Вугілля формується десятки, якщо не сотні мільйонів років. Все починається з живих рослин, які згодом скам’яніють.
Люди спалюють вугілля вже тисячі років: з часів промислової революції вугілля стало основним джерелом як електроенергії, так і глобального потепління. Але звідки береться вугілля? Вивчаючи, як утворюється вугілля, вчені можуть дізнатися як про глибоке минуле, так і про те, чого очікувати при спалюванні різних видів вугілля.
Як утворюється вугілля та що для цього потрібно
Вугілля утворюється, коли болотні рослини засипаються, ущільнюються і нагріваються, перетворюючись на осадову породу в процесі, який називається вугленізацією. По суті, вугілля – це скам’янілі рослини. Створення цих скам’янілостей рослин пов’язане з багатьма геологічними “випадковостями”.
- Утворення вугілля починається з живих рослин. Коли дерево ще живе, воно може бути пошкоджене вогнем, або його можуть атакувати комахи. Все це відобразиться у вугільному літописі. Сліди пилку, листя, коріння і навіть випорожнень комах у вугіллі можуть бути використані для реконструкції давніх екосистем. Наприклад, пошкодження від вогню дають підказки про давній клімат.
- Загибель росили. Якщо після загибелі рослини, вугілля взагалі збереглося, це говорить вам щось про загальний стан довкілля. Рослини на гірських схилах або в пустелях навряд чи перетворяться на вугілля, оскільки ці середовища не сприяють утворенню торфу.
З усього вугілля, яке ми бачимо, дуже, дуже великий відсоток походить з боліт.
Чому вугілля утворюється на болотах
Це тому, що коли рослини відмирають на болотах, вони вкриті водою і захищені від кисню. В результаті вони не розкладаються так швидко, як на сухому ґрунті. Натомість рослини накопичуються у шари торфу на вологому дні болота. Цей торф, який іноді є попередником вугілля, має свою довгу історію: він є домом для комах, грибів, бактерій і навіть коріння дерев, що зариваються в нього, і всі вони допомагають розщеплювати рослини в процесі, який називається торф’янізацією. Будь-який шар, який ми бачимо у вугіллі, може бути продуктом десятків, сотень або тисяч років.
Мінерали, які просочуються в торф з води або утворюються в результаті хімічних реакцій, також фіксуються у вугіллі.
Але мінерали, що містяться у вугіллі, також створюють проблеми. Наприклад, торф, що піддається впливу морської води, часто містить більше сірки. Спалювання вугілля, що містить сірку, призводить до додаткових людських жертв; хоча видобуток вугілля і вдихання вугільного диму загалом небезпечні, вугілля з високим вмістом сірки може бути більш схильне до самозаймання в шахтах, а також може стати причиною серцевих захворювань.
Не весь торф перетворюється на вугілля, частина розмивається або висихає. Щоб почався процес коагуляції, торф має бути вкритий чимось неорганічним, наприклад, мулом з широкої річкової дельти. Річка, яка просто ходить туди-сюди протягом мільйонів років, в кінцевому підсумку стає системою відкладень, тобто шари накопичених осадів.
З плином геологічного часу торф залягає ще глибше. Гори розмивають і заповнюють річкові долини, на вершинах виростають ліси. За мільйони років з’являються нові гори. Протягом цих тисячоліть торф руйнується і поступово перетворюється на вугілля завдяки двом елементам: тиску і теплу. Вік більшості вугілля становить від 60 до 300 мільйонів років.
Тиск робить торф більш компактним. Тепло реорганізовує впізнавані молекули рослин – наприклад, вуглеводи або целюлозу – і вивільняє кисень і водень, залишаючи вуглець та інші елементи позаду.
Вугілля, яке залягає дуже глибоко, нагрівається до більш високих температур, оскільки воно знаходиться ближче до ядра Землі. Але геотермальне тепло також може виходити на поверхню Землі через вулкани, гарячі джерела та гейзери. Кількість тиску і тепла, як правило, визначає ранг вугілля: міра того, наскільки далеко вугілля просунулося на своєму шляху від вологого торфу до твердої породи.
Яке буває вугілля
Буре вугілля – це найнижча категорія вугілля, буре та суббітумінозне вугілля все ще містить впізнавані частини рослин.
Бітумінозне та суббітумінозне вугілля спресовують і нагрівають, поки воно не стане твердим.
Антрацитове вугілля, найрідкісніший і найвищий сорт, є гладким і блискучим; його нагрівали до рідкого стану в процесі, який називається метаморфізмом. Щоб досягти антрациту, достатньо досягти високої температури на короткий час – навіть одна година зробить свою справу.
Антрацити горять без утворення сажі, історично вони використовувалися на вугільних кораблях, які намагалися уникнути виявлення у воєнний час. Буре та бітумінозне вугілля здебільшого використовується для виробництва електроенергії. Буре та суббітумінозне вугілля при згорянні виділяють трохи більше вуглекислого газу, ніж бітумінозне вугілля.
Вугілля та екологія
Однак ця різниця невелика, якщо порівнювати вугілля з іншими джерелами електроенергії, які мають менший вплив на глобальне потепління. За даними Міністерства енергетики США, вугілля виробляє вдвічі більше вуглекислого газу на кіловат-годину, ніж природний газ, і в 90 разів більше, ніж вітрова енергія.
Викиди від вугілля та промислових процесів, пов’язаних з вугіллям, очевидно, не були добрими для клімату. Це реальність, в якій ми живемо.
