Тема 1.2.2 Процеси утворення твердих горючих копалин

Для перетворень відмерлих рослинних матеріалів, занурених у воду, певне зна­чення мало хімічне середовище, у якому вони перебували; важливу роль відіграли, можливо, і фізико-хімічні фактори. Однак найважливішими є фактори, пов'язані з бак­теріальними процесами - з діяльністю ферментів мікроорганізмів, що викликають і спрямовують хід хімічних перетворень і реакцій (гідроліз, окиснювання, відновлення, полімеризація, поліконденсація й ін.).

Існують також аеробні й анаеробні мікроор­ганізми. Через порівняно малу вивченість впливу аеробних і анаеробних мікроорганіз­мів на процеси перетворень рослинних залишків, Г. Потоньє розглядав ці перетворен­ня тільки залежно від більшої або меншої участі в них кисню повітря, а також від воло­гості середовища, де протікали розглянуті процеси. З урахуванням цих факторів, Г. Потоньє розрізняв наступні основні види первинних перетворень рослинних залиш­ків:

1. Тління - перетворення залишків вищих рослин при достатньому доступі по­вітря в присутності води; при цьому всі органічні речовини переходять у кінцеві про­дукти окиснювання - вуглекислий газ і воду. Цей процес аналогічний повільному го­рінню, і тверді органічні залишки в результаті його протікання, як правило, не утво­рюються; тверді залишки можуть давати в цих умовах лише найбільш стійкі хімічні складові частини рослин. Отже, у результаті тління або зовсім не утворюється вугілля, або ж виходять первинні продукти, з яких утворюються ліптобіолити.

2. Гниття (гуміфікація) - цей процес відрізняється від тління недостатнім до­ступом повітря й малою вологістю: його уподібнюють неповному згорянню. У резуль­таті перетворень у таких умовах органічні речовини рослинних залишків лише частко­во перетворюються в СО і Н₂О, причому одночасно утворюється також невеликий тве­рдий залишок, що містить більше вуглецю, ніж вихідний матеріал. Його називають звичайно перегноєм або гумусом.

3.Оторфеніння (торфоутворення) - досить розповсюджений у природі процес. Протікає при великий вологості, спочатку при недостатньому доступі кисню повітря, а потім - при майже повній ізоляції від нього. Отже, лише в початковій стадії процес оторфеніння подібний до гниття, а надалі він має специфічні особливості: внаслідок перекриття рослинних залишків, що нагромадилися, більш-менш товстим шаром води припиняється доступ повітря до них, а на їхній поверхні знову розвивається багата рослинність, яка утворює, у свою чергу шар, що ізолює від повітря. Окисні процеси під цим шаром тривають як з виділенням Н₂О і СО, так і з утворенням твердого залишку (болотного торфу), але вони дуже уповільнені, і джерелом необхідного для цього кисню є, очевидно, сам перетворюваний рослинний матеріал.

Процес оторфеніння, як і гниття, зводиться в основному до підвищення віднос­ного вмісту вуглецю в гумусових твердих продуктах, які можуть накопичуватися у ве­ликих кількостях.

4.Гнильне шумування, або бродіння - це своєрідний вид перетворень рослин- них залишків, при якому процес здійснюється в спокійній воді при повній ізоляції від кисню повітря. Для цього процесу характерна перевага відновних реакцій, причому тверді продукти, що утворюються (гнильний мул, або сапропель) збагачуються не стільки вуглецем, як у раніше описаних процесах, скільки воднем. Гниттю піддаються в основному нижчі рослини - (водорості) і тваринні рештки.

Розглянуті види процесів зміни рослинних матеріалів, що накопичуються в природі, являють собою лише перші стадії вуглеутворення. У природних умовах вони тільки в рідкісних випадках протікають окремо: одні з цих процесів обов'язково супро­воджують інші, завдяки чому вони переплітаються й накладаються.

Характер основних змін окремих хімічних складових частин рослини на різних стадіях первинних перетворень.

Білки в аеробних умовах швидко піддаються повному розкладу з утворенням газоподібних продуктів (аміаку), а також, можливо, амінокислот. В анаеробних умовах відбувається гідролітичне розщеплення білків, у результаті чого виходять в основному також амінокислоти, подальше перетворення яких може йти різними шляхами залежно від характеру навколишнього середовища. Частина амінокислот розчинна у воді й, от­же, може легко видалятися з перетворених залишків рослин. Завдяки властивій аміно­кислотам високій реакційній здатності вони через аміногрупу або оксигрупу можуть легко вступати також у реакції конденсації, наприклад, із продуктами гідролізу деяких вуглеводів, утворюючи при цьому стійкі азотисті й сірчисті сполуки. Таким чином, не виключена можливість протікання реакцій синтезу між продуктами змін білків й ін­ших складових частин рослинних залишків.

Що стосується жирів, то в умовах природного нагромадження відмерлих рос­лин вони здатні швидко піддаватися омиленню й перетворюватися на суміші жирних кислот і гліцерину. В аеробних умовах жирні кислоти, як і жири, розкладаються порі­вняно легко. В анаеробних же умовах жирні кислоти змінюються в значно меншій мірі: винятково стійкими є насичені жирні кислоти й ті з ненасичених, які містять один по­двійний зв'язок.

У порівнянні з жирами воски значно більш стійкі як в аеробних, так і в анаеро­бних умовах, чим пояснюється те, що вони виявляються в торф'яних покладах і навіть у бурому вугіллі.

Спорополенін, кутин і суберин у природних умовах є також досить стійкими до дії біохімічних агентів. Дуже стійкими щодо дії мікроорганізмів в аеробних й анае­робних умовах є смоли й продукти їх перетворень. Після втрати ефірних масел, у яких звичайно розчинені смоли, в останніх протікали процеси полімеризації, при яких ускладнювалися молекули, смоли перетворювалися на тверді, ще більш стійкі, нероз­чинні й тугоплавкі речовини.

Усі менш складні вуглеводи в аеробних умовах легко розкладаються; у першу чергу це стосується найпростіших вуглеводів, причому вони малостійкі й в анаеробних умовах. Відносно більш стійкими в цих умовах виявляються геміцелюлози й пектинові речовини. Ще частіше в скупченнях перетворених рослинних залишків виявляють продукти гідролі­тичного розщеплення геміцелюлоз і пектинових речовин - пентозани й ексозани.

Трохи відрізняється від розглянутої теорії Потоньє генетична класифікація ви­копних палив Ю.А. Жемчужникова, базована на їх природі й походженні.

За Жемчужниковим, нагромадження вищих рослин складаються головним чином із двох типів речовин: 1) лігніноцелюлозних тканин; 2) кутинізованих елементів (кутику­ла, оболонки спор, пилок, коркова тканина). Ці два типи речовин можуть переважати або мати підлегле значення як матеріал, з якого утворилися ті або інші викопні палива, але у всіх випадках таким матеріалом будуть речовини вищих рослин, що дають на певній стадії розкладання гумус.