Sadržaj
Bitumenski ugljen: Bituminozni ugljen je obično pojasena sedimentna stijena. Na ovoj fotografiji možete vidjeti svijetle i dosadne trake ugljenog materijala orijentirane vodoravno preko uzorka. Svijetle trake su dobro očuvan drveni materijal, poput grana ili stabljika. Tupi zavoji mogu sadržavati mineralni materijal koji u močvaru ispire potocima, drveni ugljen od požara u močvari ili degradirane biljne materije. Ovaj je uzorak dug oko 7,5 centimetara. Fotografija geološkog i ekonomskog istraživanja Zapadne Virdžinije.
Što je ugljen?
Ugljen je organska sedimentna stijena koja nastaje iz nakupljanja i očuvanja biljnih materijala, obično u močvarnom okružju. Ugljen je zapaljiva stijena, a uz naftu i prirodni plin, jedno je od tri najvažnija fosilna goriva. Ugljen ima širok raspon upotrebe; najvažnija je upotreba za proizvodnju električne energije.
Okruženja za stvaranje ugljena: Općeniti dijagram močvare, koji pokazuje kako dubina vode, uvjeti očuvanja, vrste biljaka i produktivnost biljaka mogu varirati u različitim dijelovima močvare. Ove će varijacije dati različite vrste ugljena. Ilustracija Geološkog i ekonomskog istraživanja Zapadne Virdžinije.
Treset: Masa nedavno nagomilanih dijelom karboniziranih biljnih krhotina. Ovaj je materijal na putu da postane ugljen, ali njegov izvor biljnih krhotina i dalje je lako prepoznatljiv.
Rock & Mineral Kitovi: Nabavite komplet od kamena, kamena ili fosila da biste saznali više o materijalima Zemlje. Najbolji način za učenje o stijenama je raspolaganje uzorcima za testiranje i ispitivanje.
Kako nastaje ugljen?
Ugljen se formira od nakupljanja biljnih krhotina, obično u močvarnom okružju. Kad biljka umre i padne u močvaru, stajaća voda močvare štiti je od propadanja. Močvarne vode obično imaju nedostatak kisika, što bi moglo reagirati s biljnim ostacima i uzrokovati propadanje. Ovaj nedostatak kisika omogućuje da biljni ostaci ostanu. Osim toga, insekti i drugi organizmi koji bi mogli konzumirati biljne krhotine na kopnu ne prežive dobro pod vodom u okruženju sa nedostatkom kisika.
Da bi se stvorio debeli sloj biljnih krhotina potrebnih za stvaranje ugljenog sloja, stopa nakupljanja biljnih krhotina mora biti veća od stope raspada. Jednom kada se formira debeli sloj biljnih krhotina, moraju ga zakopati sedimenti poput blata ili pijeska. To su obično u poplavi poplavljene rijeke. Težina tih materijala zbija biljne krhotine i pomaže u pretvorbi u ugljen. Oko deset stopa biljnih krhotina zbit će se u samo jednu nogu ugljena.
Krhotine biljaka akumuliraju se vrlo sporo. Dakle, akumuliranje deset metara biljnih krhotina dugo će trajati. Pedeset stopa biljnog krhotina potrebno da se napravi ugljen od pet stopa debeo šav potrebno će se akumulirati tisuće godina. Za to vrijeme vodostaj močvare mora ostati stabilan. Ako voda postane previše duboka, biljke močvare će se utopiti, a ako se ne održi vodeni pokrov, biljna krhotina će propadati. Da bi se formirao ugljeni sloj, idealni uvjeti savršene dubine vode moraju se održavati jako dugo.
Ako ste pronicljiv čitatelj, vjerojatno se pitate: "Kako se pedeset stopa biljnih krhotina može nakupiti u vodi dubokoj samo nekoliko metara?" Odgovor na to pitanje glavni je razlog što je stvaranje ugljenog šava krajnje neobična pojava. Do njega može doći samo pod jednim od dva uvjeta: 1) porast razine vode koji savršeno ide u korak sa akumulacijom biljnih krhotina; ili, 2) prigušeni krajolik koji savršeno ide ukorak sa stopom nakupljanja biljnih krhotina. Smatra se da se većina ugljenih šavova formirala pod uvjetima # 2 u delta okruženju. Na delti se na malom području zemljine kore talože velike količine riječnih sedimenata, a težina tih sedimenata uzrokuje taloženje.
Da bi se formirao ugljeni sloj, na krajoliku koji održava ovaj savršen balans vrlo dugo vremena moraju se pojaviti savršeni uvjeti nakupljanja biljnih krhotina i savršeni uvjeti propadanja. Lako je razumjeti zašto su se uvjeti za formiranje ugljena tijekom povijesti Zemlje pojavili tek malobrojno. Za stvaranje ugljena potrebna je podudarnost vrlo nevjerojatnih događaja.
Antracitni ugljen: Antracit je ugljen najvišeg ranga. Ima sjajan sjaj i razbija se s polukonceptualnim prijelomom.
Što je ugljen "Rank"?
Biljne krhotine su krhki materijal u usporedbi s mineralnim materijalima koji čine druge stijene. Kako su biljne krhotine izložene vrućini i pritisku ukopa, mijenjaju se sastav i svojstva. "Poredak" ugljena mjerilo je koliko se promjena dogodilo. Ponekad se za ovu promjenu koristi izraz "organski metamorfizam".
Na temelju sastava i svojstava, ugljevi su dodijeljeni stepenu napredovanja koji odgovara njihovoj razini organskog metamorfizma. Napredak u rangu rezimira se ovdje u tablici.
Lignit: Najniži rang ugljena je "lignit". Treset je stisnut, osušen i lititiran u stijenu. Često sadrži prepoznatljive biljne strukture.
Koje su koristi ugljena?
Proizvodnja električne energije je primarna upotreba ugljena u Sjedinjenim Državama. Većina ugljena iskopanog u Sjedinjenim Državama transportira se u elektranu, usitnjava na vrlo male čestice i spaljuje. Toplina iz ugljena koji gori se koristi za proizvodnju pare, koja pretvara generator za proizvodnju električne energije. Većina električne energije koja se u SAD-u troši spaljivanjem ugljena.
Elektrana na ugalj: Fotografija elektrane u kojoj se izgara ugljen za proizvodnju električne energije. Tri velike gomile su rashladni tornjevi na kojima se voda koja se koristi u procesu proizvodnje električne energije hladi prije ponovne upotrebe ili ispuštanja u okoliš. Emisija koja teče s desne strane gomile je vodena para. Proizvodi izgaranja izgaranjem ugljena otpuštaju se u visoku, tanku hrpu s desne strane. Unutar te nakupine nalaze se razni kemijski sorbenti koji apsorbiraju onečišćujuće plinove nastale tijekom procesa izgaranja. Autorska prava slike iStockphoto / Michael Utech.
Ugljen ima i mnogo drugih namjena. Koristi se kao izvor topline za proizvodne procese. Na primjer, cigla i cement proizvode se u pećima zagrijanim izgaranjem mlaza ugljena u prahu. Ugljen se koristi i kao izvor energije za tvornice. Tamo se koristi za zagrijavanje pare, a para se koristi za pogon mehaničkih uređaja. Prije nekoliko desetljeća većina ugljena koristila se za grijanje prostora. Neki se ugljen još uvijek koriste na taj način, ali druga se goriva i električna energija koja se proizvodi iz ugljena sada koriste.
Proizvodnja koksa ostaje važna upotreba ugljena. Koks se proizvodi grijanjem ugljena u kontroliranim uvjetima u nedostatku zraka. To odbija neke hlapljive materijale i koncentrira sadržaj ugljika. Koks se tada koristi kao gorivo s visokim udjelom ugljika za obradu metala i druge svrhe u kojima je potreban posebno vatreni plamen.
Ugljen se koristi i u proizvodnji. Ako se ugljen zagrijava, nastali plinovi, tali i ostaci mogu se upotrijebiti u mnogim proizvodnim procesima. Plastika, krovni radovi, linolej, sintetička guma, insekticidi, proizvodi za boje, lijekovi, otapala i sintetička vlakna uključuju sve spojeve dobivene ugljenom. Ugljen se također može pretvoriti u tekuća i plinovita goriva; međutim, ova upotreba ugljena uglavnom je eksperimentalna i vrši se u manjem obimu.