Ископаемое топливо

Джон Феген

Перевод с английского: Величко Е.Ю.

Источник: 1974 by Prentice-Hall, Ins.,Englewood Cliffs, New Jersey.

Миллионы лет солнечного света

Почти вся энергия, которую мы используем, прибывает из излучения солнца. Растения используют эту энергию на жизненно важный процесс- фотосинтез, а животные используют это косвенно, питаясь растениями или другими существами, которые зависят от растений. Таким образом, приручая животных и сжигая древесину, человек использует концентрированную солнечную энергию. Если человек сжигает очень старые деревья, как красное дерево, которое росло столетиями и накапливало в себе солнечную энергия прошлых веков, то он при сжигании получает солнечную энергию того периода, когда формировался ствол, листья и т.д. Живые растения временно хранят энергию, получаемую из солнечной энергии, эта энергия в конечном итоге высвобождается в виде тепла в атмосферу при распаде отмерших растений. Но в любом конкретном году очень малая часть фотосинтезированной энергии удерживается от распада в несколько необычной среде, такой, как болото или в некоторых охраняемых водных объектах. В таких условиях, отсутствие кислорода замедляет распад и позволяет накопление органического вещества и его сохранение среди слоев грязи или других отложений. Это сохранение, является процессом накопления ископаемого топлива: угля, нефти и природного газа. Это случается довольно редко. Живая материя полностью разрушается вскоре после смерти. Но последние полтора миллиарда лет истории Земли, отличаются накоплением материи, которая сейчас является топливом, от которого мы так сильно зависим сегодня.

Использование угля человеком.

Считается, что китайцы использовали небольшие количества угля еще 2000 лет назад, и имеются явные свидетельства того, что некоторые индейцы Северной Аризоны сжигали уголь до прибытия европейцев. В Англии, уголь было впервые использован в 12-м веке. Он был найден в виде разбросанных кусков из скалистого побережья, вследствие процесса выветривания. В течение сотен лет такой уголь собирался и использовался для приготовления и нагревания пищи, но только в начале 18-ого столетия, было признано, что уголь образовывался и накапливался при очень высокой влажности и в анаэробной среде. Впервые уголь начали добывать в штате Вирджиния в середине восемнадцатого века. С середины девятнадцатого века использование угля резко возросло. В Соединенных Штатах использование угля в промышленности, в быту, на железной дороге было затруднительным до окончания Второй Мировой Войны. В это время из-за сокращения небольшого уровня спроса на уголь, как для железной дороги, так и для домашних печей приостановилось сжигание угля. Но возникли новые потребности, поскольку гидроэнергии было недостаточно для растущего спроса на электроэнергию. Использования угля для паровой электростанции возросло и скорость потребления этого топлива в настоящее время очень велика, и постоянно увеличивается.

Топливо из болот

Угольные пласты представляют собой очень уплотненные слои растительных веществ, которые первоначально накапливались в болотах или трясине вдоль кромки моря. В таких застойных условиях, растительные остатки, которые падают на землю год за годом, век за веком хранятся, не распадаясь полностью за счет низкого содержания кислорода во влажной среде. Таким образом, формируется слой торфа. Эта губчатая масса растительного происхождения покрывается слоями грязи и других осадков, происходит изменение в среде осаждения. Часто изменения происходят в результате затопления суши морем. Новые слои осадков постепенно накапливаются; торф медленно, уплотняется и спрессовывается под их растущим весом и все большее количество целлюлозы сучьев, ветвей и листьев химически преобразуются в диоксид углерода, воду, метан и углерод. При постоянном давлении и действии времени, первые три из них постепенно испаряются, а углерод остается. Содержание углерода увеличивается по отношению к другим компонентам. Сорт угля определяется на основании содержания в нем углерода. Наиболее часто используемые угли, называются битуминозными или мягкими углями, содержат 50 или более процентов углерода, большее углеродистое содержание характеризует более высокие разряды битума. В некоторых регионах, таких как восточная Пенсильвания, находится редкий уголь как антрацит. Из-за давления и высокой температуры, антрацит содержит более чем 95-процентный углерода с небольшим количеством остающегося летучего вещества. Трудно воспламеняется, но горит почти без дыма. Большинство современных угольных формирований сравнительно небольшой области, как ирландский торфяник, где ледниковые отложения «формировали» плотины, препятствуя потокам. Это способствовало формированию мелких болотистых бассейнов. Толстое и обширное накопление торфа, подобного тем, которые давали начало главным угольным слоям мира, не широко распространено сегодня. Возможно, лучший американский пример современной окружающей среды болот и торфа в крупном масштабе – это Большое Мрачное Болото, которое покрывает более 2000 квадратных миль Вирджинии и Северной Каролины. Угольное формирование происходило, начиная со средней Палеозойской Эры, когда эволюционное развитие наземных растений достаточно прогрессировало, чтобы сформировать трясины торфа и леса. Однако уголь был сформирован в самых больших количествах во время последнего Палеозойского периода, известного как Пенсильвания, который начался приблизительно 320 миллионов лет назад. Большинство углей в Европе и восточной части Северной Америки являются углями периода Пенсильвании. Пермский период, включает месторождения угля в б.СССР, Китае, Южной Африке, Индии, и Австралии. В конце мезозоя в изобилии уголь формируется в ряде регионов, особенно в государствах Рокки – Мунтэйна. Эти три периода, которые составляют формирование большинства месторождений угля в мире, должно были быть временами обширных, долго устойчивых болот во многих областях во всем мире.

Энергия в слоях

Отдельные угольные пласты имеют мощность от долей дюйма к нескольким десяткам футов. Было подсчитано, что около 30 футов торфа должны быть сжаты для того, чтобы произвести один фут каменного угля. Исследования темпов накопления торфа показали, что для накопления одного фута необходимо около ста лет. Таким образом, представляется, что каждый фут угля составляет примерно 3000 лет роста растений. Пласт угля в 10 футов, составляет около 30000 лет непрерывного роста растений, в течение которого деревья и другие растительные остатки постепенно накапливаются в палеозойских и мезозойских болотах. Как видно из приведенных выше оценок, времени, необходимого для углеобразования надо очень много. Новый уголь формируется слишком медленно даже, чтобы быть рассмотренным как топливо для человечества. С практической точки зрения, существующие угольные слои в мире являются доступными для нас. Геологи считают, что все основные угольные бассейны мира в настоящее время уже открыты. Суммарное извлекаемое количество угольных пластов с однофутовой толщиной и в пределах рабочего расстояния поверхности было оценено в более чем 8000 миллиардах тонн, с Азией, Северной Америкой, и Европой, составляя более чем 95 процентов от общего количества. Континенты Южной Америки, Африки, и Австралии вместе составляют остаток, меньше чем пять процентов бассейнов в мире. Очевидно, что южное полушарие бедно углем. Несмотря на тысячи миллиардов тонн запасов угля, если мы продолжим использование угля и увеличим его потребление по нормам, предсказанным различными экспертами, то время, необходимое для исчерпания большинства угольных пластов в мире, составит где-то между 1 - 4 века. В Кентукки, Западной Вирджинии, и Пенсильвании, обширные области ландшафта теперь опустошаются бульдозерами, чтобы добыть слои угля ниже. Различные корпорации, включая гигантские нефтяные компании, уже вовлечены и в большой степени инвестированы в планы горной промышленности.

Литература

John J. Fagan, The Earth Environment, 1974.