Węgle kopalne są to skały osadowe, które powstały w wyniku gromadzenia się i późniejszego przeobrażenia szczątków roślinnych. Złożone są z szeregu związków organicznych oraz mineralnych składników nieorganicznych i wody. Zawierają pierwiastki : węgiel, tlen , wodór , azot i siarkę. Zbudowane są z podstawowych elementów, zwanych macerałami, które mają jednakowe cechy fizyczne, chemiczne i morfologiczne. Powstają one w wyniku uwęglenia materiału roślinnego. Przykładami macerału są : kutynit, spory nit, selenit, witryn.
Ze względu na rodzaj materii roślinnej , z której powstały węgle rozróżnia się : węgle humusowe , utworzone na torfowiskach ze szczątków flory lądowej w wyniku procesu humifikacji, węgle sapropelowe ,powstałe ze szczątków flory lądowej oraz węgle hiptobiolitowe , które powstają z nagromadzenia żywiczno – woskowych składników roślin.
W zależności od zawartości pierwiastka węgla wyróżnia się następujące gatunki węgli kopalnych: torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, antracyt i szungit.
Torf powstaje w wyniku zachodzących w szczególnych warunkach przemian obumarłych szczątków roślinnych. Zawiera mniej niż 60% węgla. Jest utworem będącym efektem niepełnego rozkładu szczątków roślinnych, które zachodzi w warunkach długotrwałego lub stałego zabagnienia wierzchniej warstwy gleby. Torf składa się z nierozłożonych szczątków roślin, oraz bezstrukturalnej masy humusu , czyli próchnicy. Węgiel ten jest w różnym stopniu nasycony substancjami mineralnymi, najczęściej jest to piasek , czasami wytrącone związki żelaza, rzadko związki fosforu.
Torf powstaje w wyniku torfienia polegającego na gromadzeniu i humifikacji szczątków roślinnych w warunkach nadmiernego uwilgotnienia. W zależności od długotrwałości warunków beztlenowych, mogą powstać utwory całkiem zhumifikowane, czyli muły , lub częściowo zhumifikowane torfy.
Kolejnym gatunkiem węgli kopalnych jest węgiel brunatny, który powstał w neogenie, w erze kenozoicznej ze szczątków roślin obumarłych bez dostępu powietrza. Charakterystyczna roślinnością terenów, na których powstawał ten węgiel , była roślinność bagienna. Kiedy obumarła, jej szczątki po wielu latach wypełniły obniżenia , na które wkraczał las. Dla bujnego rozwoju roślinności klimat musiał być ciepły i wilgotny. Gnijące drzewa i rośliny tworzyły coraz grubszą warstwę osadu, jednocześnie równomiernie powodowało to podnoszenie się zwierciadła wody. To , że szczątki znajdowały się poniżej lustra wody bez dostępu powietrza powodował ich powolne torfienie. W procesie torfienia grubość osadu stopniowo zmniejszała się , wzrastała i nim zawartość pierwiastkowego węgla. W dalszym procesie uwęglania nastąpiła diageneza- torf zmienił się w węgiel brunatny. Proces ten zachodzi po dalszym znaczniejszym obniżeniu terenu i nagromadzeniu substancji organicznych i przykryciu jej grubą warstwą osadów młodszych. Trwało to tysiące lat, jednak to nie czas miał tu największe znaczenie. Decydująca role odegrały procesy metamorficzne , czyli przemiany zachodzące w wyniku ciśnienia i temperatury. Resztki organiczne przykryte osadami o znacznej miąższości lub gdy procesy tektoniczne pogrążą je na znaczną głębokość, ciśnienie nakładu i wzrastająca z głębokością temperatura radykalnie przyspieszają proces uwęglenia. Jeśli ciśnienie i temperatura w procesach metamorfizmu osiągną odpowiednie wielkości , z węgla tworzy się czysty pierwiastek w postaci grafitu i diamentu.
Następnym jest węgiel kamienny, który zawiera od 75 do 95 % pierwiastka węgla. Powstał on w wyniku powolnych przekształceń tkanek roślinnych, rozkładu przez mikroorganizmy w warunkach ograniczonego dostępu tlenu oraz działania wysokiej temperatury i ciśnienia panującego pod powierzchnią ziemi. Większość złóż węgla formowała się od 360 do 28 mln lat temu. Węgiel powstał na bagnistych obszarach, które w tamtych czasach porastały wilgotne lasy tropikalne. Szczątki obumarłych roślin opadały na dno bagnistych jeziorzysk lub lagun, gdzie z powodu małej ilości tlenu i odpowiednich bakterii rozkładały się bardzo powoli. W pierwszej fazie rozkładu gnijące rośliny zmieniły się torf. Procesowi temu towarzyszyło wydzielanie metanu. Jednak sam torf nie jest w stanie przekształcić się w węgiel. Jego pokłady muszą najpierw zostać poddane odpowiedniemu ciśnieniu. Pierwsze zgniatanie następuje pod wpływem narastających ilości obumarłych roślin. Po zapełnieniu bagna przez substancje roślinną, na złoża torfu osadzały się warstwy piasku i mułu. Następnie teren się obniżał , a wody morskie lub jeziorne ponownie go zalewały, dzieli czemu dochodziło do kolejnego etapu akumulacji roślinnej. Cykl ten powtarzał się wielokrotnie , dlatego można powiedzieć , że węgiel kamienny powstał w procesie sedymentacji cyklicznej. Doprowadziła ona do powstania licznych, oddzielonych od siebie innymi skałami osadowymi , pokładów węgla , które dzięki procesom górotwórczym zostały wyniesione bliżej powierzchni ziemi.
Węglem kopalnych jest również antracyt. Jest on najsilniej przeobrażoną odmianą węgla kamiennego, charakteryzującą się największą zawartością węgla. Antracyt powstał w wyniku działania bardzo wysokich temperatur i olbrzymiego ciśnienia, podczas procesów diagenetycznych oraz metamorficznych. Jego złoża występują na dużych głębokościach, gównie w osadach z okresu karbońskiego.
Ropa naftowa jest to ciekła kopalina, złożona z mieszaniny naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi domieszkami azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń. Ma podstawowe znaczenie dla gospodarki światowej jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako jeden z najważniejszych surowców energetycznych.
Większość złóż powstałą z glonów i bakterii, które zostały pogrzebane pod mułem i iłem na dnie morza w okresie jurajskim. Przykryta warstwą mułu materia organiczna stopniowo rozkładała się i zamieniała w ropę pod wpływem wysokiej temperatury i tego samego , ogromnego ciśnienia , które zamieniało ił i muł w litą skałę. Ropa naftowa i gaz ziemny występują prawie wyłącznie w skałach osadowych, głownie w piaskowcach , których porowatości i szczeliny mogą stać się kolektorem węglowodorów. Aby mogło powstać złoże ropy naftowej lub gazu ziemnego , musi istnieć warstwa skał nieprzepuszczalnych przykrywająca skałę przepuszczaną. Dzięki temu ropa może gromadzić się w strukturze zwanej pułapką.
Gaz ziemny tworzy się na większych głębokościach niż ropa naftowa , przykładem może być proces tworzenia złóż gazu ziemnego w południowej części Morza Północnego, który według geologów rozpoczął się w karbonie , kiedy to z materii organicznej w środowisku bagiennym zaczęły się tworzyć złoża węgla. Warstwy węgla były zalewane wodą i przykrywane kolejnymi warstwami osadu. Na koniec , na głębokości około 4 km, ciepło wnętrza ziemi doprowadzało do wytrącenia się w węgla gazu. Gaz podobnie jak ropa , wędrował w górę warstw przepuszczalnych , aż do momentu , gdy napotkał ułożoną w kształcie klosza warstwę nieprzepuszczalną , gromadząc się w tej pułapce.
Bibliografia
Słownik pojęć przyrodniczych „Polska Przyroda”
„Surowce mineralne świata” A.Bolewski
Encyklopedia PWN
Encyklopedia „Świat wiedzy”
Internetowa Encyklopedia „Wikipedia”