Zaznacz stronę

Kopalne paliwa stałe (inaczej kaustobiolity stałe)

Grupa skał osadowych chemicznych i organogenicznych, powstałych ze skamieniałych szczątków roślin (dlatego czasami nazywane są też skałami fitogenicznymi – pochodzącymi od roślin). W niektórych książkach i na wielu stronach internetowych skały te dzieli się na osobne rodzaje pod względem zawartości węgla. Trzeba jednak pamiętać, że jest to podział bardzo uproszczony, a decydujące znaczenie ma geneza danego kaustobiolitu.

Jak zbadać i sklasyfikować węgle?

W profesjonalnym opisie kaustobiolitów wykorzystuje się badania mikroskopowe preparatów z węgli. Na wygładzonej i wypolerowanej powierzchni można zbadać zawartość poszczególnych składników węgla (tak zwanych macerałów). Dodatkowo analizowana jest zdolność odbicia światła (czyli tak zwana refleksyjność) wybranych macerałów. Refleksyjność jednego z nich (witrynitu) pozwala na utworzenie fachowej klasyfikacji paliw stałych, w której kolejne stopnie uwęglenia (od torfu do antracytu) odzwierciedlone są wzrostem refleksyjności.

W polskich normach uwzględniane są także inne parametry, w tym zawartość części lotnych oraz ciepło spalania. Cechy te mają znaczenie ekonomiczne, jednak zależą w dużej mierze od genezy kaustobiolitu oraz procesów geologicznych, które go ukształtowały, opisanych poniżej. Procesy te powodują również zwiększanie zawartości węgla pierwiastkowego, począwszy od torfu, przez węgiel brunatny, kamienny, aż po antracyt. Stąd pochodzą popularne podziały paliw stałych pod względem zawartości węgla.

Jak powstają paliwa stałe?

Początkiem tworzenia się złóż paliw stałych są szczątki roślinne. Pierwszy etap ich powstawania związany jest z butwieniem, torfieniem oraz gniciem tych szczątków – procesy te wyróżniamy biorąc pod uwagę warunki, w których zachodzą, zwłaszcza dostępność tlenu atmosferycznego oraz wody. Torfienie, zachodzące w warunkach tlenowych na torfowiskach, prowadzi do tworzenia utworów humusowych, a to głównie od nich pochodzą paliwa kopalne, w tym polskie złoża węgla kamiennego. Materia organiczna gnijąca w środowisku wodnym, bez dostępu tlenu, staje się z kolei sapropelem. W ten sposób mogą stałe paliwa kopalne powstają jednak rzadziej.

Osobny proces zachodzący na początku przemiany szczątków roślinnych w paliwa stałe to tworzenie się osadu z najbardziej odpornych produktów roślinnych, na przykład żywic. W tym miejscu w klasyfikacji skał osadowych można umieścić na przykład bursztyn. Takie skamieniałe żywice określane są niekiedy mianem liptobiolitów.

Aby szczątki i produkty roślinne mogły stać się paliwami kopalnymi musi dość do szeregu przemian powodujących zwiększenie zawartości pierwiastkowego węgla. Procesy te określane są zbiorczym mianem uwęglenia.

Początkowo procesy uwęglenia zachodzą głównie dzięki bakteriom i grzybom. W ten sposób powstaje torf (zawiera mniej niż 60% węgla pierwiastkowego). Rozpad białek powoduje stopniowy zanik organizmów żywych w obrębie torfowiska, zwiększa się natomiast zawartość i rola kwasów humusowych oraz huminowych.

Torfy zostają przykryte kolejnymi warstwami osadu. Pod ich przykryciem torf zostaje sprasowany i odwodniony, a działanie kwasów huminowych razem ze wzrostem temperatury i ciśnienia (spowodowanym przez ciężar osadów leżących powyżej, czyli tak zwanego nadkładu) prowadzi do dalszego uwęglenia. W ten sposób powstają węgle brunatne. Granica pomiędzy nimi a torfem nie zawsze jest oczywista. Generalnie węgle brunatne zawierają więcej węgla niż torfy, ale musimy zdawać sobie sprawę z faktu, że naukowa klasyfikacja paliw stałych jest bardziej skomplikowana i uwzględniane są także inne cechy składu chemicznego, nie tylko zawartość pierwiastkowego węgla.

Węgiel brunatny z Bełchatowa.

Węgiel brunatny z Bełchatowa. Szerokość okazu: 20 cm.

Dalsze pogrążanie węgla brunatnego pod coraz grubszymi, młodszymi warstwami osadów prowadzi do dalszego uwęglania (zwiększania się zawartości węgla), przy jednoczesnym spadku zawartości części lotnych. Dodatkowo skała wzbogacana jest w minerały wytrącające się z roztworów. Procesy te określane są niekiedy mianem metagenezy. W tym etapie powstają węgle kamienne, zawierające co najmniej 75% pierwiastkowego węgla. Postępujące przemiany chemiczne powodują, że w skale można rozpoznać coraz mniej szczątków roślinnych. W odróżnieniu od węgla brunatnego, w którym łatwo można dostrzec pozostałości roślin, w tym nawet całe pnie, w węglach kamiennych skamieniałości są rzadkie, piękne fragmenty widłaków, skrzypów i nagonasiennych znajdowane są głównie w skałach osadowych okruchowych (piaskowcach, łupkach mułowcowych) występujących na przemian z węglem.

Węgiel kamienny z karbonu Górnego Śląska.

Węgiel kamienny ze skał karbońskich Górnego Śląska. Szerokość okazu to około 25 cm.

Dalsze podgrzewanie węgla kamiennego oraz wzrost ciśnienia może doprowadzić do powstania antracytu. Zawiera on ponad 90% pierwiastka C. Do powstania antracytu dochodzi na skutek głębokiego pogrążenia osadu, na przykład w wyniku ruchów tektonicznych (górotwórczych). Procesy te są już bliskie metamorfizmowi, który prowadzi do powstania skał przeobrażonych. Antracyt jest jednak zaliczany do skał osadowych, jako najbardziej uwęglony kaustobiolit.