Горючее полезное ископаемое образованное из мха
Торфяной среднеразложившийся горизонт дерново-подзолистой грунтово-оглеенной почвы
Добыча торфа в северной Германии
Торфяные таблетки с рассадой
Торф (устар. турф[1]) — осадочная рыхлая горная порода, находящая применение как горючее полезное ископаемое. Образовано скоплением остатков мхов, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф.
Содержит 50—60 % углерода. Теплота сгорания (максимальная) — 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и в других целях. Торф также является важным газоносным материалом.
Запасы торфа в мире[править | править код]
По разным оценкам, в мире от 250 до 500 млрд тонн торфа (в пересчёте на 40 % влажность), он покрывает около 3 % площади суши. При этом в северном полушарии торфа больше, чем в южном; заторфованность растёт при движении к северу и при этом возрастает доля верховых торфяников. Так, в Германии площади торфяников занимают 4,8 %, в Швеции — 14 %, в Финляндии — 30,6 %. В России доля занятых торфяниками земель достигает 31,8 % в Томской области (Васюганские болота) и 12,5 % — в Вологодской. Также большое количество залежей торфа есть в Республике Карелия, Республике Коми, ряде западных областей (особенно в Рязанской, Московской, Владимирской областях). Достаточные запасы торфа имеются на Украине (месторождение Морочно-1). Также большие запасы торфа имеются в Индонезии, Канаде, Белоруссии, Ирландии, Великобритании, ряде штатов США[2].
По оценкам канадской Peat Resources (2010 год), на первом в мире месте по запасам торфа (170 млрд т) — Канада, на втором — Россия (150 млрд т)[3].
Возобновление торфа в России оценивается в 260—280 млн тонн в год[4].
Торфяная земля[править | править код]
Из верхового, реже из низинного разложившегося торфа заготавливаются торфяная земля и торфяной перегной, используемые в садоводстве и декоративном цветоводстве[5].
Торф улучшает плодородие земли. Для употребления в качестве компонента почвенных смесей для комнатных и оранжерейных растений дернины торфа выветривают в низких и широких кучах три года, поскольку в свежевыкопанных торфяных дернинах имеются вредные для большинства растений вещества (кислоты). Для ускорения выветривания и вымывания кислот производят регулярное перелопачивание. Почвенные смеси на основе торфа характеризуются значительной влагоёмкостью. В смеси с песком торфяная земля применяется для посевов мелких семян и в качестве основного компонента при приготовлении земляных смесей для многих растений защищенного грунта.
Классификация торфа[править | править код]
Зольность торфа по вместимости золы делят на:
- малозольный (менее 5 %),
- среднезольный (5—10 %),
- высокозольный (более 10 %).
Зольность определяется озолением пробы топлива в муфельной печи и прокаливанием зольного остатка при температуре 800—830 °C.
Экологические функции[править | править код]
Торфообразование продолжается и в настоящее время. Торф выполняет важную экологическую функцию, накапливая продукты фотосинтеза и таким образом аккумулируя в себе атмосферный углерод.
После осушения торфяной залежи из-за доступа кислорода в торфе начинается активная деятельность аэробных микроорганизмов, разлагающих его органическое вещество. Этот процесс называется минерализацией, в ходе него углекислый газ выделяется со скоростью, на порядок превосходящей скорость его аккумуляции в ненарушенном болоте[6].
Опасность представляют торфяные пожары, которые могут произойти в осушённых торфяниках.
На торфяных залежах образуются органогенные торфяные почвы. Оторфованность может наблюдаться в верхних горизонтах минеральных почв при длительном переувлажнении или в холодном климате.
При затоплении торфяников водами водохранилищ, массы торфа иногда всплывают, образуя плавучие острова.
Применение в науке[править | править код]
Растительное происхождение торфа впервые установил М. В. Ломоносов.
Так как торф достаточно быстро накапливается и хорошо компрессируется при перегнивании, в торфяниках отлагаются привнесённые в него вещества. Поверхность торфяника неровная, и вещества, выпавшие на него, обычно плохо выдуваются обратно ветром. По причине перегнивания и более-менее равномерного сжатия эти вещества хорошо прослеживаются в переслоениях уплотнившегося торфа[7].
При извержениях вулканов выпавшие пеплы хорошо прослеживаются в торфяниках, а органическое вещество торфяников выше и ниже отложившегося пепла поддаётся датировке радиоуглеродным методом. В тефрохронологии это распространённый метод датировок выпавших вулканических пеплов, который широко применяется в Японии, на Курилах, на Камчатке, на Алеутских островах и Аляске. Также в прибрежных торфяниках отлагается песок, который выносят волны цунами. Таким образом можно датировать извержения вулканов и крупные цунами, случившиеся 4000 и более лет назад.
Советские и российские учёные в области торфа[править | править код]
- Антонов, Василий Яковлевич (1909—1985)
- Афанасьев, Алексей Егорович (1936—2014)
- Вавилов, Пётр Михайлович (1872—1926)
- Варенцов, Владимир Семёнович (1900—1972)
- Веллер, Михаил Абрамович (1875—1966)
- Воларович, Михаил Павлович (1900—1987)
- Горячкин, Виктор Георгиевич (1894—1968)
- Зюзин, Владимир Александрович (1897—1971)
- Наумович, Василий Митрофанович (1916—1992)
- Раковский, Владимир Евгеньевич (1900—1988)
- Севергин, Василий Михайлович
- Сидякин, Сергей Алексеевич (1898—1960)
- Солопов, Сергей Георгиевич (1901—1975)
- Тюремнов, Сергей Николаевич (1905—1971)
См. также[править | править код]
- Торфяник
- Торфяной кокс
- Торфопредприятие
- Торфяная промышленность
- Торфяной пожар
- Самовозгорание торфа
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Чуханов З. Ф., Хитрин Л. Н., «Энерготехнологическое использование топлива», М., 1956.
- Торфяные месторождения и их комплексное использование в народном хозяйстве, М., 1970.
- Использование торфа и выработанных торфяников в сельском хозяйстве, Л., 1972.
- Торф в народном хозяйстве, М., 1968.
- Лиштван И. И., Король Н. Т., Основные свойства торфа и методы их определения, Минск, 1975.
- С. Н. Тюремнов, Торфяные месторождения, М., «Недра», 1976.
- A. F. Bowman, Soils and the Greenhouse Effect, 1990.
- Безуглова О. С. Торф и торфяные компосты. Удобрения и стимуляторы роста. Дата обращения 22 февраля 2015.
Статьи
- Торф // Большая российская энциклопедия. Том 32. — М., 2016. — С. 313—314.
- Торф // Техническая энциклопедия. Том 23. — М.: Советская энциклопедия, 1934. — Стб. 746—763
Нормативные документы
- ГОСТ 21123-85 Торф. Термины и определения
Источник
Одним из наиболее ценных источников энергии для мировой промышленности в настоящее время являются твердые горючие полезные ископаемые. Человечество без них уже вряд ли сможет обойтись. Кроме прочего, еще гениальный Дмитрий Иванович Менделеев говорил: «Топить можно и ассигнациями». Ученый подразумевал, что эти ресурсы было бы полезнее использовать для синтеза требуемых человеку веществ.
Современная наука постоянно подтверждает его правоту. Как ни странно, но во многом тем богатствам, которые залегают глубоко под землей, мы обязаны древней флоре. Именно древние папоротники и деревья образовали со временем многие полезные ресурсы. Кстати, а какие полезные ископаемые образовались из древних растений? Что ж, давайте узнаем!
Общая характеристика ископаемых растительных видов топлива
Все эти виды топлива содержат огромное количество углерода. Образовались все они из растительных остатков, на которые в течение миллионов лет действовало повышенное давление и высокая температура. Возраст некоторых видов древнего растительного топлива значительно превышает отметку в 650 миллионов лет. Приблизительно 80% этих ископаемых образовалось в третичный период. Именно этим временам мы обязаны тем, что ресурсы полезных ископаемых до сих пор обеспечивают нас всем необходимым.
Основной особенностью их образования следует считать то обстоятельство, что в те времена на планете было еще мало кислорода, который в настоящее время очень быстро окисляет органику, зато много углерода и соединений на его основе. Осадочные породы быстро консервировали огромные массы веществ в толще земли.
Чтобы вы лучше ориентировались в этом вопросе, нами была подготовлена таблица. Полезные ископаемые далеко не бессистемно располагаются в недрах земли.
Форма рельефа | Строение коры, ее возраст | Основные виды ископаемых | Примеры |
Равнина | Щиты времен археозоя, протерозоя | Много железных, марганцевых руд | Балтийский щит Русской платформы |
Плиты древних платформ, формирование которых происходило во времена палеозоя | Нефть, газ, уголь и прочие ископаемые растительного происхождения | Западная Сибирь | |
Горы | Молодые горы альпийского возраста | Много полиметаллических руд | Кавказ |
Старые, разрушенные горы времен мезозоя | Содержат практически все виды ценных ископаемых, в том числе и полиметаллические руды | Казахский мелкосопочник |
Впрочем, в среде некоторых ученых популярна теория абиогенного происхождения многих горючих ископаемых, которая объясняет их возникновение сочетанием разнообразных факторов, которые привели к появлению сложных углеродных соединений из простых неорганических веществ.
Эта точка зрения также имеет свое право на жизнь, но большинство ученых все же уверены, что подавляющее число месторождений имеет именно биологическую природу возникновения. Ну так какие полезные ископаемые образовались из древних растений? Об этом мы сейчас и расскажем.
Важность для промышленности и человека
Как мы уже и говорили, многие из этих веществ – настоящий кладезь для современной химической промышленности. Тот же уголь содержит в себе множество соединений, которые в иных случаях можно получить только в результате сложного и дорогого синтеза. К примеру, гуминовые кислоты, которые в природе встречаются не так уж и часто и довольно сложны для искусственного синтеза, человек массово получает из дешевого и распространенного бурого угля.
В принципе, обо всем этом вам расскажет экономическая география. Полезные ископаемые играют важнейшую роль в формировании нормальной производственной экономики любой страны.
Следует помнить, что полноценное использование многих ресурсов растительного происхождения возможно только в том случае, если человек хорошо знает нюансы их образования. Сначала мы рассмотрим уже не раз упомянутые нами угли, так как процесс их образования весьма интересен. Угли, как и другие основные полезные ископаемые растительного происхождения, были образованы различными растениями в процессе их отмирания.
Характеристика образования гумусовых углей
Очень давно, когда на Земле все еще бродили гигантские динозавры, на огромных пространствах произрастали красивые пышные леса. Для их роста и развития условия были идеальны: в почве много органики, а в атмосфере преобладает углекислый газ. Впрочем, эти же условия способствовали тому, что растения весьма бурно отмирали. Их части падали на землю, где быстро разлагались, так как ничем не были защищены от окислительного действия воздуха.
Совокупность всех этих факторов приводила к очень быстрому разложению целлюлозы. Гигантские массы растительности превращались в настоящий «коктейль» гуминовых веществ, разбавленный незначительными количествами примесей смол, восков и парафинов. Впрочем, вся эта масса довольно быстро разлагалась микроорганизмами, а потому особенно быстрого накопления органического вещества в ту пору не происходило. Основные запасы полезных ископаемых появились несколько позднее.
Так как образовывался непосредственно уголь?
Описанным выше способом происходило образование сухого торфа, которого и в нынешнее время на поверхности нашей планеты достаточно. Как правило, никаких дальнейших метаморфоз с ним не происходило, так как чаще всего его покрывал слой песка и земли, надежно консервируя органику от воздействия кислорода и микроорганизмов. Такая масса была крайне пластичной, а потому какого-то расслоения или перемешивания в дальнейшем не происходило.
Так как неразложившейся органики в толще торфа было очень мало, дальнейших процессов гниения не было. Таким образом, температура в толще пластов всегда оставалась на одном уровне.
Давление и время…
Впрочем, со временем слои постепенно уплотнялись по причине слеживания. Постепенно гуминовые кислоты превращались в гумиты, смолы подвергались процессу декарбоксилирования, и только лишь воски оставались неизменными на протяжении тысячелетий. Вот так происходило образование бурых гумусовых углей. Особенно их много в Красноярском крае. Это наиболее распространенные полезные ископаемые края (и важный источник доходов, конечно же).
Под воздействием целого спектра факторов внешней среды происходил постепенный их метаморфоз, в результате которого получались каменные гумусовые угли. Основная роль в этом процессе принадлежит высокому давлению и не менее высокой температуре. В этих условиях гуминовые кислоты начинали интенсивно разлагаться, смолы и воски подвергались естественной полимеризации.
Все это приводило к синтезу неплавких, совершенно нерастворимых соединений. Именно благодаря им этот сорт угля и сохранился до наших дней. Он залегает на сравнительно небольших глубинах, а потому при условии несколько иных физических и химических свойств он бы неизбежно подвергся вымыванию. А какие полезные ископаемые образовались из древних растений, помимо описанного выше гумусового угля?
О процессе образования смешанного типа углей
Следует отметить, что в природе процесс образования чистых гумусовых соединений протекал чрезвычайно редко. Куда чаще происходил смешанный процесс. Ученые предполагают, что шел он сразу по нескольким направлениям. Как правило, происходило все это на дне древних водоемов, на месте которых сейчас располагаются месторождения полезных ископаемых.
Гумусовые вещества постепенно приносились туда с дождевыми водами и медленно, в течение столетий, оседали на дне. Планктон, который активно развивался при таком обилии органических веществ, постепенно перемешивался со всей этой массой. Но все могло быть совершенно иначе.
После того как на сушу обрушивались мощные ураганы и ливневые дожди, в водоемы попадало огромное количество гумусовых веществ и разнообразных минеральных соединений. Сначала на дне оседали именно тяжелые минералы, а уж гумусовые кислоты действовали на них как мощные окислители. Постепенно вся эта масса подвергалась полимеризации. Так как кислорода на дне водоемов было очень мало, вещества со временем оказались под воздействием процесса дегидратации. Вот так и образовывался уголь смешанного состава.
Данные полезные ископаемые России чрезвычайно распространены в Восточной части нашей страны.
О химическом составе углей
В общем-то, их состав не отличается особым разнообразием: углерод, водород, кислород, азот и сера. Отличие только в массовой доле всех этих веществ, так как именно по их процентному соотношению можно с уверенностью определить не только вид ископаемого растительного топлива, но даже регион его возникновения и добычи. Чтобы вы имели хотя бы приблизительное представление об этом вопросе, разберем состав среднестатистического бурого гумусового угля.
Классификация веществ, входящих в состав углей
Наиболее типичные вещества, которые входят в состав любого его сорта, называются углеобразователями. Вот их полный перечень:
- Как ни странно, белки. При гидролизе угля ученые обратили внимание, что в получаемой смеси имеется некоторое количество аминокислот. Нахождение этих веществ в толще пластов ископаемого топлива объясняется довольно просто: это законсервированные в давние времена простейшие, а также останки более высокоразвитых организмов. Во всяком случае многие месторождения полезных ископаемых зачастую могут похвастаться коллекцией, достойной палеонтологического музея.
- Конечно же, целлюлоза. Этот сложный углевод, являющийся основным строительным материалом любой растительной формы жизни, составляет немалую весовую часть как углей, так и горючих сланцев (о них мы поговорим ниже).
- Воски, о которых мы неоднократно упоминали. Представляют собой сложные эфиры некоторых карбоновых кислот и алифатических спиртов.
- Смолы. Это весьма сложная смесь из все тех же карбоновых кислот, а также омыляющихся и неомыляющихся веществ. В некоторых специфичных условиях легко поддаются декарбоксилированию и быстрой полимеризации. Являются своего рода «связующим звеном» для угля, так как скрепляют его компоненты на процессе первичного сжатия.
Именно практически идентичный состав всех ископаемых сортов топлива говорит об их растительном и частично животном происхождении. Поборникам абиотического появления той же нефти не удается найти достаточно убедительных доводов, при помощи которых можно было бы опровергнуть эти фактические данные. Во всяком случае любая карта полезных ископаемых (органических) покажет, что их залежи преимущественно находятся на местах древних морей, богатых органикой.
Основные сведения о добыче угля
Характеристики и способы этого процесса в полной мере зависят от глубины залегания пластов. Если таковая не превышает ста метров, то возможен открытый, карьерный способ разработки. Очень часто бывает так, что с увеличением глубины разреза экономически более целесообразным становится шахтовый метод.
На территории нашей страны уровень самой глубокой шахты равен приблизительно 1200 метрам. Любая карта полезных ископаемых России покажет, что больше всего их в Сибири. Край этот заслуженно считается настоящей кладовой, житницей природы.
Прочие важные вещества
Необходимо отметить, что в пластах каменного угля нередко встречаются скопления веществ, обладающих громадной промышленной ценностью. К ним относятся некоторые ценные геологические породы (мрамор, к примеру), огромное количество метана, а также редкие, рассеянные химические элементы. К примеру, некоторые сорта бурого угля содержат много германия, без которого немыслима современная радиоэлектронная промышленность, так как именно на его основе создаются многие виды полупроводников.
Применение каменного угля в современной промышленности
Давно прошли те времена, когда этот вид полезных ископаемых использовался исключительно в качестве топлива. Как мы уже отмечали, из него добываются некоторые редкие химические элементы, уголь служит сырьем для производства многих типов пластмасс. Еще со времен Второй мировой войны известно, что из него можно делать искусственный бензин.
Именно эти полезные ископаемые России во многом обеспечили интенсивный рост промышленности после революции. Они же позволяют поддерживать экономику на стабильно высоком уровне.
Горючий сланец
Это твердое горючее ископаемое растительного происхождения из группы твёрдых каустобиолитов. Основной чертой сланцев, которая обеспечила им столь высокую популярность в последние годы, является смола, входящая в их состав. Ее получают при перегонке. Ценность ее в том, что по своим физико-химическим свойствам она очень близка к нефти, но при этом стоимость ее добычи куда ниже нефтяного промысла.
Дифференциальный состав
Главным отличием сланца от все того же угля является то, что в его составе содержится больше минеральных веществ. Органическая его часть — кероген. Только в сланцах наивысшего качества его доля доходит до 70%, тогда как во всех прочих случаях содержание органики не превышает 30%. Кероген представляет собой ископаемые остатки древнейших одноклеточных водорослей.
Та их часть, которая за века не потеряла следов клеточного строения, — это талломоальгинит. Соответственно, полностью деградировавшие одноклеточные водоросли получили название коллоальгинит. Помимо этого, в сланцах довольно часто можно отыскать даже части высших растений, которые были на нашей планете в незапамятные времена.
Вот какие полезные ископаемые образовались из древних растений. Надеемся, что из этой статьи вы получили все интересовавшие вас сведения.
Источник