o — коэффициент отражательной способности витринита (vitrinite — один из основных компонентов углей), который обычно используется в качестве показателя термической зрелости углей. Анализ битуминозных углей из каменноугольных бассейнов Сан-Хуан (San Juan) и Мичиган (Michigan) с R_o от 0,5 до 0,8% не попал на диаграмму из-за практически полного отсутствия в их составе метоксильных групп (при этом бассейн Сан-Хуан содержит крупнейшие в мире запасы МУП). Пунктирными линиями на правой диаграмме показаны различные режимы фракционирования при геохимических реакциях с участием микробных ферментов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Авторы считают, что им удалось получить однозначный результат, указывающий на биогенное происхождение МУП, благодаря тому, что они изучали процессы изотопного фракционирования углерода в метоксильных группах. Ранее все исследования были посвящены оценке изотопных отношений углерода в метане, и результаты были весьма неоднозначными (рис. 5).

Рис. 5. Сравнительная гистограмма распределения значений δ 13 C в метане: из угольных пластов (синие столбики) и обычных залежей углеводородов (зеленые столбики). Пунктирной линией обозначена верхняя граница первично биогенного метана. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

По мнению исследователей, объясняется это тем, что деметилирование начинается еще на стадии преобразования лигнитов в бурые угли. При этом, в силу биогенной природы процесса, из системы изымается 12 С, а вмещающая толща со временем все больше и больше обогащается 13 С. Поэтому, когда доходит до стадии анаэробного разложения бурых углей и массового образования метана, количество легкого изотопа в системе ограниченно (рис. 6). Это и объясняет загадочное смещение δ 13 C между микробным метаном из угольных пластов и традиционных источников.

Рис. 6. Общая схема образования метана угольных пластов: Litter — мертвый покров; Humic material — гумусовый материал; Peat — торф; Lignite — лигнит; Coal — уголь. В центре — образование метана (СН₄, в весовых процентах). Справа — изменение изотопных отношений углерода углей. Рисунок из статьи F. Keppler. A surprise from the deep

В данной статье представлена информация об одной интересной осадочной породе, являющейся источником большого экономического значения. Эта удивительная по истории своего возникновения порода называется "каменный уголь". Образование его довольно любопытно. Следует отметить, что, несмотря на то, что порода эта составляет менее одного процента всех существующих на земле осадочных пород, она имеет большое значение во многих сферах жизни людей.

Общая информация

Каким образом формировался каменный уголь? Образование его включает в себя многие процессы, происходящие в природе.

Появился каменный уголь на Земле примерно 350 млн лет назад. Если объяснить по-простому, произошло это следующим образом. Стволы деревьев, падая в воду с прочей растительностью, постепенно образовывали огромные слои органической неразложившейся массы. Ограниченный доступ кислорода не давал разложиться и сгнить этому месиву, которое постепенно под своим весом погружалось все глубже. В течение длительного времени и в связи со смещением пластов земной коры эти слои ушли на значительную глубину, где под воздействием повышенных температур и большого давления произошло преобразование данной массы в уголь.

Ниже более подробно рассмотрим, как появился каменный уголь, образование которого очень интересно и любопытно.

Виды угля

На современных угольных месторождениях мира добывают разные виды каменного угля:

1. Антрациты. Это самые твердые сорта, добываемые с больших глубин и имеющие самую большую температуру сгорания.

2. Каменный уголь. Многие его сорта добываются открытым способом и в шахтах. Данный вид самый распространенный в сферах деятельности человека.

3. Бурый уголь. Это самый молодой вид, образовавшийся из остатков торфа и обладающий самой низкой температурой сгорания.

Все перечисленные формы каменного угля залегают пластами, а места их скопления называют угольными бассейнами.

Теории происхождения угля

Что такое каменный уголь? Проще говоря, данная осадочная порода представляет собой накопленные, со временем уплотненные и переработанные растения.

Существуют две теории, более популярной из которых является та, которой придерживаются многие геологи. Она заключается в следующем: растения, из которых состоит каменный уголь, скапливались в больших торфяных или пресноводных болотах в течение многих тысяч лет. Данная теория предполагает рост растительности в месте обнаружения пород и имеет название "автохтонная".

Другая теория основывается на том, что угольные пласты накопились из перенесенных из других мест растений, которые и отложились на новом участке в условиях затопления. Иными словами, уголь произошел из перенесенного растительного мусора. Вторая теория называется аллохтонной.

В обоих случаях источник образования каменного угля – растения.

Почему этот камень горит?

Основной химический элемент в угле, обладающий полезными свойствами, – углерод.

В зависимости от условий образования, процессов и возраста пластов каждое месторождение каменного угля содержит свой определенный процент углерода. Данный показатель и определяет качество природного топлива, поскольку уровень теплоотдачи связан напрямую с количеством окисляемого в процессе горения углерода. Чем выше теплота сгорания данной породы, тем она наиболее пригодна в качестве источника тепла и энергии.

Что такое каменный уголь для людей всего мира? В первую очередь это самое лучшее топливо, пригодное для разных сфер жизнедеятельности.

Об окаменелостях в угле

Виды растений ископаемых, обнаруживаемых в угле, не подтверждают автохтонную теорию происхождения. Почему? Например, деревья плауны и папоротники гигантские, характерные для угольных отложений Пенсильвании, могли произрастать в болотистых условиях, в то время как другие ископаемые растения того же бассейна (хвойное дерево или гигантский хвощ и пр.) предпочитали более просушенные почвы, а не болотистые места. Выходит, что они были перенесены каким-то образом в эти места.

Как появился каменный уголь? Образование в природе его удивительно. В угле часто встречаются и морские ископаемые: моллюски, рыбы и брахиоподы (или плеченогие). В пластах угля также встречаются угольные шарики (округлые скомканные массы прекрасно сохранившихся ископаемых растений и животных, в том числе и морских). Например, маленький морской червь кольчатый обычно обнаруживается прикрепленным к растениям в углях Северной Америки и Европы. Относятся они к каменноугольному периоду.

Залегание в угольных осадочных породах морских животных вперемежку с неморскими растениями говорит о том, что смешались они в процессе перемещения. Удивительные и длительные процессы происходили в природе, прежде чем окончательно сформировался каменный уголь. Образование его именно таким образом подтверждает аллохтонную теорию.

Удивительные находки

Наиболее интересные находки в слоях угля – это стволы деревьев, вертикально залегающих. Они часто пересекают огромные толщи пород перпендикулярно к напластованию угля. Деревья в таком вертикальном положении нередко встречаются в пластах, связанных с угольными отложениями, а чуть реже – в самом угле. Многие придерживаются мнения о перемещении и стволов деревьев.

Удивительным является то, что осадочные породы должны были настолько быстро накапливаться, чтобы покрыть эти деревья до того, как они испортились (сгнили) и упали.

Откуда глыбы в угле?

Впечатляющей внешней особенностью угля является содержание в нем огромных глыб. Эти крупные глыбы на протяжении уже более ста лет обнаруживаются в угольных пластах многих месторождений. Средний вес 40 глыб, собранных в месторождении угля Западной Вирджинии, составлял около 12 фунтов, а крупнейший – 161 фунт. Причем многие из них представляли собой метаморфическую или вулканическую породу.

Исследователь Прайс предположил, что они могли перенестись в месторождение каменного угля в Вирджинии издалека, вплетаясь в корни деревьев. И данное заключение тоже поддерживает аллохтонную модель образования угля.

Заключение

Множество исследований доказывают истинность именно аллохтонной теории формирования каменного угля: наличие останков наземных и морских животных и растений подразумевает их перемещение.

Также исследования доказали, что метаморфизм данной породы не требует длительного времени (миллионы лет) воздействия давления и тепла – он может образоваться и в результате быстрого нагревания. А вертикально расположенные в угольных осадках деревья подтверждают довольно быстрое накопление остатков растительности.

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 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.

Так я к чему это веду? К тому, что нефть во время катаклизма, разлома земли вышла, разлилась. Но не окаменела в песках. А бурый уголь, возможно - тоже самое, но в меловых или иных отложениях. Там фракция до нефти была меньше чем песок. Каменное состояние углей говорит, что там замешано на меловых слоях. Возможно, протекли какие-то реакции и пласты превратились в камень.

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.

Отдельный вопрос - образование каменного угля

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

СН4 → Сграфит + 2Н2

А ученый мир продолжает писать диссертации о происхождении углей на основе биологического накопления слоев

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.

Для обогрева помещений, получения химических соединений, редких элементов, производства лаков, красок, пластмассы и прочих нужных продуктов используется каменный уголь. Он недорог, несложен в обработке и незаменим в промышленности.

Что такое каменный уголь

Каменный уголь – это полезное ископаемое, добыча которого необходима для жизнедеятельности человека. С его помощью осуществляются многие процессы, где требуется тепловое воздействие, добываются редкие химические элементы. Ранее им топили печи, но это уходит все дальше в прошлое.

Внешне это блестящий или матовый, неровный черный или темно-бурый экземпляр, напоминающий камень, но не являющийся таковым. В отличие от камня, он крошится в руках при нажиме и горит.

Классификация каменных углей

В основе классификации лежат химические и физические свойства ископаемого. Общее разделение:

Бурый уголь – образовался позднее других видов. Отличается низкой температурой сгорания.
Каменный – самый распространенный и используемый вид. Добывается открытым способом или в шахтах.
Антрацит – наиболее древний и твердый представитель. Имеет самую большую температуру сгорания из всех видов.

Бурый уголь отличается от каменного:

цветом;
меньшим содержанием азота и углерода;
тем, что легче горит;
дает больше дыма;
выделяет меньше тепла.

Минерал разделяется по степени углефикации и размерам. На основе этих параметров была придумана и внедрена маркировка, отражающая характеристики конкретного сорта ископаемого. Это удобно для использования в промышленности.

Смотрите познавательный видеообзор про минерал:

По степени обогащения

Перед использованием добытую породу подвергают обработке – обогащению. Это увеличение содержания углерода за счет очищения от минеральных примесей, что повышает горючесть.

Часто применяется мокрый способ – ископаемое загружают в водную среду, в которой идет расслоение на примеси и камень. Это происходит из-за того, что минеральные добавки имеют меньшую плотность. Машины для такого обогащения называются отсадочными.

Промышленное разделение по степени обогащения минерала:

Промпродукты. Используются в металлургии.
Концентраты. Из них получают энергию для электростанций, отопления.
Шламы – мелкая угольная пыль. Идет для нужд населения, для этого ее прессуют в брикеты.

По степени углефикации

Углефикация – процесс превращения торфа в бурый уголь или каменного – в антрацит. Это степень насыщения углеродом конкретного куска ископаемого, определяющая его свойства – горючесть, спекаемость, теплоту сгорания. Зависит от возраста – чем он меньше, тем ниже степень углефикации.

Наивысшей степенью углефикации обладает антрацит, низкой – блестящие угли марок М и Д, остальные типы относятся к средней степени.

По размерам

Добываемые ископаемые отличаются по длине и ширине (это называется фракция), потому существует классификация, где куски определенного размера имеют свое название, сокращенно обозначаемое одной буквой.

Иногда такое разделение называется сортом. Хотя используется буквенное обозначение, к маркам это не имеет отношения.

Классификация по размерам (фракциям):

Название	Размер, мм
Плитный (П)	Более 100
Крупный (К)	51–99
Орех (О)	25–50
Мелкий (М)	13–24
Семечко (С)	6–12
Штыб (Ш)	Менее 6
Рядовой (Р)	Несортированный, имеющий в составе куски разного размера

Марки каменного угля

Минерал подразделяют на марки, деление основано на составе и способности к горению:

длиннопламенные (Д);
газовые (Г);
газовые жирные (ГЖ);
жирные (Ж);
коксовые жирные (КЖ);
коксовые (К);
отощенные спекающиеся (ОС);
тощие (Т);
слабоспекающиеся (СС);
полуантрациты (ПА);
антрациты (А).

Каменный уголь марки Д чаще других используется в ЖКХ и энергетике благодаря следующим свойствам:

много летучих веществ (от 39 %);
мало серы (менее 0,5 %);
мало золы;
теплота сгорания 4700–5400 ккал/кг – это хороший показатель;
содержание воды – 15–16 %;
высокая теплоотдача.

Камень отличается ярким блеском, добывается на территориях Красноярского края и Хакасии.

Происхождение каменного угля

Минерал начал образовываться задолго до появления человека. Примерный возраст – 400–200 миллионов лет. До сих пор у ученых нет однозначного мнения касательного того, растения какой группы образовали залежи каменного угля. Большинство считают, что это папоротниковидные.

Существуют 4 основные теории, пытающиеся объяснить, как образовался каменный уголь:

Самая распространенная – образование торфа, а затем угля произошло из-за распада папоротников, плаунов, хвощей. Однако эта теория не может объяснить пласты ископаемых толщиной в 400–700 метров. Ведь для образования 500 метров ископаемых требуется 2000 метров торфа, т. е. растения одних видов должны были произрастать на территории миллионы лет без изменений погодных условий.
Термическая теория – медленное тление растительных остатков в условиях среды с малым содержанием кислорода с постепенным превращением в обычный уголь, а затем – в каменный. Однако при этом внутри ископаемых не сохранились бы части растений.
Версия с морской водой. Упав в океан, растения подвергались длительному процессу углефикации, находясь под давлением и без кислорода. Теория подтверждается морскими находками – водорослями, песком.
Абиогенная – уголь появлялся путем нагревания метана в присутствии водорода и углекислого газа. По этой теории, находки в пластах являются не остатками растений, а пиролитическим графитом, потому нельзя достоверно определить возраст добываемых ископаемых.

При добыче и обработке в пластах ископаемого иногда встречаются удивительные находки:

вертикально стоящие стволы деревьев;
огромные каменные глыбы весом до 73 кг, имеющие метаморфическое или вулканическое происхождение;
изделия из золота и металла, что указывает на продолжающийся процесс углеобразования;
моллюски, раковины, кольчатые черви;
округлые предметы, напоминающие яйца динозавров.

За происхождение каменный уголь называют консервами солнечной энергии – растения способны накапливать ее в листьях, побегах.

Месторождения и добыча породы

Ископаемое широко распространено – его запасы составляют 15 % от всей суши. Тройка стран-лидеров по добыче каменного угля:

США – мировой лидер. Процент залежей составляет 23 – это более 1600 миллиардов тонн.
Россия. Залежи оцениваются в 13 %.
Китай. Показатель стремится к 11 %.

В России каменный уголь добывают в Кемеровской области, в Кузнецком месторождении, где находится 640 миллиардов тонн ископаемых. Открытие произошло в 1721 году М. Волковым. В 1842 году П. Чихачев оценил запасы бассейна. Во 2-й половине XIX века в Кузбассе начали добывать каменный угль.

В Якутии находится Эльгинское месторождение, его запасы составляют около 2 миллиардов тонн, в Тыве перспективны для разработки Элеготсткие залежи. Другие бассейны – Ленский, Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский, Печерский.

В США самые большие залежи расположены в штате Иллинойс (запас более 360 миллионов тонн).

В Казахстане находится 162 миллиарда тонн ископаемого. Одно из самых крупных месторождений – Экибастузское, другие бассейны:

Шубарколь и Кызылтал – по 2 миллиарда тонн;
Шоптыколь, Мамыт и Эгинсай – по 1 миллиарду тонн;
Каражыра – 890 миллионов тонн.

Месторождения каменного угля обозначают на карте в виде определенного символа – черного квадрата, а бурого – заштрихованного.

В республике Хакассия основное месторождение находится в Минусинской котловине. Разработки ведутся с 1904 г. Хакасский каменный уголь добывают в Изыхском и Черногорском бассейнах.

В Африке добывают минерал на территориях:

Страны-экспортеры каменного угля по рейтингу, объем указан в миллионах тонн в год:

Австралия – 193;
Китай – 91;
ЮАР – 69,3;
Индонезия – 66,4;
США – 44,1;
Россия – 41;
Колумбия – 37,1;
Канада – 30,6;
Казахстан – 28;
Польша – 23.

Смотрите передачу о добыче камня в России:

Физико-химические свойства камня

Основной элемент камня – углерод, потому он хорошо и долго горит. Помимо этого, в нем содержится вода. Соотношение элементов зависит от возраста минерала:

Название угля	% воды	% углерода	% летучих веществ	Как воспламеняется	Как горит	Теплоотдача
Бурый	До 43	До 45	До 50	Хорошо	Хорошо	Низкая
Каменный	До 12	75–95	До 32	Отлично	Хорошо	Средняя
Антрацит	1–3	85–95	Менее 9	С трудом	Слабо, без дыма из-за малого объема летучих примесей	Высокая

удельный вес – 1,5–1,7 г/см2;
температура горения в печи – 700–1100 °С;
блеск – выраженный, с металлическим оттенком, реже – золотистый;
удельная теплоемкость – 1300 Дж/(кг × К);
удельная теплота сгорания – 5700 ккал/кг;
излом – неровный, раковистый;
твердость угольной золы по шкале Мооса – 2;
срок хранения каменного угля – 6–18 месяцев.

К просмотру передача, где ученый в занимательной форме рассказывает про свойства минерала:

Применение каменного угля в промышленности

В отношении каменного угля, используемого в промышленности, применяется ГОСТ 32464-2013 – постановление, в котором описаны технические требования, методы определения химического состава, классификация по разным параметрам.

В основе использования ископаемого лежит реакция пиролиза каменного угля – нагревание без каких-либо реагентов. В современной промышленности все чаще используются различные химические добавки, ускоряющие реакцию. Этапы пиролиза:

конденсация;
полимеризация;
ароматизация;
алкилирование.

Низкотемпературный пиролиз, протекающий при 500–600 °С. Это полукоксование.
Высокотемпературный процесс, или коксование. Идет при 900–1100 °С.

Все продукты коксования делятся на 3 группы:

Твердые – кокс. Используется в черной и цветной металлургии.
Жидкие – каменноугольная смола. Из нее получают более 250 химических соединений. Основные – технические масла, синтетическое топливо, нафталин, бензол, аммиак. Из толуола делают красители, тротил и сахарин.
Газообразные – пиролизный газ. Альтернативный источник энергии и тепла.

При переработке ископаемого можно получить следующие продукты, используемые в промышленности:

ванадий, серу, цинк, свинец;
ксилол и бензол – используются в лакокрасочной промышленности;
твердое топливо, идущее на обогрев домов и обеспечивающее работу предприятий;
жидкое топливо – получается при сжижении твердого;
светильный газ, применяемый для освещения;
золу – применяется в строительстве.

Ископаемое относится к 4-му классу опасности, как легковоспламеняющееся вещество, способное к нагреву.

Для личного использования ископаемые применяют с целью получения тепла. Там, где мало древесины или сложно заготовить дрова, можно топить баню углем. Во многих домах до сих пор стоят печи. Помещения, отапливаемые с помощью каменного угля, хорошо прогреваются и приемлемы даже для суровых зим.

Разжечь каменный уголь непросто – нужны охапка дров, древесная щепа или лучины, солома, бумага. Сначала укладывают несколько дров, на них – щепу (лучины), сверху – солому. Поджигают бумагу, с ее помощью – солому. Далее постепенно загорается древесина. Остальные дрова подкладывают по мере освобождения места. В самый жар кладут каменный уголь. Процесс подготовки окупается длительным временем сгорания и хорошей теплоотдачей.

В качестве удобрения золу каменного угля не применяют – в ней мало питательных веществ, могут быть примеси тяжелых металлов. Единственное приемлемое решение – использование на высоко щелочных почвах для нормализации кислотности – зола закисляет грунт.

Некоторые люди предлагают жарить шашлык на нем, но делать этого не стоит.

Предлагаем посмотреть зарубежную передачу о том, какая ситуация сложилась с полезным ископаемым в Европе:

Стоимость ископаемого

Каменный уголь – недорогое ископаемое. Антрацит стоит от 8000 до 11000 рублей за тонну, длиннопламенный уголь мелкой фракции можно купить за 4000–6000 рублей.

Каменный уголь – универсальное и удивительное по функциональности для человека творение природы. Он помогает производить много используемых повседневно вещей, а также топить дома и бани.

Вам доводилось использовать каменный уголь? Поделитесь статьей с друзьями и знакомыми.

Читайте также: