Исходные органические вещества. Со­гласно современным представлениям, счита­ется, что все виды ископаемого органического топлива образовались из остатков растений и микроорганизмов, живших 0,5…500 млн. лет назад. Химический состав таких остатков ха­рактеризуется сочетанием четырех групп химических соединений:

Углеводов, к которым относится, в част­ности, один из основных компонентов древе­сины — целлюлоза;

Лигнина — межклеточного вещества высших растений;

Липоидов, в число которых входят: смо­лы— смеси высокомолекулярных органиче­ских кислот, воски — сложные эфиры таких кислот и одноатомных спиртов, жиры — сложные эфиры глицерина (трехатомного спирта) и органических кислот;

Белков (протеинов), молекулы которых состоят из звеньев аминокислот, содержащих аминогруппы (-NH2) и карбоксильные группы (-СООН).

Накопление органических остатков про­ходило в тех местах земной поверхности, где эти остатки были защищены от полного окис­ления кислородом воздуха: на заболоченных участках суши и на дне морей и океанов, пре­имущественно в мелководных прибрежных зонах, особенно богатых микроорганизмами.

В условиях заболоченной суши накапли­вались в основном остатки высших растений (деревьев, кус тарников, трав) и мхов. Особен­ность их химического состава — высокое со­держание углеводов и лигнина при малом со­держании липоидов и белков. Такой исход­ный органический материал послужил источ­ником образования ряда горючих ископае­мых, получивших название гумолитов (от ла­тинского гумус — перегной).

На дне прибрежных зон морей и океанов накапливались преимущественно остатки микроводорослей и бактерий, богатые липои­дами и белками, но содержащие мало углево­дов и почти не содержащие лигнина. Эта спе­цифика исходного химического состава, а также особенности условий первичных пре­образований (практически полностью исклю­чен доступ воздуха) привели к формированию группы горючих ископаемых, называемых сстропелитами (сапропель в переводе с ла­тинского — гниющий ил).

Стадии углефикации гумолитов. Расти­тельные остатки, накапливающиеся в болотах, подвергались воздействию микроорганизмов при ограниченном доступе воздуха. В резуль­тате формировался торф, в котором по мере увеличения степени разложения росло содер­жание бесструктурной массы гуминовых ки­слот— высокомолекулярных веществ, в мо­лекулах которых присутствуют карбоксиль­ные группы. Одновременно уменьшалось со­держание структурных элементов, имеющих форму исходных растений. Описанный этап преобразований (метаморфизма) раститель­ных остатков называется торфяной стадией.

Дальнейшие преобразования проходили в иных условиях и под действием других фак­торов — после попадания торфяника в толщу земной коры в результате происходивших в ней сдвигов. В новых условиях органический материал испытывал воздействие высоких давлений, достигавших сотен мегапаскалей, повышенных температур (180…250 °С), а также каталитическое воздействие горных пород. Преобразования, вызванные действием этих факторов, называют углефикацией.

Гумолиты, имеющие невысокую степень углефикации, называют бурыми углями. На этой стадии в них сохраняется некоторая часть гуминовых кислот. Если поместить из­мельченный бурый уголь в раствор щелочи, из гуминовых кислот образуются раствори­мые соли— гуматы, окрашивающие раствор в бурый цвет. Отсюда и происходит название бурых углей, которые сами по себе нередко имеют не бурый, а черный цвет.

Бурые угли, образовавшиеся из торфа низкой сте­пени разложения, за рубежом называют лигнитами. В лигнитах визуально обнаруживаются "обугленные" час­ти растений.

Более высокая степень углефикации гумо­литов, как предполагают, достигалась в тех участках земной коры, где имели место более высокие температуры (250…350 °С). В этих условиях разрушались наименее стойкие эле­менты молекулярной структуры угля, в том числе карбоксильные группы. Поэтому гуми — новые кислоты превращались в нейтральные гумины. Полное отсутствие в угле гуминовых кислот служит генетическим признаком для отнесения такого угля уже не к бурым, а к ка­менным углям.

Преобразования органического вещества углей на этом не заканчивались. Встречаю­щиеся в земной коре каменные угли могут иметь существенно различную степень угле­фикации.

Гумолиты наивысшей степени углефика­ции называют антрацитами; их выделяют по химическому составу и свойствам, а также по внешним признакам: высоким твердости, хрупкости, светоотражательной способности (блеску).

Метаморфизм сапропелитов. Преобра­зования сапропелитов на начальном этапе также происходили под действием биохими­ческих факторов, но в условиях полного от­сутствия свободного кислорода. При этом главную роль играли анаэробные бактерии, способные "отбирать" связанный кислород у остатков отмерших микроорганизмов. Спе­цифический исходный химический состав этих остатков вместе с усиленной потерей ими кислорода способствовали преимущест­венному превращению органического мате­риала в смесь предельных и непредельных углеводородов.

Последующие преобразования, как и в случае гумолитов, протекали в толще земной коры. В относительно мягких условиях, по — видимому, преобладали процессы полимери­зации непредельных углеводородов и отвер­ждения органического материала. Так сфор­мировались специфические угли — богхеды (на территории России они встречаются редко и практически не используются), а также г о — рючие сланцы.

Более глубокие химические преобразова­ния сапропеля в глубине земной коры при повышенных температурах и каталитическом действии горных пород привели к формиро­ванию смеси жидких и газообразных органи­ческих веществ — преимущественно углево­дородов. Жидкая масса — нефть и смесь га­зов — природный горючий газ перемещались в пористых пластах, накапливаясь в участках земной коры, ограниченных непроницаемыми породами. Именно в таких геологических структурах и обнаруживаются сейчас нефтя­ные и газовые месторождения.

Петрографический состав углей. Иско­паемые угли (гумолиты) состоят из различных микрокомпонентов, которые можно выявить с помощью микроскопа (ГОСТ 12113) при рас­смотрении полированных и протравленных срезов угля (аншлифов). По петрографиче­ским характеристикам (по показателю отра­жения света, цвету, структуре и рельефу) микрокомпоненты объединяют в группы.

Так, в составе бурых углей установлены (ГОСТ 12112) такие компоненты, как: гуми — нит (обозначение — ТІ) —- однородный, бес­структурный материал с наибольшим показа­телем отражения; инертинит (I) — матовый пористый непрочный материал, в котором сохранилась клеточная структура древесины (стенки клеток обуглены) и прочие.

В состав каменных углей входят (ГОСТ 9414): витринит (Vt) — стеклообразное ве­щество, продукт углефикации гуминита; фю — зинит (F) — продукт углефикации инертини — та, сходный с ним по внешним признака^ и прочие.

Петрографические исследования углей по­зволили выделить критерий, четко связанный со степенью их углефикации — средний пока­затель отражения света витринитом R0, %, который возрастает с увеличением степени углефикации. Показатель R0 является главным критерием в современной классификации ис­копаемых углей.

Петрографический состав углей влияет на многие их технологические характеристики, поэтому классификация предусматривает вы­деление особых технологических подгрупп топлива: например, с преобладанием витри — нита — витринитовый уголь; фюзинита — фюзинитовый уголь.