أصل الفحم . رسالة عن الفحم

منذ العصور القديمة، استخدمت البشرية الفحم كأحد مصادر الطاقة. واليوم يستخدم هذا المعدن على نطاق واسع. يطلق عليها أحيانًا اسم الطاقة الشمسية المحفوظة في الحجر.

طلب

يتم حرق الفحم لإنتاج الحرارة التي تستخدم في تسخين المياه وتدفئة المنازل. يستخدم المعدن في عمليات صهر المعادن. وفي محطات الطاقة الحرارية، يتم تحويل الفحم إلى كهرباء عن طريق الاحتراق.

لقد جعل التقدم العلمي من الممكن استخدام هذه المادة القيمة بطريقة مختلفة. وهكذا، نجحت الصناعة الكيميائية في إتقان التكنولوجيا التي تتيح الحصول على الوقود السائل من الفحم، وكذلك المعادن النادرة مثل الجرمانيوم والجاليوم. يتم حاليًا استخراج الكربون الجرافيت ذو التركيز العالي من الكربون من المعادن الثمينة. كما تم تطوير طرق لإنتاج البلاستيك والوقود الغازي عالي السعرات الحرارية من الفحم.

يتم ضغط جزء صغير جدًا من الفحم منخفض الجودة وغباره بعد المعالجة في قوالب. هذه المادة ممتازة لتدفئة المنازل الخاصة والمباني الصناعية. وبشكل عام، ينتجون أكثر من أربعمائة نوع من المنتجات المتنوعة بعد المعالجة الكيميائية التي يتعرض لها الفحم. سعر جميع هذه المنتجات أعلى بعشرات المرات من تكلفة المواد الخام الأصلية.

على مدى القرون القليلة الماضية، استخدمت البشرية بنشاط الفحم كوقود ضروري للحصول على الطاقة وتحويلها. علاوة على ذلك، فقد تزايدت الحاجة إلى هذا المورد الثمين في الآونة الأخيرة. ومما يسهل ذلك تطور الصناعة الكيميائية، فضلاً عن الحاجة إلى العناصر القيمة والنادرة التي يتم الحصول عليها منها. وفي هذا الصدد، تجري روسيا حاليًا عمليات استكشاف مكثفة للرواسب الجديدة، وإنشاء المناجم والمحاجر، وبناء المؤسسات لمعالجة هذه المواد الخام القيمة.

أصل الحفرية

في العصور القديمة، كان للأرض مناخ دافئ ورطب، حيث تطورت بسرعة مجموعة متنوعة من النباتات. ومن هذا تم تشكيل الفحم لاحقًا. ويكمن أصل هذه الحفرية في تراكم مليارات الأطنان من النباتات الميتة في قاع المستنقعات، حيث كانت مغطاة بالرواسب. لقد مرت حوالي 300 مليون سنة منذ ذلك الحين. وتحت الضغط القوي للرمل والماء والصخور المختلفة، تتحلل النباتات ببطء في بيئة خالية من الأكسجين. وتحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن الصهارة القريبة، تصلبت هذه الكتلة، والتي تحولت تدريجياً إلى فحم. أصل جميع الودائع الموجودة لديه هذا التفسير فقط.

الاحتياطيات المعدنية وإنتاجها

هناك رواسب كبيرة من الفحم على كوكبنا. وفي المجمل، وبحسب الخبراء، تحتوي أحشاء الأرض على خمسة عشر تريليون طن من هذا المعدن. علاوة على ذلك، فإن تعدين الفحم يحتل المرتبة الأولى من حيث الحجم. ويصل إلى 2.6 مليار طن سنويا، أو 0.7 طن لكل ساكن على كوكبنا.

توجد رواسب الفحم في روسيا في مناطق مختلفة. علاوة على ذلك، فإن المعدن في كل واحد منهم له خصائص مختلفة وله عمق حدوثه الخاص. فيما يلي قائمة تتضمن أكبر رواسب الفحم في روسيا:

1. تقع في الجزء الجنوبي الشرقي من ياقوتيا. يسمح عمق الفحم في هذه الأماكن بالتعدين المفتوح للمعادن. وهذا لا يتطلب أي تكاليف خاصة، مما يقلل من تكلفة المنتج النهائي.
2. حقل توفا. ووفقا للخبراء، هناك حوالي 20 مليار طن من المعادن على أراضيها. الوديعة جذابة للغاية للتنمية. والحقيقة أن ثمانين بالمائة من رواسبها تقع في طبقة واحدة يبلغ سمكها 6-7 أمتار.
3. رواسب مينوسينسك. تقع في جمهورية خاكاسيا. هذه عدة رواسب أكبرها Chernogorskoye و Izykhskoye. احتياطيات المجمع منخفضة. ووفقا للخبراء، فهي تتراوح بين 2 إلى 7 مليارات طن. يتم استخراج الفحم هنا، وهو ذو قيمة كبيرة في خصائصه. خصائص المعدن هي أنه عند احتراقه يتم تسجيل درجة حرارة عالية جدًا.
4. يقع هذا المستودع في غرب سيبيريا، وينتج منتجًا يستخدم في صناعة المعادن الحديدية. يتم استخدام الفحم المستخرج في هذه الأماكن في فحم الكوك. حجم الودائع هنا هائل بكل بساطة.
5. تنتج هذه الوديعة منتجًا بأعلى جودة. أكبر عمق للرواسب المعدنية يصل إلى خمسمائة متر. يتم التعدين في الحفر المفتوحة وفي المناجم.

يتم استخراج الفحم الصلب في روسيا من حوض الفحم بيتشورا. يتم أيضًا تطوير الودائع بنشاط في منطقة روستوف.

اختيار الفحم لعملية الإنتاج

هناك حاجة لدرجات مختلفة من المعادن في الصناعات المختلفة. ما هي الاختلافات التي يمتلكها الفحم؟ خصائص وخصائص الجودة لهذا المنتج تختلف على نطاق واسع.

يحدث هذا حتى لو كان الفحم يحمل نفس العلامة. والحقيقة هي أن خصائص الحفرية تعتمد على مكان استخراجها. ولهذا السبب يجب على كل مؤسسة، عند اختيار الفحم لإنتاجها، أن تتعرف على خصائصه الفيزيائية.

ملكيات

يختلف الفحم في الخصائص التالية:

درجة الإثراء

اعتمادا على الغرض من الاستخدام، يمكن شراء أنواع مختلفة من الفحم. وتتضح خصائص الوقود بناء على درجة إثرائه. تسليط الضوء على:

1. المركزات. ويستخدم هذا الوقود في إنتاج الكهرباء والحرارة.

2. المنتجات الصناعية. يتم استخدامها في علم المعادن.

3. نسبة ضئيلة من الفحم (تصل إلى ستة ملليمترات)، وكذلك الغبار الناتج عن سحق الصخور. يتم تشكيل قوالب من الحمأة، والتي لها خصائص أداء جيدة لغلايات الوقود الصلب المنزلية.

درجة الائتلاف

وفقا لهذا المؤشر يميزون:

1. الفحم البني. هذا هو نفس الفحم، الذي تم تشكيله جزئيًا فقط. خصائصه أسوأ إلى حد ما من خصائص الوقود عالي الجودة. ينتج الفحم البني حرارة منخفضة أثناء الاحتراق ويتفتت أثناء النقل. بالإضافة إلى ذلك، فهو يميل إلى الاحتراق التلقائي.

2. الفحم. يحتوي هذا النوع من الوقود على عدد كبير من الدرجات (الدرجات) التي تختلف خصائصها. يستخدم على نطاق واسع في الطاقة والمعادن والإسكان والخدمات المجتمعية والصناعات الكيميائية.

3. أنثراسايت. هذا هو النوع الأعلى جودة من الفحم.

خصائص كل هذه الأشكال من المعادن تختلف اختلافا كبيرا عن بعضها البعض. وبالتالي، فإن الفحم البني لديه أدنى قيمة حرارية، والأنثراسايت لديه أعلى قيمة من السعرات الحرارية. ما هو أفضل الفحم للشراء؟ يجب أن يكون السعر مجديا اقتصاديا. وبناءً على ذلك، فإن التكلفة والحرارة النوعية تقعان في النسبة المثالية للفحم الصلب البسيط (في حدود 220 دولارًا للطن).

التصنيف حسب الحجم

عند اختيار الفحم، من المهم معرفة حجمه. يتم تشفير هذا المؤشر في الصف المعدني. لذلك يمكن أن يكون الفحم:

- "P" - بلاطة تتكون من قطع كبيرة يزيد حجمها عن 10 سم.

- "K" - كبيرة تتراوح أبعادها من 5 إلى 10 سم.

- "O" - الجوز، وهو أيضًا كبير جدًا، بأحجام شظايا تتراوح من 2.5 إلى 5 سم.

- "M" - صغير، مع قطع صغيرة من 1.3-2.5 سم.

- "C" - البذور - جزء رخيص من أجل الاحتراق طويل الأمد بأبعاد 0.6-1.3 سم.

- "Ш" - قطعة معظمها من غبار الفحم، مخصصة للقولبة.

- "R" - عادي، أو غير قياسي، حيث قد تكون هناك فصائل بأحجام مختلفة.

خصائص الفحم البني

هذا هو الفحم الأقل جودة. سعره هو الأدنى (حوالي مائة دولار للطن). تشكلت في المستنقعات القديمة عن طريق الضغط على الخث على عمق حوالي 0.9 كم. هذا هو أرخص وقود يحتوي على كمية كبيرة من الماء (حوالي 40٪).

وبالإضافة إلى ذلك، الفحم البني لديه حرارة احتراق منخفضة إلى حد ما. يحتوي على كمية كبيرة (تصل إلى 50٪) من الغازات المتطايرة. إذا كنت تستخدم الفحم البني لإشعال الموقد، فإن خصائصه النوعية ستشبه الحطب الخام. يحترق المنتج بشدة ويدخن بشدة ويترك وراءه كمية كبيرة من الرماد. غالبًا ما يتم تحضير القوالب من هذه المواد الخام. لديهم خصائص أداء جيدة. يتراوح سعرها من ثمانية إلى عشرة آلاف روبل للطن.

خصائص الفحم

هذا الوقود ذو جودة أعلى. الفحم عبارة عن صخرة سوداء اللون ولها سطح غير لامع أو شبه لامع أو لامع.

يحتوي هذا النوع من الوقود على نسبة رطوبة تتراوح بين 5 إلى 6 بالمائة فقط، ولهذا السبب يحتوي على قيمة حرارية عالية. بالمقارنة مع حطب البلوط والألدر والبتولا، ينتج الفحم حرارة أكثر بمقدار 3.5 مرة. عيب هذا النوع من الوقود هو محتواه العالي من الرماد. ويتراوح سعر الفحم الصلب في الصيف والخريف من 3900 إلى 4600 روبل للطن. وفي الشتاء تزيد تكلفة هذا الوقود بنسبة عشرين إلى ثلاثين بالمائة.

تخزين الفحم

إذا كان الوقود مخصصًا للاستخدام لفترة طويلة من الزمن، فيجب وضعه في سقيفة أو ملجأ خاص. هناك يجب أن تكون محمية من أشعة الشمس المباشرة وهطول الأمطار.

إذا كانت أكوام الفحم كبيرة، فأنت بحاجة أثناء التخزين إلى مراقبة حالتها باستمرار. يمكن للكسور الصغيرة مع ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة أن تشتعل تلقائيًا.

لا تتناسب فترات التراكم والاستخدام النشط للفحم الأحفوري مع فترة الوجود البشري. يبلغ عمر رواسب الفحم المتراكمة على مدى ملايين السنين عشرات أو مئات الملايين من السنين؛ بدأ الاستخدام النشط للفحم منذ أقل من 270 عامًا. بالمعدل الحالي لاستخراج الفحم، فإن احتياطيات الفحم المؤكدة ستستمر حوالي 500 عام.

كان الحجر القابل للاحتراق - الفحم الأحفوري - معروفًا في العصور القديمة. تم تعدينه البدائي في الصين القديمة واليونان القديمة، حيث تم استخدامه كوقود. تم تدفئة الفيلات الرومانية القديمة بالفحم من رواسب اليونان وإيطاليا. على الرغم من أن الفيلسوف اليوناني القديم أرسطو قارن بعض خصائص الفحم والفحم الأحفوري، إلا أنه كان هناك رأي لعدة قرون حول الأصل المعدني للفحم الأحفوري. لذلك، في عام 315 قبل الميلاد، أطلق عليها تلميذ أرسطو ثيوفراستوس اسم "الحجارة المشتعلة" - "الجمرة الخبيثة" (ومن هنا جاء اسم "الجمرة الخبيثة"). في القرن السادس عشر الميلادي، اعتبر الطبيب والكيميائي باراسيلسوس الفحم الطبيعي بمثابة "أحجار معدلة بفعل النار البركانية"، وقال عالم الطبيعة أجريكولا (الشكل 7.1) إن الفحم عبارة عن زيت متصلب.

العالم الروسي م.ف. طرح لومونوسوف في أطروحته "حول طبقات الأرض" (1763) فرضية حول أصل الفحم الأحفوري من الخث، والخث من تراكمات بقايا النباتات في قاع المستنقعات. تم إثبات الأصل العضوي للفحم الأحفوري أخيرًا فقط في القرن التاسع عشر من خلال الدراسات المجهرية، التي كشفت عن بقايا متفحمة أو متحللة جزئيًا من الأنسجة النباتية وحبوب الراتنج والبذور والجراثيم في بنية مادة الفحم.

توجد رواسب الفحم في جميع قارات الأرض ومعظم جزر المحيط العالمي. اكتشاف كل واحد منهم له تاريخه الخاص.

هناك معلومات مختلفة حول استخراج واستخدام الفحم في أوكرانيا. وهكذا، خلال الدراسات الجيولوجية، تم اكتشاف مقالب تعدين الفحم القديم في منطقة مدينة باخموت (مدينة أرتيموفسك الآن)، مما يشير إلى ذلك بالفعل في القرنين التاسع والعاشر. قام السكان المحليون باستخراجه واستخدامه كوقود في إنتاج الأدوات المنزلية المختلفة.

وفي أوروبا الغربية، بدأ استخدام الفحم في وقت لاحق. حتى القرن السابع عشر، كان الفحم يستخدم حصريًا لصهر المعادن. التطور السريع في صناعة المعادن في

كان جورج أجريكولا (1494–1555)، واسمه الحقيقي باور، عالمًا ألمانيًا في مجال الجيولوجيا والتعدين والمعادن وعالم الطبيعة. في 1527-1530 عمل في سانت يواكيمستال (بوهيميا) طبيباً وصيدلياً. هنا أصبح على دراية بتحليل مقايسة التعدين وتقنيات الصهر، واكتسب معرفة واسعة بعلم المعادن والجيولوجيا والتعدين وعلم المعادن. في عام 1530، نشر ج. أجريكولا كتابه الأول المكتوب باللغة اللاتينية، "بيرمانوس. Mining Talk، والتي ركزت في المقام الأول على تعدين الفضة و"الخبرة في المعادن". يتناول العمل العلمي التالي لشركة Agricola بشكل أساسي تطوير رواسب الخام وصهر المعادن وتعدين الملح وآلات التعدين. نُشرت هذه الدراسة المكونة من 12 كتابًا عام 1556، بعد وفاته ببضعة أشهر، تحت عنوان "في التعدين والمعادن" (De re metalica, libri XII). لأكثر من مائتي عام، كان هذا العمل في مجال التعدين، الذي تم توضيحه بشكل غني بالرسومات الجميلة (انظر، على سبيل المثال، الشكل 7.2) - ما يقرب من ثلاثمائة نقش خشبي - هو الكتاب المدرسي الرئيسي لعمال المناجم وعلماء المعادن.

تطلب القرن الثامن عشر كمية كبيرة من الوقود، لذلك انخفضت احتياطيات الأخشاب الصناعية بشكل حاد. يمكن أن يصبح الفحم الأحفوري بديلاً للفحم.

وشملت هذه المرة عمليات بحث مكثفة عن رواسب الفحم الأحفوري في مختلف البلدان. تاريخ بداية استهلاك الفحم في فيلي مثير للاهتمام

ترتبط بداية تطور دونباس ببصيرة بطرس الأول، الذي لفت الانتباه إلى عينات من الفحم المحلي خلال حملة آزوف عام 1696. وفقًا للأسطورة، قال بيتر الأول: "هذا المعدن، إن لم يكن من أجلنا، فمن أجلنا" أحفادنا، سيكونون مفيدين للغاية." في عام 1722 وقع مرسومًا بإنشاء حوض الفحم في دونيتسك. ومن المثير للاهتمام أنه بحلول نهاية القرن السابع عشر، كان الفحم لا يزال غير مستخدم عمليًا في الصناعة الأوروبية، ولم يكن يعمل أكثر من 150 شخصًا في جميع مناجم الفحم الإنجليزية، لذلك كان قرار بيتر تخمينًا رائعًا.

المملكة المتحدة. وكما كتبت إحدى الصحف الإنجليزية قبل مائة عام: "كان ذلك في بداية القرن الرابع عشر. حاول مصنعو الجعة والحدادون وعمال المعادن في لندن، بعد أن رأوا التكلفة المتزايدة للحطب، حرق الفحم بدلاً من ذلك، الأمر الذي تبين أنه مريح للغاية ومربح للغاية. لكن سكان البلدة المؤمنين بالخرافات اعتبروا حرق الفحم عملاً غير مقدس. تم تقديم التماس خاص إلى الملك، وتم حظر استخدام الفحم بموجب القانون. ومع ذلك، نظرا لارتفاع تكلفة الحطب، استمر الكثيرون سرا في انتهاك القانون، لذلك طالب سكان البلدة بإجراءات صارمة. ومن المؤكد أنه تم إعدام أحد مخالفي القانون في لندن، لكن يقال إن مثل هذه الحالات كانت كثيرة. ثم ألغيت القوانين الصارمة، ولكن لفترة طويلة كان هناك تحيز قوي ضد الفحم بسبب "رائحة هذا النوع من الوقود".

تمردت السيدات بشكل خاص ضد الفحم. رفضت العديد من سيدات لندن دخول المنازل التي لم يتم تسخينها بالخشب، ولا تمس أي طبق إذا تم طهيه على الفحم، معتبرين مثل هذه الأطباق نجسة.

والآن يشكل الفحم قوة إنجلترا وثرواتها، وهو شرط لا مفر منه للحضارة الحديثة نفسها.

لقد تغير الزمن وتغير الموقف البريطاني تجاه الفحم، ونتيجة لذلك ظهر التقليد التالي. بالنسبة للإنجليز (وخاصة الاسكتلنديين)، في ليلة رأس السنة الجديدة، يجب أن يكون أول شخص يعبر عتبة المنزل هو رجل طويل القامة ذو شعر أسود ومعه عملة فضية وقطعة من الفحم. وبعد ذلك، في العام الجديد، لن يكون هناك نقص في الطعام في المنزل أبدًا، وسيكون دائمًا دافئًا ومريحًا.

في روسيا، نشأ الاستخدام الصناعي للفحم بدلا من الفحم في بداية القرن الثامن عشر. تعود المعلومات الموثوقة الأولى حول البحث عن الفحم الأحفوري واستكشافه في روسيا أيضًا إلى بداية القرن الثامن عشر.

في عهد بيتر الأول، الذي أولى اهتمامًا كبيرًا لتطوير التعدين، تم تنظيم رحلات استكشافية خاصة إلى مناطق مختلفة من البلاد.

وفي حوض دونيتسك تم اكتشاف رواسب الفحم عام 1721 في مناطق باخموت وليسيتشانسك وشاختي.

هناك خلاف بين المؤرخين حول مكتشفي الفحم في دونباس. لفترة طويلة كان يعتقد أن مكتشف الفحم في حوض دونيتسك كان غريغوري كابوستين (الشكل 7.3)، الذي اكتشف في عام 1721 رواسب في منطقة أنهار الدون، وكورديوتشي، وأوسيريدي.

ومع ذلك، وفقا للمواد الأرشيفية، في نفس عام 1721، عثر عمال ملح باخموت نيكيتا فيكريسكي وسيميون تشيركوف على الفحم في أخدود سكيليفاتايا، على بعد 25 كم من باخموت، وبدأوا في استخدامه في الحدادة. وفي ليسيتشيا بالكا، حيث دخل المنجم الأول في دونباس حيز التنفيذ في عام 1796، تم اكتشاف رواسب للفحم في ديسمبر 1722 على يد نيكولاي أفراموف، أحد قادة بعثة التعدين في البحر الأسود.

غريغوري غريغوريفيتش كابوستين كاتب في قرية دانيلوفسكي، منطقة كوستروما السابقة. بعد فحص مناطق الدون العلوي والوسطى، قام كابوستين بعد ذلك باستكشاف الفحم في الشريط الساحلي لسيفيرسكي دونيتس (الشكل 7.4). أخبره القرويون المحليون، ومعظمهم من القوزاق الزابوروجي، أنهم كانوا يستخدمون الحجر القابل للاحتراق في حدادهم لفترة طويلة، وأظهروا لهم مناجم الفحم الخاصة بهم. في بداية يناير 1722، أبلغ غريغوري كابوستين عن نتائج البعثة:

"يُبلغك كاتب الخام غريغوري كابوستين أنني قمت بإزالة الفحم من أرض دونيتسك بالقرب من نهر كوندريوتشيا. يرجى قبول ذلك وتجربته في المختبر. "

لم تصنف كلية بيرج، التي تم تنفيذ الرحلة الاستكشافية بناءً على تعليماتها والتي كانت تتألف بشكل رئيسي من الأجانب، اكتشاف كابوستين على أنه ذو أهمية صناعية.

لكن في يناير 1724، تلقى بطرس الأكبر استنكارًا من مضيف باخموت نيكيتا فيبريسكي والكابتن سيميون تشيركوف، حيث أفادوا أنه باستخدام الفحم المستخرج بالقرب من ليسيا بالكا، يغلي حرفيو باخموت الملح ويصنعون العديد من المطروقات للحدادة، وسكان تستخدم المستوطنات المجاورة الحجر القابل للاحتراق لتدفئة المنازل.

في ذلك الوقت، في مطاردة غريغوري كابوستين، أرسل مجلس بيرج رسالة عاجلة، حيث تم تغيير مسار البعثة التالي وأمرت بزيارة ضفاف نهري سيفيرسكي دونيتس وفيرخنيايا بيلينكايا.

تعاني من نقص الغذاء والمال، بعثة غريغوري كابوستين في خريف عام 1724، والتغلب على جميع الصعوبات، درست بالقرب من نهر بيلينكايا، في ليسيا بالكا، طبقة غير مسبوقة من الفحم بارتفاع 1.14 متر. لقد كانت لحظة اكتشاف في مجال تعدين الفحم هي التي فاجأت مهندسي التعدين الأجانب.

رسالة غريغوري كابوستين حول رواسب الفحم التي وجدها في دونباس في ظروف العبيد النبلاء لروسيا لم تصبح على الفور الأساس للتنمية الصناعية للودائع الغنية في جنوب البلاد، على الرغم من أنه ناضل بإصرار من أجل الاستخدام الأسرع لاكتشافاته .

بعد سبعين عاما فقط، تم تأسيس أول منجم للفحم في دونباس في ليسيا بالكا. هنا، في Lisichansk، بدأ التطوير الصناعي للفحم لأول مرة.

كما حققت البعثات المرسلة إلى مناطق أخرى من روسيا عددًا من الاكتشافات. في عام 1721، تم اكتشاف رواسب الفحم على نهر توم (كوزباس). ويعود تاريخ اكتشاف حوض موسكو وكذلك الرواسب في منطقة مدينة كيزل في جبال الأورال إلى العام نفسه. في 1722-1723 تلقت كلية سانت بطرسبرغ بيرج العديد من التقارير حول طبقات الفحم في مناطق نهري الدون ودنيبر.

كان لتطور الصناعة المعدنية في العديد من البلدان تأثير كبير على البحث المكثف وتطوير رواسب الفحم. على وجه الخصوص، يرتبط تطوير حوض دونيتسك ارتباطًا وثيقًا ببناء مسبك لوغانسك للحديد، ومعالجة الخامات المحلية، والذي تم تشغيله في عام 1799. وبالتزامن مع بدء بناء المصنع، تم وضع مناجم الفحم، في المقام الأول بالقرب من قرية بيلي، ثم عند وديعة أكثر ثراءً على الضفة اليمنى لسيفرسكي دونيتس في ليسيتشا بالكا (ليسيتشانسك). ظل منجم Lisichansky هو مؤسسة تعدين الفحم الرئيسية في منطقة دونباس حتى نهاية الستينيات من القرن التاسع عشر، أي. قبل أن يبدأ بناء مناجم أكبر في مناطقها الوسطى.

تم الحفاظ على مرسوم بيتر الأول بتاريخ 7 ديسمبر 1722: "لحفر الفحم والخامات، الذي أعلنه الكاتب كابوستين، أرسل رسولًا من كلية بيرج وفي تلك الأماكن التي يوجد فيها هذا الفحم والخامات يحفر ثلاث قامات أو أكثر عمقًا و ، بعد أن جمعت ما يصل إلى خمسة كيلوغرامات، أحضره إلى Bergkollegium وقم بتجربته.

وبالمثل، بدأ تطوير رواسب الفحم في بلدان أخرى تعمل في استخراج الفحم.

اعتبر علماء الطبيعة القدماء القدرة على الحرق هي السمة المميزة الرئيسية للفحم الأحفوري. لذلك، يرتبط التسلسل الزمني لاكتشاف الفحم من قبل البشرية بالتسلسل الزمني لتطور العمليات التكنولوجية التي يستخدم فيها الفحم في المقام الأول كوقود. من المحتمل أن الصينيين القدماء هم أول من استخدم الفحم كوقود: وفقًا لبعض المعلومات، في إحدى أكبر مناطق الفحم في الصين، فونشوي، تم استخدامه لصهر النحاس منذ 3 آلاف عام. من المعروف أن الأطروحات الصينية من القرن الثاني قبل الميلاد، والتي تذكر استخدام الفحم في إنتاج الخزف، لتبخير المحاليل الملحية، وما إلى ذلك. وفقا للمسافر الشهير ماركو بولو، الذي زار الصين في عام 1310، تم استخدام الفحم على نطاق واسع في الصناعة وللتدفئة. وفي نفس الوقت تقريبًا، كانت هناك إشارات إلى استخدام الفحم كوقود في إنجلترا وألمانيا وإنشاء أول مناجم الفحم في إنجلترا.

ومع ذلك، حتى في نهاية القرن السابع عشر، كان حجم إنتاج الفحم واستخدامه في أوروبا ضئيلًا. وهكذا، في منطقة تعدين الفحم في إنجلترا (بريستول)، عمل 123 شخصًا فقط في 70 منجمًا. كان هذا بسبب حقيقة أنه على الرغم من تفوقه بشكل كبير على الحطب من حيث حرارة الاحتراق ودرجة الحرارة المتقدمة، إلا أن الفحم لا يزال أدنى منهم في عدد من الخصائص التكنولوجية - درجة حرارة الاشتعال، ومحتوى الكبريت - وعلى عكس الحطب الجاف، يدخن. لذلك، فبينما كان هناك ما يكفي من الغابات في أوروبا، وكانت الكثافة السكانية ومستوى التنمية الصناعية منخفضين، فقد فضلوا الاكتفاء بالحطب للتدفئة، وقطران الخشب والراتنج كمواد رابطة، والفحم كوقود ومخفض للخام في علم المعادن.

يُعتقد أن بداية استخدام الفحم في الاتجاه الكيميائي والتكنولوجي قد تم وضعها من خلال عمل الكيميائي I. Becher، الذي حصل في عام 1681 على براءة اختراع عن "طريقة جديدة لإنتاج فحم الكوك والقطران من الخث والفحم، لم يتم اكتشافها أو تطبيقها من قبل من قبل أي شخص. كانت هذه هي المعالجة الحرارية للفحم دون الوصول إلى الهواء، مع تقطير المواد المتطايرة والكبريت، وتحويله إلى فحم الكوك. يصف I. Becher اختراعه على النحو التالي: "يوجد الخث في هولندا، ويوجد الفحم في إنجلترا، لكن كلاهما لا يستخدم أبدًا للاحتراق في الأفران العالية والصهر. لقد وجدت طريقة لتحويل كليهما إلى وقود جيد، لا يدخن أو ينتن فحسب، بل ينتج أيضًا نفس النار القوية اللازمة للصهر مثل الفحم... وفي الوقت نفسه، الأمر يستحق الاهتمام: كيف يفعل السويديون أحصل على راتنجهم من أشجار الصنوبر، لذلك حصلت على راتنجي في إنجلترا من الفحم، وهو يساوي الجودة السويدية، وحتى بعض أنواع الفحم أعلى منه. لقد أجريت اختبارات على الخشب وعلى الحبال، وأظهر الراتينج أنه جيد جدًا..." في نفس القرن السابع عشر، أجرى الإنجليزي د. دودلي تجربة صهر الفرن العالي على الفحم الأحفوري، لكنه احتفظ بتفاصيل سر العملية وأخذها معه إلى القبر.

لم تنتشر اكتشافات I. Becher و D. Dodley خلال حياتهما. وفي الوقت نفسه، من أجل تزويد الأفران العالية والفحم بالفحم، تم تدمير الغابات بشكل جشع. ومن أجل الحفاظ عليها، يعود البرلمان الإنجليزي إلى عام 1558-1584. أصدر عددًا من المراسيم التي تحد من نمو وموقع المؤسسات المعدنية. ومع ذلك، زادت الحاجة إلى المعدن بسرعة، وبحلول بداية القرن السابع عشر، تم تدمير العديد من الغابات في أوروبا بالكامل. في البلدان الأكثر تقدمًا صناعيًا - إنجلترا وألمانيا وهولندا وفرنسا - أصبح الحطب والفحم يستحقان وزنهما بالذهب، مما أدى إلى تباطؤ حاد في تطور الصناعة وأجبر على البحث المكثف عن وقود بديل.

تعود المعلومات الموثوقة الأولى حول عمليات البحث المنظمة واستكشاف المعادن، وخاصة الفحم، في روسيا إلى عهد بيتر الأول.

بموجب مرسوم بيتر الأول في عام 1719، تم تنظيم Berg Collegium (Berg Privilege)، الذي تم تكليفه بإدارة صناعة التعدين في البلاد واستكشاف المعادن. اجتذبت كلية بيرج السكان "سواء في أراضيهم أو في الأراضي الأجنبية للبحث عن جميع أنواع المعادن وحفرها وصهرها وطهيها وتنظيفها ... وجميع أنواع الخامات الأرضية والأحجار."

الإحصائيات الأولى لإنتاج الفحم في الفترة من 1796 إلى 1801. تشير إلى أنه في هذه السنوات تم استخراج 2.4 ألف طن من الفحم، في عام 1810 - 2.5 وفي عام 1820 - 4.1 ألف طن من الفحم.

مرة أخرى في عام 1757 م. أعرب لومونوسوف في كتابه "حكاية ولادة المعادن" عن فرضية حول الأصل النباتي للفحم وكان أول من طرح فكرة أن الفحم يتكون من الخث. وشكلت هذه الفكرة فيما بعد أساس "نظرية التحولات" المقبولة بشكل عام الآن. يعود العمل الأول حول دراسة الفحم الصلب تحت المجهر إلى مهندس التعدين الكابتن إيفانيتسكي (1842)، الذي كتب: “إن الأصل النباتي للفحم الصلب لا شك فيه ويمكن اعتباره مثبتًا تقريبًا. وهو يعتمد على الانتقال التدريجي من الفحم الخث والفحم البني إلى الأنواع الأكثر بلورة من الفحم والأنثراسيت.

ترتبط بداية الثورة الصناعية في أوروبا بحق بـ "اكتشاف" الفحم الأحفوري لاستخدامه في الصناعة، والذي حدث بعد 50 إلى 80 عامًا من اكتشافات آي بيشر. في عام 1735 في إنجلترا، استخدم أ. ديربي الفحم، أو بشكل أكثر دقة، فحم الكوك، الذي تم الحصول عليه عن طريق حرق الفحم في ما يسمى "أكوام"، حيث تم حرق ما يقرب من ثلث الفحم وتحويل الثلثين إلى فحم الكوك، كوقود و عامل اختزال لصهر المعادن في أفران الأفران العالية في عام 1763، اخترع جيه وات في إنجلترا، وبعد ذلك بعشرين عامًا، آي بولزونوف في روسيا، محركًا بخاريًا حيث تم استخدام الفحم الأحفوري كوقود. في نفس عام 1763، قام علماء المعادن الفرنسيون زارا في لوتيش (بلجيكا) وجانزن في منطقة سار ببناء أول بطاريات فحم الكوك مع إنتاج فحم الكوك المعدني والتقاط قطران فحم الكوك. وأخيرا، في عام 1792، لم يكتف الإنجليزي دبليو مردوخ بتكرار التجارب التي أجراها عالم الطبيعة الهولندي جيه. بي. قبل 180 عامًا. قام فان جالمونت بإنتاج غاز قابل للاحتراق من الفحم، ولكنه قام أيضًا بتجهيز منزله في ريدروث بإضاءة الغاز. هذا يحدد المجالات الرئيسية لاستخدام الفحم الأحفوري: الوقود (للغلايات البخارية والاحتياجات المنزلية)؛ الوقود وعامل الاختزال (فحم الكوك لصهر المعادن)؛ المواد الخام لإنتاج المنتجات السائلة والغازية، والتي بدورها تستخدم كوقود أو مواد خام كيميائية.

لعب الدور الرائد في إدخال إضاءة الغاز في المدن في بداية القرن التاسع عشر من قبل الإنجليزي F.-A. فانزور. ربما كان حل المشكلات الفنية أسهل بالنسبة له من التغلب على التحيزات الاجتماعية. وهكذا كتب الكاتب الإنجليزي الشهير دبليو سكوت عن فانزور: "يقترح أحد المجنون إلقاء الضوء على لندن - ما رأيك؟ " تخيل - دخان... "كانت الصحف مليئة بالتصريحات التي تفيد بأن الإضاءة الاصطناعية تنتهك القوانين الإلهية التي بموجبها يجب أن يكون هناك ظلام في الليل؛ أن الشوارع المضيئة ستساهم في نمو السكر وفساد السكان ونزلات البرد (أي المحتفلين بالليل) ؛ أنه مع الإضاءة الجديدة ستخاف الخيول وسيصبح اللصوص وقحين... وعلى الرغم من ذلك، وافق البرلمان الإنجليزي في عام 1812 على إنشاء أول "شركة لندن وويستمنستر لإضاءة الغاز وإنتاج فحم الكوك" في العالم، وفي عام 1816 أول غاز تم افتتاح المصنع في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1820 - في فرنسا عام 1835 - في روسيا. وفي عام 1885، استهلكت إنجلترا حوالي 2.5 مليار م3 من غاز الإضاءة وكمية أقل قليلاً من غاز الفحم كوقود منزلي للطهي.

بحلول بداية القرن التاسع عشر، أدى تطور إنتاج فحم الكوك للتعدين، من ناحية، وغاز الإضاءة، من ناحية أخرى، إلى زيادة كمية قطران الفحم المنتج وتكثيف العمل على استكشاف إمكانيات استخدامه. في عام 1815، بدأ الكيميائي الإنجليزي أكوم في الحصول على الزيوت الخفيفة من الراتنج - وهي خلاصات وجدت تستخدم كمذيبات وبدائل لزيت التربنتين الخشبي. في عام 1822، بدأ أول مصنع لتقطير القطران في إنجلترا في إنتاج قطران الفحم الخفيف - النفتا - لتشريب الأقمشة المقاومة للماء ومعاطف المطر. في عام 1825، قام الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي العظيم م. فاراداي بعزل البنزين من منتجات معالجة الفحم، مما وضع الأساس لكيمياء المركبات العطرية. في عام 1842، اكتشف الكيميائي الروسي ن.ن. اكتشف زينين طرق الإنتاج الصناعي لقطران الفحم أنيلين، وهو منتج وسيط مهم في تركيب الأصباغ الاصطناعية. تم تطبيق هذا الاكتشاف عمليا فقط في عام 1856، عندما حصل الطالب الإنجليزي V. Perkin، بمعالجة الأنيلين، على أول صبغة عضوية اصطناعية - موفيس - وسرعان ما نظم إنتاج عدد من الأصباغ الاصطناعية في وطنه.

يبدو أن ما هو التأثير الذي يمكن أن يحدثه اختراع الشبكات المتوهجة في مصابيح الغاز على كيمياء الفحم؟ لكن الحقيقة هي أن البنزين لم يتم استخلاصه من الغاز الخام من قبل: فوجوده فقط هو الذي يوفر سطوع إضاءة مرضيًا. وبعد هذا الاختراع الذي جعل من الممكن استخدام الغاز "المستنفد" من البنزين للإضاءة، أصبح من الممكن استخلاص البنزين الخام صناعيا من غاز الفحم. يعتبر برونك الألماني "الأب" للبنزين الخام الصناعي. وبفضله إلى حد كبير، تمكنت ألمانيا خلال العقد الأخير من القرن التاسع عشر من زيادة إنتاج البنزين الخام من معالجة الفحم بمقدار 50 مرة.

في الوقت الحالي، لا يتم تغطية الطلب العالمي على البنزين الخام والمنتجات الكيميائية الأخرى للفحم السائل من خلال إنتاجها من فحم الكوك وفحم الكوك شبه الكوك. ولذلك فإن عدداً من الدول (النمسا، إستونيا، إسرائيل، وغيرها) تحصل عليها من الصخر الزيتي. تكلفة المنتجات الكيميائية للفحم التي يتم الحصول عليها من الصخر الزيتي أعلى بعدة مرات من تكلفة المواد الخام. يحتوي النفط الصخري على جزء من البنزين والكيروسين حتى بنسبة أكبر من قطران الفحم، وبالتالي، على سبيل المثال، تخطط أستراليا في المستقبل لاستبدال النفط المستورد بالكامل بالصخر الزيتي المحلي.

كان الفحم هو السائد كوقود لمحطات الطاقة حتى اختراع محركات الاحتراق الداخلي التي تستخدم المنتجات البترولية وكانت أكثر ملاءمة للتشغيل المتنقل. بحلول نهاية الثلث الأول من القرن العشرين، لم يتم استبدال الفحم بالكامل بالمنتجات البترولية من النقل البري والجوي فحسب، بل فقد أيضًا مكانته بشكل ملحوظ في النقل المائي والسكك الحديدية. ومع ذلك، في ظل ظروف الحصار النفطي، الذي تعرضت له ألمانيا خلال الحرب العالمية الثانية، وجنوب أفريقيا في سنوات ما بعد الحرب، تحول الفحم إلى مادة خام يمكن أن تحل محل وقود المحركات السائل. تم الحصول على الوقود السائل الاصطناعي من الفحم عن طريق الهدرجة (التسييل المباشر)، والانحلال الحراري، وتغويز الفحم، يليه تخليق فيشر تروبش الحفزي. على الرغم من أن الوقود الاصطناعي، من حيث المؤشرات الاقتصادية، كان أكثر تكلفة من الوقود النفطي وتوقف إنتاجه عادة عند رفع الحصار، إلا أن النضوب التدريجي لاحتياطيات النفط والزيادة المطردة في أسعار المنتجات النفطية أجبرت على مزيد من التطوير في هذا الاتجاه. على وجه الخصوص، في أوكرانيا، الأكثر ملاءمة لإنتاج الوقود الاصطناعي هو فحم دنيبر البني، وسابروبيليت لفيف-فولين، والصخر الزيتي بولتيش.

على الرغم من تنوع استخدامات الفحم الأحفوري، فإن مستهلكيه الرئيسيين حتى يومنا هذا هم هندسة الطاقة الحرارية والمعادن وفي المناطق الريفية والبلدان النامية - قطاع الإسكان. وكلما زاد استهلاك الفحم في هذه القطاعات، أصبح التناقض أكثر حدة بين نسبة درجات الفحم المطلوبة والمستلمة، وكذلك بين الناتج أثناء التعدين واستهلاك الأجزاء المتدرجة والفحم الناعم غير المصنف. لذلك، منذ نهاية القرن التاسع عشر، كان هناك بحث مكثف عن طرق للقضاء على هذه التناقضات، ولم يخلو من النجاح.

على سبيل المثال، من بين جميع ماركات الفحم ذات خصائص فحم الكوك، أي. عند التسخين دون الوصول إلى الهواء، فإن القدرة ليس فقط على إطلاق المواد المتطايرة والكبريت، ولكن أيضًا على التلبيد في كتلة متراصة ذات مسامية معينة وخصائص ميكانيكية، لا تمتلكها إلا الدرجات Zh (الدهون) و K (فحم الكوك)، وهي حصة وهو في إجمالي حجم الإنتاج صغير نسبيًا ولا يلبي احتياجات إنتاج فحم الكوك. بدأ البحث في طبيعة وطبيعة التلدين والتصلب اللاحق للفحم في العشرينات من القرن العشرين على يد ف. Gryaznov ، ليس فقط بإنشاء نظرية متناغمة للتلدين ، ولكن أيضًا لإثبات إمكانية الحصول على شحنات فحم الكوك (مخاليط) من الفحم ذي درجات التحول المنخفضة (الغاز ، الغاز طويل اللهب) والأعلى (التلبيد الهزيل) ، والتي تقريبًا مضاعفة قاعدة المواد الخام لإنتاج فحم الكوك المعدني.

الغازات السامة التي ثبت أنها مروعة للغاية في ساحات القتال في الحرب العالمية الأولى تم الحصول عليها من الفحم. ولكن على أساس الفحم، على الرغم من الفحم في البداية، تم صنع وسيلة للحماية ضدهم. تم وصف الصفات الطبية للفحم من قبل أبقراط في عام 400 قبل الميلاد، ولكن في عام 1785 فقط قام الكيميائي والصيدلاني الروسي البارز، الأكاديمي تي.إي. أظهر لوفيتز أنها نتيجة لخصائص الامتصاص أو الامتزاز. لم يضع لوفيتز الأسس لنظرية الامتزاز فحسب، بل استخدم أيضًا الفحم بشكل فعال لتنقية وإزالة لون شراب السكر ودبس السكر، ومياه الشرب، والملح الخام، وحتى الكحول.

خلال الحرب العالمية الأولى، البروفيسور الروسي ن.د. اخترع زيلينسكي طرق تنشيط الفحم ببخار الماء والمواد العضوية واستخدم بنجاح الكربون المنشط في أقنعة الغاز. في الوقت الحالي، تستهلك الصناعة عدة آلاف من الأطنان من الكربون المنشط تقنيًا، وذلك بشكل أساسي لمعالجة مياه الصرف الصحي. يتم الحصول على هذه المواد الماصة التقنية عن طريق تنشيط الفحم الأحفوري وليس الخشب.

كانت الطريقة الطبقية لحرق الفحم، والتي كانت الطريقة الوحيدة للمواقد والمواقد والمحركات البخارية والغلايات البخارية المبكرة، تتطلب استخدام الفحم المقطوع (كان مسموحًا بنسبة صغيرة جدًا من الغرامات). ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه مع السحب الطبيعي بين جزيئات الفحم في الطبقة يجب أن يكون هناك مساحة كافية للوصول الحر للمؤكسد، ومع السحب القسري (النفخ) لا ينبغي إخراج الجزيئات الصغيرة من الطبقة. خلال الفترة التي تم فيها استخراج الفحم يدويًا، تم توفير الحصة المطلوبة من الفحم المقطوع أثناء التعدين من قبل عمال المناجم. وفي الوقت نفسه، لم تتم إزالة التماس بالكامل، وكانت إنتاجية العمل لعمال المناجم منخفضة. أدت الزيادة في الإنتاج الناجمة عن زيادة الاستهلاك، والتي أصبحت ممكنة فقط مع ميكنة المناجم، إلى زيادة حادة في حصة الغرامات في حجم الفحم المستخرج. لكن احتراق الوقود الصلب الذي لا يفي بحجمه بالمتطلبات المثلى يقلل من كفاءة استخدامه بنسبة 15-20%، وفي بعض الحالات تتوقف عملية الاحتراق نهائيا. في هذا الصدد، نشأت مهمة تكتل (قولبة) الفحم الناعم للتكنولوجيات القائمة على استهلاك الفحم المقطوع (عالي الجودة)، وبالتوازي، مهمة تطوير التقنيات حيث يمكن استخدام الفحم الناعم والغبار دون تكتل. هم.

عادةً، يخضع الخث والفحم البني وغربلات الفحم الصلب والأنثراسيت وشبه فحم الكوك ذو الحبيبات الدقيقة وفحم الكوك للقولبة. المستهلكون الرئيسيون للقوالب هم القطاع البلدي وصناعة فحم الكوك. تاريخيًا، ظهرت طريقتان لإنتاج القوالب ميكانيكيًا لأول مرة: بدون مواد رابطة (بسبب خصائص الربط الخاصة بالفحم الخث والفحم البني) عند درجة حرارة 40-80 درجة مئوية وضغط ضغط يبلغ 80 ميجا باسكال أو أكثر؛ مع إضافة مادة رابطة (قار البترول أو قطران الفحم) اللازمة لضمان الالتصاق بين جزيئات الفحم الصلب والأنثراسايت وشبه فحم الكوك ونسيم فحم الكوك، عند درجة حرارة 80-100 درجة مئوية وضغط ضغط 15-25 الآلام والكروب الذهنية.

يعود تاريخ إنتاج قوالب الفحم الحجري المحلي إلى منتصف القرن التاسع عشر. في عام 1870، تم بناء أول مصنع في أوديسا لإنتاج قوالب الأنثراسيت لسفن الأسطول التجاري. في القرن العشرين، تم تشغيل مصانع قولبة حبيبات الجمرة الخبيثة في دونباس (موسبينسكايا، ودونيتسكايا، وما إلى ذلك)، بالإضافة إلى مصانع قوالب الفحم البني الكبيرة في رواسب الفحم البني بالإسكندرية.

في العقود الأخيرة، كان مجال القولبة بالمعالجة الحرارية لدقائق الفحم الأولية أو القوالب عند درجات حرارة تتراوح بين 400-500 درجة مئوية يتطور بشكل نشط في العالم. تتيح هذه التقنيات الحصول على ما يسمى بالوقود المنزلي "الذي لا دخاني" والذي يتمتع بنقاء بيئي متزايد (مع محتوى منخفض من الكبريت وأقل دخانًا عند حرقه)، بالإضافة إلى فحم الكوك المقولب، الذي يتوسع بشكل أكبر

إنها قاعدة الوقود لصناعة فحم الكوك.

زاد استخدام الفحم الأحفوري كوقود بشكل لا يقاس مع ظهور المحركات البخارية، وخاصة مع ظهور الآلات القادرة على تحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الفحم إلى كهرباء (محطات الطاقة الحرارية الأولى - TPPs). في محطات الطاقة الحرارية، يتم استخدام الطاقة الحرارية للفحم لتوليد البخار في غلاية، والتي تقوم بتدوير دوار التوربينات البخارية المتصلة بدوار مولد الطاقة الكهربائية - وهو أكثر أنواع الطاقة ملاءمة للمستهلك. ظهرت محطات الطاقة الحرارية الأولى في نهاية القرن التاسع عشر (في عام 1882 - في نيويورك، في عام 1883 - في سانت بطرسبرغ، في عام 1884 - في برلين، في عام 1895 - في كييف). لقد تم تجهيزها بأفران طبقية، والتي كانت لفترة طويلة الأجهزة الرئيسية لحرق كميات كبيرة من الوقود وكانت تستخدم على نطاق واسع للغلايات بسعة بخار تتراوح بين 20-30 طنًا في الساعة. ومع ذلك، بالإضافة إلى محدودية الحجم والكفاءة المنخفضة المرتبطة بالانخفاض النسبي لدرجة حرارة غازات المداخن، كان عيبها الرئيسي هو اشتراط توفير الفحم على شكل كتل والحد من نسبة الغرامات، مما أدى إلى كميات كبيرة من الفحم. الكربون المرحل من حجم الاحتراق.

لقد تغير الوضع في نهاية العشرينات من القرن العشرين، عندما تم تطوير وإدخال أفران حرق الوقود الصلب في حالة المسحوق في عدد من البلدان، مما جعل من الممكن إدراج الفحم الناعم، بما في ذلك محتوى الرماد العالي (حتى 25-30٪ في قاعدة الوقود لمحطات الطاقة الحرارية - للفحم الأنثراسايت والفحم الهزيل، ما يصل إلى 30-40٪ للفحم الصلب)، والفحم البني الترابي، والصخر الزيتي، وكذلك زيادة كفاءة وحدات الطاقة إلى 35-40٪ . وبالتالي، يتم حاليًا إرسال الفحم منخفض الجودة والفحم غير المصنف بشكل أساسي إلى قطاع الطاقة، مما يحرر الفحم عالي الجودة لاستخدامات أخرى.

على الرغم من أن أفران الفحم المسحوق، أو أفران الحجرة، هي الأكثر شيوعًا في هندسة الطاقة الحرارية اليوم، إلا أنه يتم استبدالها بشكل متزايد بأفران الطبقة المميعة المتداولة (CFB) التي تم اختراعها في الستينيات من القرن العشرين في ألمانيا، والتي تستخدم أيضًا الفحم الناعم، ولكنها تحتوي على عدد من المزايا التكنولوجية والبيئية.

ملكية تتميز وحدات الغلايات ذات الطبقة المميعة الدائرية بانخفاض انبعاثات أكاسيد النيتروجين (بسبب انخفاض درجة حرارة العملية وتنظيم منطقة الاختزال داخل الفرن) والكبريت (بسبب ارتباط كبريت الفحم بالحجر الجيري داخل الفرن)، مجموعة واسعة من التحكم في الحمل، والأهم من ذلك - تقليل المتطلبات لمحتوى رماد الفحم، مما يسمح باستخدامه للاحتراق ليس فقط الفحم الخام عالي الرماد، ولكن أيضًا نفايات تحضير الفحم. يتم تشغيل أول وحدة طاقة في أوكرانيا مزودة بطبقة مميعة دوارة بقدرة كهربائية تبلغ 210 ميجاوات، باستخدام ملاط ​​الأنثراسيت كوقود، في محطة ستاروبيشيفسكا للطاقة الحرارية.

منذ ما يقرب من 200 عام، شرح العالم الروسي اللامع إم. في. لومونوسوف بشكل صحيح تمامًا تكوين الفحم الأحفوري من بقايا النباتات، على غرار الطريقة التي يتشكل بها الخث الآن. وأشار لومونوسوف أيضًا إلى الشروط اللازمة لتحويل الخث إلى فحم: تحلل النباتات "بدون هواء حر"، وارتفاع درجة الحرارة داخل الأرض و"ثقل السقف"، أي ضغط الصخور.

يستغرق الخث وقتًا طويلاً ليتحول إلى فحم. يتراكم الخث في المستنقع، ومن فوق المستنقع مليء بطبقات جديدة من النباتات. في العمق، الخث يتغير باستمرار. يتم تقسيم المركبات الكيميائية المعقدة التي تشكل النباتات إلى مركبات أبسط. يذوب جزء واحد ويتم حمله بالماء، والآخر يذهب إلى الحالة الغازية: ثاني أكسيد الكربون والغاز المضيء - الميثان (نفس الغاز يحترق في مواقدنا). تلعب الفطريات والبكتيريا التي تعيش في جميع مستنقعات الخث دورًا رئيسيًا في تكوين الفحم. أنها تساعد على تحطيم الأنسجة النباتية. خلال عملية هذه التغييرات في الخث، تتراكم فيه المادة الأكثر ثباتا - الكربون. مع تغير الخث، فإنه يصبح أكثر وأكثر غنية بالكربون.

يحدث تراكم الكربون في الخث دون الوصول إلى الأكسجين، وإلا فإن الكربون، الذي يتحد مع الأكسجين، سيتحول بالكامل إلى ثاني أكسيد الكربون ويتبخر. يتم أولاً عزل طبقات الخث الناتجة عن أكسجين الهواء بواسطة الماء الذي يغطيها، ثم بواسطة طبقات الخث الناشئة حديثًا.

هذه هي الطريقة التي تتم بها عملية تحويل الخث إلى فحم أحفوري تدريجيًا. هناك عدة أنواع رئيسية من الفحم الأحفوري: الفحم الحجري، الفحم البني، الفحم الصلب، الفحم الحجري، الفحم الحجري، إلخ.

الأكثر تشابهًا مع الخث هو الليجنيت - الفحم البني السائب الذي ليس من أصل قديم جدًا. تظهر بوضوح بقايا النباتات، وخاصة الخشب (ومن هنا جاء اسم "الليجنيت" الذي يعني "خشبي"). الليجنيت هو الخث الخشبي. في مستنقعات الخث الحديثة في المنطقة المعتدلة، يتكون الخث بشكل رئيسي من الطحالب، البردي، والقصب، ولكن في المنطقة شبه الاستوائية من الكرة الأرضية، على سبيل المثال، في مستنقعات الغابات في فلوريدا في الولايات المتحدة الأمريكية، يتم تشكيل الخث الخشبي أيضًا، تشبه الى حد كبير الليغنيت الأحفوري.

ومع زيادة تحلل وتغير بقايا النباتات، يتم إنشاء الفحم البني. لونه بني غامق أو أسود؛ وهو أقوى من الليغنيت، وبقايا الخشب فيه أقل شيوعًا ويصعب تمييزها. عند حرقه، ينتج الفحم البني حرارة أكثر من الفحم الحجري لأنه غني بالكربون. لا يتحول الفحم البني دائمًا إلى فحم صلب بمرور الوقت. من المعروف أن الفحم البني من حوض موسكو له نفس عمر الفحم الصلب الموجود على المنحدر الغربي لجبال الأورال (حوض كيزيلوفسكي). تحدث عملية تحويل الفحم البني إلى فحم صلب فقط عندما تغوص طبقات الفحم البني إلى آفاق أعمق من القشرة الأرضية أو تحدث عمليات بناء الجبال. لتحويل الفحم البني إلى فحم صلب أو أنثراسايت، هناك حاجة إلى درجة حرارة عالية جدًا وضغط مرتفع في أحشاء الأرض. في الفحم، لا يمكن رؤية بقايا النباتات إلا تحت المجهر؛ فهي ثقيلة ولامعة وقوية جدًا في كثير من الأحيان. يتم فحم الكوك بعض أنواع الفحم نفسها أو مع أنواع أخرى، أي أنها تتحول إلى فحم الكوك.

أكبر كمية من الكربون تحتوي على الفحم الأسود اللامع - أنثراسايت. لا يمكنك العثور على بقايا النباتات فيه إلا تحت المجهر. عند حرقه، ينتج الأنثراسايت حرارة أكثر من جميع أنواع الفحم الأخرى.

Boghead عبارة عن فحم أسود كثيف ذو سطح كسر محاري. عند التقطير الجاف، فإنه ينتج كمية كبيرة من قطران الفحم - وهو مادة خام قيمة للصناعة الكيميائية. يتكون Boghead من الطحالب والسابروبيل.

كلما طال أمد تواجد الفحم في طبقات الأرض وكلما تعرض للضغط ولفعل الحرارة العميقة، زاد احتواؤه على الكربون. يحتوي الأنثراسايت على حوالي 95% من الكربون، ويحتوي الفحم البني على حوالي 70%، ويحتوي الخث على من 50 إلى 65%.

في المستنقع، حيث يتراكم الخث في البداية، عادة ما يسقط الطين والرمل والمواد الذائبة المختلفة مع الماء. أنها تشكل شوائب معدنية في الخث، والتي تبقى بعد ذلك في الفحم. غالبًا ما تشكل هذه الشوائب طبقات بينية تقسم طبقة الفحم إلى عدة طبقات. تلوث الشوائب الفحم وتجعل من الصعب استخراجه.

عند حرق الفحم، تبقى جميع الشوائب المعدنية على شكل رماد. كلما كان الفحم أفضل، يجب أن يحتوي على كمية أقل من الرماد. في الأنواع الجيدة من الفحم، لا تزيد نسبة الرماد عن نسبة قليلة، لكن في بعض الأحيان تصل كمية الرماد إلى 30-40%. إذا كان محتوى الرماد أكثر من 60٪، فإن الفحم لا يحترق على الإطلاق وغير مناسب للوقود.

طبقات الفحم مختلفة ليس فقط في تكوينها، ولكن أيضا في الهيكل. في بعض الأحيان يتكون سمك التماس بالكامل من الفحم النقي. وهذا يعني أنها تشكلت في مستنقع الخث، حيث لا تدخل أي مياه ملوثة بالطين والرمل. يمكن حرق هذا الفحم على الفور. في كثير من الأحيان، تتناوب طبقات الفحم مع طبقات الطين أو الرملية. تسمى طبقات الفحم هذه معقدة. على سبيل المثال، تحتوي الطبقة التي يبلغ سمكها 1 متر على 10-15 طبقة من الطين، يبلغ سمك كل منها عدة سنتيمترات، في حين أن الفحم النقي يمثل 60-70 سم فقط؛ علاوة على ذلك، يمكن أن يكون الفحم ذو نوعية جيدة جدًا.

للحصول على الوقود من الفحم الذي يحتوي على نسبة منخفضة من الشوائب الأجنبية، يتم إثراء الفحم. يتم إرسال الصخور من المنجم على الفور إلى مصنع المعالجة. وهناك يتم سحق الصخور المستخرجة من المنجم إلى قطع صغيرة في آلات خاصة، ومن ثم يتم فصل جميع كتل الطين عن الفحم. الطين دائما أثقل من الفحم، لذلك يتم غسل خليط الفحم والطين بتيار من الماء. يتم اختيار قوة النفاث بحيث يحمل الفحم، بينما يبقى الطين الأثقل في الأسفل. ثم يتم تمرير الماء والفحم من خلال شبكة ناعمة. يتم تصريف المياه، ويتجمع الفحم، النظيف بالفعل والخالي من جزيئات الطين، على سطح الشبكة. ويسمى هذا النوع من الفحم بالفحم المخصب. سيكون هناك القليل جدًا من الرماد المتبقي فيه. يحدث أن الرماد الموجود في الفحم ليس شوائبًا ضارة، ولكنه معدن. على سبيل المثال، الطين الطيني الناعم الذي يحمله الجداول والأنهار إلى المستنقع غالبًا ما يشكل طبقات من الطين المقاوم للحريق. تم تطويره خصيصًا أو جمع الرماد المتبقي بعد احتراق الفحم، ثم استخدامه في صناعة أدوات المائدة الخزفية وغيرها من المنتجات. في بعض الأحيان يتم العثور على الفحم في الرماد.

إذا وجدت خطأ، يرجى تحديد جزء من النص والنقر عليه السيطرة + أدخل.

ستيوارت إي. نيفينز، ماجستير.

تشكل النباتات المتراكمة والمضغوطة والمعالجة صخرة رسوبية تسمى الفحم. لا يعد الفحم مصدرًا ذا أهمية اقتصادية كبيرة فحسب، بل إنه أيضًا صخرة تتمتع بجاذبية خاصة لدارس تاريخ الأرض. وعلى الرغم من أن الفحم يشكل أقل من واحد بالمائة من الصخور الرسوبية على الأرض، إلا أنه ذو أهمية كبيرة للجيولوجيين الذين يثقون في الكتاب المقدس. إنه الفحم الذي يعطي الجيولوجي المسيحي واحدة من أقوى الحجج الجيولوجية لصالح حقيقة الطوفان النوحي العالمي.

تم اقتراح نظريتين لشرح تكوين الفحم. إحدى النظريات الشائعة، التي يتبناها معظم علماء الجيولوجيا، هي أن النباتات التي يتكون منها الفحم تراكمت في مستنقعات المياه العذبة الشاسعة أو مستنقعات الخث على مدى آلاف السنين. تسمى هذه النظرية الأولى، والتي تتضمن نمو المادة النباتية حيثما وجدت، بـ نظرية السكان الأصليين .

وتشير النظرية الثانية إلى أن طبقات الفحم المتراكمة من النباتات تم نقلها بسرعة من أماكن أخرى وترسبتها تحت ظروف الفيضانات. وتسمى هذه النظرية الثانية التي بموجبها حدثت حركة حطام النبات نظرية متجانسة .

الحفريات في الفحم

ومن الواضح أن أنواع الحفريات النباتية الموجودة في الفحم لا أؤيد نظرية السكان الأصليين. أشجار الطحالب الأحفورية (على سبيل المثال. الليبيدودندرونو سيجيلاريا) والسراخس العملاقة (خاصة بسارونيوس) ، التي تتميز بها طبقات الفحم في ولاية بنسلفانيا، ربما كان لديها بعض التحمل البيئي لظروف المستنقعات، في حين أن النباتات الأحفورية الأخرى في حوض بنسلفانيا (على سبيل المثال، الصنوبريات كوردايت، ذيل الحصان العملاق يقضي الشتاء كالاميت، العديد من عاريات البذور المنقرضة التي تشبه السرخس) بسبب بنيتها الأساسية يجب أن تفضل التربة جيدة التصريف بدلاً من المستنقعات. يعتقد العديد من الباحثين أن التركيب التشريحي للنباتات الأحفورية يشير إلى أنها نمت في المناخات الاستوائية أو شبه الاستوائية (حجة يمكن استخدامها ضد نظرية السكان الأصليين)، حيث أن المستنقعات الحديثة هي الأكثر اتساعًا ولديها أعمق تراكم للخث في المناخات الباردة الأعلى. خطوط العرض. نظرًا لزيادة قدرة الشمس على التبخر، فإن المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية الحديثة هي الأكثر فقراً في الخث.

غالبا ما توجد في الفحم الحفريات البحرية، مثل الأسماك الأحفورية والرخويات وذراعيات الأرجل (ذراعيات الأرجل). تحتوي طبقات الفحم على كرات الفحم، وهي عبارة عن كتل مستديرة من النباتات المجعدة والمحفوظة جيدًا بشكل لا يصدق، بالإضافة إلى الحيوانات الأحفورية (بما في ذلك الحيوانات البحرية) التي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بطبقات الفحم هذه. عادة ما يتم العثور على دودة الطحالب البحرية الصغيرة Spirorbis ملحقة بمصانع الفحم في أوروبا وأمريكا الشمالية والتي يعود تاريخها إلى العصر الكربوني. نظرًا لأن التركيب التشريحي للنباتات الأحفورية لا يوفر سوى القليل من الدلائل على أنها تكيفت مع المستنقعات البحرية، فإن وجود الحيوانات البحرية مع النباتات غير البحرية يشير إلى أن الاختلاط قد حدث أثناء النقل، مما يدعم نموذج النظرية المتأصلة.

ومن أروع أنواع الحفريات التي توجد في طبقات الفحم هي جذوع الأشجار العمودية، والتي تكون متعامدة مع الفراش وغالبًا ما تتقاطع مع عشرات الأقدام من الصخور. غالبًا ما توجد هذه الأشجار العمودية في الطبقات المرتبطة برواسب الفحم، وفي حالات نادرة توجد في الفحم نفسه. وفي كل الأحوال يجب أن تتراكم الرواسب بسرعة لتغطي الأشجار قبل أن تتدهور وتسقط.

كم من الوقت يستغرق تكوين طبقات الصخور الرسوبية؟ أنظر إلى هذه الشجرة المتحجرة التي يبلغ طولها عشرة أمتار، وهي واحدة من مئات الأشجار المكتشفة في مناجم الفحم في كوكفيل، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية. تبدأ هذه الشجرة بطبقة من الفحم، وتصعد عبر عدة طبقات، وتنتهي في النهاية بطبقة فحم أخرى. فكر في الأمر: ماذا سيحدث لقمة الشجرة خلال آلاف السنين التي يستغرقها (حسب التطور) لتكوين الطبقات الرسوبية وطبقات الفحم؟ ومن الواضح أن تكوين الطبقات الرسوبية وطبقات الفحم كان لا بد أن يكون كارثيًا (سريعًا) من أجل دفن الشجرة في وضع مستقيم قبل أن تتعفن وتسقط. توجد مثل هذه "الأشجار الدائمة" في أماكن عديدة على الأرض وعلى مستويات مختلفة. وعلى الرغم من الأدلة، فإن فترات زمنية طويلة (ضرورية للتطور) تنحصر بين الطبقات، وهو ما لا يوجد دليل عليه.

قد يكون لدى المرء انطباع بأن هذه الأشجار في وضع نموها الأصلي، لكن بعض الأدلة تشير إلى أن هذا ليس هو الحال على الإطلاق، بل في الواقع العكس. تعبر بعض الأشجار الطبقات بشكل مائل، وبعضها الآخر يوجد رأسًا على عقب تمامًا. في بعض الأحيان يبدو أن الأشجار العمودية قد ترسخت في موضع النمو في الطبقات التي اخترقتها شجرة عمودية ثانية بالكامل. عادة ما تمتلئ جذوع الأشجار الأحفورية المجوفة برواسب مختلفة عن الصخور المحيطة بها. يشير المنطق المطبق على الأمثلة الموصوفة إلى حركة هذه الجذوع.

الجذور الأحفورية

إن الحفرية الأكثر أهمية والتي لها صلة مباشرة بالنقاش حول أصل الفحم هي الوصمات- الجذر الأحفوري أو الجذمور. الوصماتتوجد غالبًا في الطبقات التي تقع تحت طبقات الفحم، وعادةً ما ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالأشجار العمودية. كان يعتقد ذلك الوصمات، والتي تم استكشافها منذ 140 عامًا بواسطة تشارلز ليل ودي دبليو. يقدم داوسون في سلسلة الفحم الكربوني في نوفا سكوتيا دليلاً لا لبس فيه على أن النبات نما في هذا الموقع.

يستمر العديد من الجيولوجيين المعاصرين في الإصرار على أن الوصمة هي جذر تشكل في هذا المكان بالذات، ويمتد إلى التربة أسفل مستنقع الفحم. تمت إعادة استكشاف تسلسل الفحم في نوفا سكوتيا مؤخرًا بواسطة N.A. روبكي، الذي اكتشف أربع حجج لصالح أصل allochthonous من الوصمات تم الحصول عليها بناءً على دراسة الرواسب الرسوبية. الحفرية التي تم العثور عليها عادة ما تكون فتاتية ونادرًا ما تكون متصلة بالجذع، مما يشير إلى الاتجاه المفضل لمحورها الأفقي، والذي تم إنشاؤه نتيجة لفعل التيار. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجذع مملوء بصخور رسوبية لا تشبه الصخور المحيطة بالجذع، وغالباً ما توجد في آفاق عديدة في الطبقات التي تخترقها الأشجار العمودية بالكامل. ألقى بحث روبكي بظلال من الشك على التفسير الشعبي الأصلي للطبقات الأخرى التي تعيش فيها الوصمات.

المواضيع الحلقية

يتواجد الفحم عادة في سلسلة من الصخور الرسوبية تسمى سيكلوثيم .مثاليبنسلفانيا سيكلوثيمقد تحتوي على طبقات ترسبت بالترتيب التصاعدي التالي: الحجر الرملي، الصخر الزيتي، الحجر الجيري، الطين الأساسي، الفحم، الصخر الزيتي، الحجر الجيري، الصخر الزيتي. في سيكلوثيما نموذجيةكقاعدة عامة، إحدى الطبقات المكونة مفقودة. في كل موقع cyclothemesعادةً ما تتكرر كل دورة من دورات الإيداع عشرات المرات، مع كل إيداع يفوق الإيداع السابق. تقع في إلينوي خمسوندورات متتالية، وأكثر من مائة دورة من هذا القبيل تقع في ولاية فرجينيا الغربية.

على الرغم من أن التماس الفحم الذي يشكل جزءًا من النموذجي cyclothemes، عادة ما تكون رفيعة جدًا (عادة ما يكون سمكها بوصة واحدة إلى عدة أقدام) الموقع الجانبي للفحم له أبعاد لا تصدق. في إحدى الدراسات الطبقية الحديثة4، تم رسم علاقة بين رواسب الفحم: السهم المكسور (أوكلاهوما)، كروبورج (ميسوري)، وايتبريست (أيوا)، كولشستر رقم 2 (إلينوي)، الفحم IIIa (إنديانا)، شولتزتاون (غرب كنتاكي). والأميرة رقم 6 (شرق كنتاكي) وكيتانينج السفلى (أوهايو وبنسلفانيا). جميعها تشكل خطًا ضخمًا من الفحم يمتد إلى مائة ألف كيلومتر مربعفي وسط وشرق الولايات المتحدة. لا يوجد مستنقع حديث بمساحة تقترب ولو قليلاً من حجم رواسب الفحم في ولاية بنسلفانيا.

إذا كان النموذج الأصلي لتكوين الفحم صحيحًا، فمن المؤكد أن ظروفًا غير عادية للغاية هي التي سادت. المنطقة بأكملها، والتي غالبًا ما تبلغ عشرات الآلاف من الكيلومترات المربعة، يجب أن ترتفع في نفس الوقت فوق مستوى سطح البحر حتى يتراكم المستنقع، وبعد ذلك يجب أن تغرق ليغمرها المحيط. فإذا ارتفعت الغابات الأحفورية فوق مستوى سطح البحر، فإن المستنقع ومياهه المطهرة اللازمة لتراكم الخث سوف يتبخر ببساطة. إذا غزا البحر المستنقع أثناء تراكم الخث، فإن الظروف البحرية ستدمر النباتات والرواسب الأخرى ولن يترسب الخث. ثم، وفقًا للنموذج الشائع، فإن تكوين طبقة سميكة من الفحم يشير إلى أنه تم الحفاظ على توازن لا يصدق على مدى آلاف السنين بين معدل تراكم الخث وارتفاع مستوى سطح البحر. يبدو هذا الوضع غير قابل للتصديق، خاصة إذا تذكرنا أن السيكلوثيم يتكرر في مقطع رأسي مئات المرات أو أكثر. أو ربما يمكن تفسير هذه الدورات بشكل أفضل على أنها تراكمات حدثت أثناء الارتفاع والانخفاض المتتالي لمياه الفيضانات؟

الصخر الزيتي

عندما يتعلق الأمر بمركبات سيكلوثيم، فإن الطين الأساسي هو الأكثر أهمية. الطين الأساسي عبارة عن طبقة ناعمة من الطين غير مرتبة في صفائح وغالبًا ما تقع تحت طبقة الفحم. يعتقد العديد من الجيولوجيين أن هذه هي التربة الأحفورية التي كان يوجد عليها المستنقع. وجود الطين الكامن وخاصة عند وجوده الوصمات، غالبا ما يتم تفسيره على أنه دليل كافالأصل الأصلي للنباتات المكونة للفحم.

ومع ذلك، فقد ألقت الأبحاث الحديثة بظلال من الشك على تفسير الطين الأساسي على أنه تربة أحفورية. لم يتم العثور على خصائص التربة التي كانت مشابهة لتلك الخاصة بالتربة الحديثة في الطين الأساسي. بعض المعادن الموجودة في التربة الأساسية ليست من أنواع المعادن التي ينبغي العثور عليها في التربة. على العكس من ذلك، فإن الطين الأساسي، كقاعدة عامة، لديه طبقات إيقاعية (توجد مادة حبيبية خشنة في الأسفل) وعلامات تكوين رقائق الطين. هذه هي الخصائص البسيطة للصخور الرسوبية التي قد تتشكل في أي طبقة تتراكم في الماء.

العديد من طبقات الفحم لا تستقر على الطين الأساسي، ولا توجد أي علامات على وجود التربة. في بعض الحالات، تستقر طبقات الفحم على الجرانيت أو الأردواز أو الحجر الجيري أو التكتلات أو الصخور الأخرى التي لا تشبه التربة. يعد الطين الأساسي الذي لا يحتوي على طبقة فحم أساسية أمرًا شائعًا، تمامًا كما يقع الطين الأساسي غالبًا فوق طبقة الفحم. يشير عدم وجود تربة يمكن التعرف عليها أسفل طبقات الفحم إلى أنه لا يمكن لأي نوع من النباتات المورقة أن تنمو هنا، ويدعم فكرة أن النباتات المكونة للفحم قد تم نقلها هنا.

هيكل الفحم

تساعد دراسة التركيب المجهري وهيكل الخث والفحم على فهم أصل الفحم. كان إيه دي كوهين رائدًا في إجراء دراسة هيكلية مقارنة للخث الأصلي الحديث المشتق من أشجار المنغروف والخث الساحلي الحديث النادر من جنوب فلوريدا. تحتوي معظم الخث الأصلي على أجزاء نباتية ذات اتجاه غير منتظم مع مصفوفة سائدة من مادة أدق، في حين أن الخث الأصلي كان له اتجاه يتكون من تدفقات المياه مع محاور ممدودة من أجزاء النبات التي كانت تقع، كقاعدة عامة، بالتوازي مع سطح الشاطئ مع الغياب المميز للمواد الدقيقة. كان لحطام النباتات المصنف بشكل سيئ في الخث الأصلي بنية خشنة بسبب كتلة الجذور المتشابكة، في حين كان الخث الأصلي ذو طبقات دقيقة مميزة بسبب عدم وجود جذور نام.

وفي إجراء هذا البحث، لاحظ كوهين: "أحد الأشياء التي ظهرت من دراسة الخث المتنوع هو أن المقاطع المشراح الرأسية للمادة تبدو أشبه بأجزاء رقيقة من الفحم الحجري أكثر من أي عينة أصلية تم فحصها.". وأشار كوهين إلى أن خصائص هذا الخث الأصلي (اتجاه الأجزاء المطولة، والبنية الحبيبية المصنفة مع غياب عام لمصفوفة أدق، والطبقات الدقيقة مع عدم وجود بنية جذر متشابكة) وهي أيضًا من خصائص الفحم في العصر الكربوني!

كتل في الفحم

واحدة من السمات الخارجية الأكثر إثارة للإعجاب للفحم هي الكتل الكبيرة التي يحتوي عليها. لأكثر من مائة عام، تم العثور على هذه الكتل الكبيرة في طبقات الفحم حول العالم. درجة الحموضة. أجرى برايس دراسة قام فيها بفحص كتل كبيرة من حقل سيويل للفحم، الذي يقع في ولاية فرجينيا الغربية. كان متوسط ​​وزن الصخور الأربعين التي تم جمعها 12 رطلاً، ووزن أكبر صخرة 161 رطلاً. وكانت العديد من الحجارة المرصوفة بالحصى صخورًا بركانية أو متحولة، على عكس جميع النتوءات الأخرى في ولاية فرجينيا الغربية. اقترح برايس أن الكتل الكبيرة يمكن أن تتشابك في جذور الأشجار وتنتقل إلى هنا من بعيد. وبالتالي، فإن وجود كتل كبيرة في الفحم يدعم النموذج المتجانس.

الائتلاف

الخلافات حول طبيعة عملية تحويل الخث إلى فحم مستمرة منذ سنوات عديدة. تشير إحدى النظريات الموجودة إلى أنه كذلك وقتهو عامل رئيسي في عملية الكربنة. ومع ذلك، فقد فقدت هذه النظرية شعبيتها لأنه وجد أنه لم تكن هناك زيادة منهجية في مرحلة تحول الفحم مع مرور الوقت. هناك العديد من التناقضات الواضحة: الليجنيت، الذي يمثل أدنى مرحلة من تحول الشكل، يحدث في بعض أقدم الطبقات الحاملة للفحم، في حين أن الجمرة الخبيثة، التي تمثل أعلى مرحلة من تحول الفحم، تحدث في الطبقات الأحدث.

أما النظرية الثانية المتعلقة بعملية تحويل الخث إلى فحم فتشير إلى أن العامل الرئيسي في عملية تحول الفحم هو ضغط. ومع ذلك، فإن هذه النظرية تم دحضها من خلال العديد من الأمثلة الجيولوجية التي لا تزداد فيها المرحلة المتحولة للفحم في الطبقات شديدة التشوه والمطوية. علاوة على ذلك، تظهر التجارب المعملية أن زيادة الضغط يمكن أن يحدث بالفعل ابطئالتحول الكيميائي للجفت إلى الفحم.

النظرية الثالثة (الأكثر شعبية على الإطلاق) تشير إلى أن العامل الأكثر أهمية في عملية تحول الفحم هو درجة حرارة. تظهر الأمثلة الجيولوجية (الاختراقات البركانية في طبقات الفحم وحرائق المناجم تحت الأرض) أن درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تسبب التفحم. كما كانت التجارب المعملية ناجحة جدًا في تأكيد هذه النظرية. أنتجت إحدى التجارب التي أجريت باستخدام عملية التسخين السريع مادة تشبه الأنثراسيت في دقائق معدودة فقط، مع توليد معظم الحرارة من تحويل المادة السليلوزية. وبالتالي، فإن تحول الفحم لا يتطلب ملايين السنين من الحرارة والضغط - بل يمكن تشكيله عن طريق التسخين السريع.

خاتمة

ونحن نرى أن وفرة من الأدلة الداعمة تثبت بقوة صحة النظرية المتباينة وتؤكد تراكم طبقات الفحم المتعددة أثناء طوفان نوح. الأشجار الأحفورية العمودية داخل طبقات الفحم تأكيد التراكم السريعبقايا النباتات. تشير الحيوانات البحرية والنباتات الأرضية (غير المستنقعات) الموجودة في الفحم إلى حركتها. تحتوي البنية المجهرية للعديد من طبقات الفحم على اتجاهات جسيمية مميزة، وهياكل حبيبية مصنفة، وطبقات دقيقة تشير إلى حركة المواد النباتية (بدلاً من النمو في الموقع). تشير الكتل الكبيرة الموجودة في الفحم إلى عمليات الحركة. ويؤكد غياب التربة تحت العديد من طبقات الفحم حقيقة أن النباتات المكونة للفحم تطفو مع التدفق. لقد ثبت أن الفحم يشكل أجزاء منتظمة ونموذجية سيكلوثيموالتي من الواضح أنها، مثل الصخور الأخرى، ترسبت بواسطة الماء. تظهر التجارب التي تفحص التغيرات في المواد النباتية أن تكوين الأنثراسايت الشبيه بالفحم لا يستغرق ملايين السنين - بل يمكن أن يتشكل بسرعة تحت تأثير الحرارة.

روابط

* أستاذ الجيولوجيا وعلم الآثار في كلية التراث المسيحي، إل كاجون، كاليفورنيا.

"كيف تم تشكيل الفحم" ستساعدك الرسالة القصيرة المقدمة في هذه المقالة على الاستعداد للدرس وتوسيع معرفتك حول هذا الموضوع.

الرسالة "كيف تم تشكيل الفحم"

الفحم هو معدن صلب لا يمكن تعويضه وقابل للنفاد ويستخدمه الإنسان لتوليد الحرارة أثناء احتراقه. وهو ينتمي إلى الصخور الرسوبية.

ما هو المطلوب لتشكيل الفحم؟

أولا، الكثير من الوقت. عندما يتكون الخث من النباتات الموجودة في قاع المستنقعات، تنشأ مركبات كيميائية: تتفكك النباتات أو تذوب جزئيًا أو تتحول إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون.

ثانيا جميع أنواع الفطريات والبكتيريا. بفضلهم، تتحلل الأنسجة النباتية. يبدأ الخث في تراكم مادة ثابتة تسمى الكربون، والتي تتزايد بمرور الوقت.

ثالثا، نقص الأكسجين. إذا تراكمت في الخث، فلن يتمكن الفحم من التشكل وسوف يتبخر ببساطة.

كيف يتكون الفحم في الطبيعة؟

تشكلت رواسب الفحم من كمية كبيرة من المواد النباتية. الظروف المثالية هي عندما تتراكم كل هذه النباتات في مكان واحد ولم يكن لديها الوقت لتتحلل تمامًا. تعتبر المستنقعات مناسبة بشكل مثالي لهذه العملية: فالماء فقير بالأكسجين وبالتالي يتم تعليق النشاط الحيوي للبكتيريا.

بعد أن تتراكم كتلة النبات في المستنقعات، قبل أن يتاح لها الوقت لتتعفن تمامًا، يتم ضغطها بواسطة رواسب التربة. هذه هي الطريقة التي تتشكل بها المادة الأولية للفحم – الخث. طبقات من التربة تغلقها في الأرض دون الوصول إلى الأكسجين والماء. مع مرور الوقت، يتحول الخث إلى طبقة من الفحم. هذه العملية طويلة الأمد - فقد تشكل جزء كبير من احتياطيات الفحم منذ أكثر من 300 مليون سنة.

وكلما طال أمد تواجد الفحم في طبقات الأرض، كلما تعرضت الحفرية لتأثير وضغط الحرارة العميقة. في المستنقعات، حيث يتراكم الخث، يحمل الماء الرمل والطين والمواد المذابة التي تترسب في الفحم. تشكل هذه الشوائب طبقات في المعدن، وتقسمه إلى طبقات. عندما يتم تنظيف الفحم، كل ما يبقى هو الرماد.

هناك عدة أنواع من الفحم - الفحم الصلب، الفحم البني، الفحم الحجري، الفحم الحجري، الأنثراسايت. يوجد اليوم في العالم 3.6 ألف حوض للفحم، تشغل 15% من مساحة الأرض. تعود النسبة الأكبر من الاحتياطيات الأحفورية في العالم إلى الولايات المتحدة (23%)، تليها روسيا (13%)، والثالثة للصين (11%).

نأمل أن يكون تقرير "كيف تشكل الفحم" قد ساعدك في التحضير للدرس. يمكنكم الإضافة إلى الرسالة الخاصة بموضوع “كيف تم تشكيل الفحم” من خلال نموذج التعليق.