Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Ископаемое топливо образуется со временем из отложений древнего органического вещества, претерпевающего изменения под воздействием температуры и давления. Ископаемое топливо включает нефть, природный газ и уголь. Первая нефтяная скважина (скважина Дрейка) была пробурена в Пенсильвании в 1858 г. До этого времени во многих частях Европы и Америки для ламп использовался китовый жир. На карикатуре в журнале Vanity Fair за 1861 г. изображено, как кашалоты отмечают открытие нефтяного месторождения, дав большой бал (рис. 12.3). До этого было известно о естественных выходах нефти, но нефть не была доступна в количествах, достаточных для промышленного использования. На самом деле развитие методов добычи ископаемого топлива в значительной степени ускорило вторую промышленную революцию.

Люди давно знали о свойствах угля и использовали его в качестве топлива в небольших количествах до того, как он стал двигателем экономики и промышленности во времена первой промышленной революции. Начиная с середины XVIII в. сжигание угля использовалось для приведения в действие паровых двигателей.

Рис. 12.3. Большой бал китов (кашалоты празднуют открытие нефтяного месторождения. Vanity Fair, 1861)

Ископаемые угли – это органические осадочные горные породы, сформировавшиеся в основном в каменноугольном периоде в пресных или солоноватых водах в болотистых участках или в прибрежных зонах, где существовали огромные количества остатков растений. Процесс образования угля начинается, когда после отмирания растений значительное количество растительного материала накапливается, попадает в воду и начинает разлагаться. Со временем органический материал накапливается в слоях и начинает уплотняться под действием давления, которое вытесняет воду. Затем в условиях среды с низким содержанием кислорода начинает формироваться торф. В результате подъема и снижения уровня моря поверх торфа откладываются новые слои, создавая дополнительные силы сжатия. Со временем и под влиянием температуры из захороненного торфа формируется лигнит (бурый уголь) – уголь низкого качества. По прошествии еще большего времени этот материал становится плотнее и суше, образуя полубитуминозный, а затем битуминозный уголь, и, наконец, при высоких температурах и давлении, как произошло во время образования Аппалачей, создается метаморфическая органическая порода – антрацит. От лигнита до антрацита качество угля повышается: чем старше уголь, тем меньше содержание воды, выше плотность, и материал более богат углеродом.

Как уже отмечалось, один из самых значимых периодов формирования залежей угля – это каменноугольный период палеозойской эры, когда преобладали болота и такие растения, как каламиты, лепидодендроны и сфенофиллумы. Не существует углей, возраст которых моложе 2 млн лет[571].

Шахтеры добывают уголь открытым способом, если слои находятся достаточно близко к поверхности Земли, или другими способами, такими как шахтный и скважинный, если уголь залегает глубоко. Эти методы добычи могут сказаться на окружающей среде. При открытом способе добычи не только извлекаются большие объемы земли, но кислотные шахтные воды могут разрушать водоемы, реки и почвы.

И при открытом, и при закрытом способе добычи угля вместе с ним извлекается минерал пирит («золото дураков»), представляющий собой сульфид железа; пирит формируется в той же среде, что и уголь. В процессе обработки уголь и ассоциированный пирит подвергаются дроблению (чтобы продукт стал более пригоден для транспортировки), и в результате площадь поверхности обоих материалов увеличивается. В условиях с низким содержанием кислорода, где формируется пирит, он находится в равновесии, но на поверхности Земли пирит теряет стабильность. Он начинает выветриваться (разрушаться), а увеличение площади поверхности за счет раздробленного минерала приводит к росту скорости процесса выветривания. Разрушение пирита становится причиной появления кислотных шахтных вод. Присутствие бактерий ускоряет процесс, который приводит к стремительному закислению. Другие химические вещества и металлы в окружающих породах или в тоннелях шахты, в которых застаиваются шахтные воды с растущей кислотностью, начинают вымываться из-за постоянного воздействия кислой среды. Поэтому иногда реки в зонах добычи угля становятся красными.