Kemijska i geoloka teh. kola Ulica grada Vukovara 269, 10 000 Zagreb

ZAVRNI RAD

IVANA ESTO, 4.k

MENTOR: prof. Mirko Heimovi1

Zagreb, lipanj 2001.

ZAHVALJUJEM SE PROFESORU HEIMOVIU TO MI JE POMOGAO PRI IZRADI OVE MATURALNE RADNJE TE NA POMOI I SUGESTIJAMA TOKOM RADA.

2

SADRAJ1. UVOD 2. POSTANAK UGLJENA2.1. procesi karbonizacije 2.1.1. biokemijski procesi 2.1.2. geokemijski procesi 2.2. genetska klasifikacija ugljena 2.2.1. ugljeni nastali od viih biljaka 2.2.2. ugljeni nastali od viih i niih biljaka 2.2.3. ugljeni nastali od niih biljaka 2.3. sredine formiranja ugljena 2.3.1. ugljenonosni bazeni 2.3.2. sredine znaajne za formiranje ugljenonosnih sedimenata 2.4. litoloke karakteristike ugljenonosnih sedimenata 2.4.1. mineralni sastav sedimenata 2.4.2. granulometrijski sastav sedimenata 2.5. geotektonski procesi i ugljenonosni sedimenti

3. STADIJI KARBONIZACIJE I VRSTE UGLJENA3.1. stadij treseta i sapropelnih naslaga 3.1.1. treset 3.1.2. sapropelne naslage 3.2. stadij mrkog ugljena 3.3. stadij kamenog ugljena 3.4. stadij antracita 3.5. stadij grafita

4. ZAKLJUAK3

5. LITERATURA

1. UVODUgljen je goriva sedimentna stijena koja nastaje od ostataka kopnenih, a rjee vodenih biljaka i manjeg dijela anorganske tvari procesima karbonizacije. Petrografski sastav, kemijske i fizike osobine ugljena ovise o organskim i anorganskim tvarima te vrsti, intenzitetu i trajanju geokemijskih i biokemijskih procesa. Ugljen ubrajamo u grupu sedimentnih stijena organskog porijekla koje se izdvajaju pod zajednikim imenom bioliti (bios-ivot, lithos-stijena). Poto je ugljen goriva stijena takoer ga svrstavamo u grupu kaustobiolita (kaustos-gori, bios-ivot, lithos-stijena) zajedno sa naftom, ugljenim kriljcima, bitumenoznim ugljenom i svim vrstama bitumena. Prirodni ili fosilni ugljen sastavni je dio Zemljine kore i to onog dijela koji je nastao taloenjem organskog i neorganskog materijala u geolokoj prolosti Zemlje. Ugljenom se bave razliite znanstvene discipline kao to su : Paleobotanika koja prouava vegetaciju u geolokoj prolosti. Petrografija koja ispituje sastav ugljena i ugljen kao sedimentnu stijenu. Sedimentologija koja prouava zakonitosti nakupljanja, izmjene i rasprostranjenosti naslaga ugljena. Biostratigrafija prouava floru i faunu geoloke prolosti, a slui nam za odreivanje starosti i rasporeda ugljenih slojeva. Tektonika se bavi sklopom i graom zemljine kore, a vana je pri eksploataciji ugljena. Prisustvo ugljena zapaeno je na svim kontinentima i to na raznim dubinama u zemljinoj kori. Naroito je rasprostranjen na sjevernoj zemljinoj polutci. Prvi zabiljeeni podaci o otkrivanju ugljena u Europi su iz 1113. godine kada je vreno iskopavanje ugljena u dolini rijeke Virma blizu dananje njemako-holandske granice. Ugljen je postao znaajan inioc ostvarenog ekonomskog i kulturnog razvitka ljudskog drutva.

4

2. POSTANAK UGLJENA2.1. PROCESI KARBONIZACIJA2.1.1. BIOKEMIJSKI PROCESI Biokemijski procesi razlaganja biljne tvari su vrlo sloeni. Nemaju istovremeni tok, oni su raznovrsni jer ovise o itavom nizu okolnosti i uzronika. Najvaniji su vrsta biljnog materijala i njen poetni razliiti kemijski sastav, uvjeti nagomilavanja, vrste mikroorganizama, kemijski karakter sredine i drugo. U geolokoj prolosti postojale su nesumnjivo razliite vrste nagomilavanjabiljne tvari, ali su isto tako postojale nesumnjivo i specifine vrste mikroorganizama. Sve to govori da je u geolokoj prolosti bio mogu vrlo razliit nain biokemijskih realizacija tijekom kojih su razliiti biljni organizmi, uz razliite tokove procesa stvorili humusne tvari. Biokemijski proces odvija se u dvije faze. Biokemijsko raspadanje tvari izumrlih biljaka pod djelovanjem mikroorganizama do vrlo jednostavnih aktivnih spojeva i sintezaom novih tvari kojih do tada nije bilo u biljnoj tvari. Iz godine u godinu u prirodi ugine velika koliina biljne tvari. Ponekad dolazi do truljenja samo pojedinih dijelova, uglavnom lia. Takva trula tvar nakuplja se na svom primarnom mjestu ili na mjestu gdje je biljne ostatke prenio vjetar ili voda.Tada dolazi do razlaganja biljne tvari i tu razlikujemo etiri procesa: Truljenje - proces u kojem se organska tvar razlae u prisustvu zraka i vode,pod utjecajem kisika, ozona i svijetlosti. Razlaganje je potpuno i bez vrstih ostataka jer se biljna tvar razlaganjem pretvara u vodenu paru i plinove (ugljikovodici), dok mineralne soli odmosi voda. Humifikacija - proces pri emu se organska tvar pretvara u humus. Tresetizacija - se odvija u movarama gdje biljke rastu na nagomilanim ostacima uginulih biljaka pri emu gornje naslage izoliraju od zraka donje, pa nastaje proces tresetizacije pod djelovanjem anaerobnih bakterija. Sapropelizacija - proces razlaganja organske tvari u sredinama bez prisustva zraka u stajaim vodama gdje na dno padaju planktonski organizmi. Ovaj proces se odvija u izrazito reduktivnoj sredini uz djelovanje anaerobnih bakterija pri emu se masti i bjelanevine pretvaraju u kiseline. Organska tvar se pretvara u mulj neugodna mirisa koji nazivamo sapropel pri5

emu se izdvajaju metan, vodik i sumporovodik.

Kod procesa humifikacije i tresetizacije razlau se kopneni biljni ostaci koji se u velikoj koliini sastoje od celuloze i lignina, a kod procesa sapropelizacije razlau se uglavnom planktonske biljke, najee koje sadre velike koliine masti i bjelanevina. Matine tvari su glavni faktor biokemijskog razlaganja: Mikroorganizmi se mogu razvijati i pri vrlo visokim, a takoer i pri vrlo niskim temperaturama. Oni su prisutni u tresetu, sapropelu i ugljenim slojevima. Razmnoavaju se vrlo brzo, razlaui stalno " mrtvo tkivo biljaka s takvom brzinom da se mogu usporediti s iskusnim kemiarem, koji raspolae sa savrenim laboratorijem" ( N. Misustin,1957. god. ) Izumrle biljke izloene su intenzivnom razaranju aerobnih mikroorganizama koji s poveanjem dubine dolaze na mjesto anaerobnih mikroorganizama. Razlaganje zahvaa najprije manje otporne biljne dijelove, kao i sitne komade biljaka. Krupniji, drvenasti dijelovi se tee razlau uslijed oteanog prodiranja mikroorganizama u dubinu drvenaste tvari. Razlaui matinu tvar mikroorganizmi i sami nakon odumiranja ulaze u njen sastav. Zrak u procesu biokemijskog razlaganja izaziva oksidaciju biljne tvari i zgunjavanje koloida organske tvari. Voda ima veliku vanost u procesima biokemijskog razlaganja. Ona proima biljnu tvar, dovodi je do bubrenja, pomae da se iz lignina i otpornih dijelova izlue ve razloene tvari.Voda prima u sebe razliite tvari koncentrirajui ih na razliite naine i razmjetajui ih. Posebno je interesantan utjecaj karbonatnih voda. Njihov pritjecaj u movaru smanjuje kiselost treseta, a poveava djelovanje bakterija.Tada dolazi do stvaranja doplerita, a humusne kiseline prelaze u vapnena tla. U ugljenima sa mnogo CaCO3 obino ima mnogo singenetskog pirita (FeS) i dosta sumpora. Kiseline se stvaraju zbog razlaganja organske tvari u prisustvu kisika. Kisik dospijeva u tresetita sa zrakom i vodom. Formirane kiseline stvaraju sredinu u kojoj rastvorena tvar pri velikoj koncentraciji prelazi u stanje koloida. Pri daljnjem procesu polimerizacije tvari stvara se gel. Proces gelifikacije moe biti prekinut doticajem svake vode, izazivajui daljnje razlaganje organske tvari. Baze se stvaraju u vodenim sredinama pod utjecajem anaerobnih bakterija. U takvoj sredini kiseline se mogu pretvoriti u neutralne ili bazine tvari. Tako,masne tvari u anaerobnim uvjetima, prelaze u koloidni sistem. Ulazei u kiselu sredinu organske, a pogotovo masne tvari, trpe polimerizaciju i prelaze u gel.

6

2.1.2. GEOKEMIJSKI PROCESI Metamorfizam ugljena ovisi o matinom materijalu, temperaturi, tlaku i vremenu trajanja procesa. Matini materijal - tu podrazumijevamo vrstu matinog materijala i stanje u koje ga je dovelo prethodno djelovanje procesa razlaganja (biokemijski procesi). Temperatura - je jedan od osnovnih faktora geokemijskih promjena ugljena. U pojedinim sluajevima visoke temperature imaju samo neznatan utjecaj na ugljenu masu, dok u drugom sluaju i relativno malo poveanje temperature moe izazvati znatne promjene u ugljenoj masi. Tlak (pritisak) - moe biti boni i vertikalni. Oba mogu izazvati kemijske i strukturne promjene. Smatra se da pritisci izazivaju promjene u kemijskom sastavu. Boni pritisci izazvani boranjem sedimenata dovode do povienog stupnja metamorfizma.Vertikalni pritisci su smatrani glavnim faktorom metamorfizma. 1873. godine G. Hilt, prouavajui njemake ugljenonosne karbonske bazene, postavio je "Hiltovo pravilo" koje glasi: "STUPANJMETAMORFIZMA UGLJENA RASTE PROPORCIONALNO SA STRATIGRAFSKOM DUBINOM SLOJA".

Geoloko vrijeme - ima velik znaaj pri metamorfizmu ugljena. Utjecaj vremena nije slian utjecaju koji izazivaju temperatura i tlak. Ovisno o tim faktorima izdvajaju se tri tipa metamorfizma: Kontaktno termalni metamorfizam obuhvaa geokemijske promjene ugljena nastale kao posljedica neposrednog djelovanja inih i izljevnih stijena. Regionalni metamorfizam uvjetovan je poveanjem temperature s dubinom i vertikalnim pritiscima. Dinamometamorfizam uvjetovan je bonim pritiscima i javlja se u tektonskin sloenim leitima i bazenima.

7

2.2. GENETSKA KLASIFIKACIJA UGLJENA2.2.1. UGLJENI NASTALI OD VIIH BILJAKA Grupu humolita ine etiri klase: Antraksiliti - ine je ugljeni nastali od drvenastog tkiva u kojima je jo jasno ili djelomino ouvana drvenasta struktura. Obino se radi o stablima, granama ili drvenastom korjenju. Gelitoliti - ugljeni nastali od odlomaka drvenastog tkiva kod koga je usljed specifinih procesa gelifikacije unitena drvenasta struktura. Fuzenoliti - obuhvaa ugljene nastale od drvenastih, a sasvim rijetko i od zemljastih biljaka (u tresetu) putem specijalnog procesa fuzenizacije. Humitoliti - ugljeni nastali od mjeavine razliitih vrsta humusne tvari. Grupu liptobiolita ine etiri klase koje nastaju u posebnim uvjetima u kojima se odvijaju procesi eluvijacije. Sastoje se iskljuivo od otpornih djelova viih biljaka kao to su oviospora, kutikula i smolna tijela. Sporiniti - Boja im jako varira i nemaju sjaja. Kutiniti - u sastavu prevladavaju kutikule. Tamne su boje, mat sjaja i struktura im je listiava. Reziniti - od smo ih tjelaca. Javljaju se kao proslojci u humusnim ugljenima i ne ine ugljene slojeve. Suberiniti - ugljeni sa velikom koliinom kore u sastavu. Tamne su boje i nepravilnog loma. Pod mikroskopom se vide razliiti tipovi kore.

8

2.2.2. UGLJENI NASTALI OD VIIH I NIIH BILJAKA Sastoje se od razliitog matinog materijala, biljnog materijala i rijee od ivotinjskih organizama. Grupa sapropelo-humolita i humolito-sapropelita Polusapropeliti - sastoje se od ostataka viih i niih biljaka i ivotinjskih organizama. Od humolita se razlikuju po sadraju sapropelne tvari, a od sapropelita prisustvom humusne tvari. Keneliti - gore jakim plamenom. Boja im je crna, zrnate su strukture i nepravilnog loma. Sapropelna osnova u sebi sadri spore i alge. Gagati - specijalna vrsta ugljena koju ine ostaci drveta u sapropelnoj osnovi.

2.2.3. UGLJENI NASTALI OD NIIH BILJAKA Grupa sapropelita Pravi sapropeliti - nastali su od sapropela, odnosno razloenih djelova niih biljaka i ivotinjskih organizama. Pod mikroskopom se uoavaju ostaci algi. Saprokoliti - po sastavu su slini sapropelitima, a razlikuju se po tome to je cijela tvar pretvorena u koloidnu masu.

9

2.3.SREDINE FORMIRANJA UGLJENA2.3.1. UGLJENONOSNI BAZENI Da bi se shvatio nain pojavljivanja, a i geneza ugljenonosnih sedimenata potrebno je objasniti osnovne mehanizme i dinamiku formiranja sedimenata uope. Formiranje ugljenih sedimenata ovisi o nizu faktora koji su karakteristini za svaku pojedinu sredinu u kojoj je dolo do njihovog formiranja. To nam omoguuje da rekonstruiramo sredine koje su dale pojedina leita. Pri formiranju razlikujemo dva osnovna tipa bazena, limniki i paraliki. Limniki bazeni (gr. limne-jezero, bara) stvaraju se na kopnu pa se u njima osim slojeva ugljena javljaju i drugi kopneni i rijeni sedimenti npr. jezerski i rijeni sedimenti, slatkovodna flora i fauna, te kontinentalna flora. Paraliki bazeni (gr. paralios-primorski) stvaraju se u primorskim podrujima, pa se u njima osim siojeva ugljena koji je nastao od kopnenog bilja pojavljuju i morski sedimenti s ostacima morske flore i faune. Osnovna obiljeja ugljenih sedimenata nam slue za tumaenje geneze ugljenonosnih sedimenata i samih slojeva. Omoguuju nam da stvorimo sliku o postojanju odreenih ivotnih sredina i sredina sedimentacije za odreeno vremensko razdoblje geoloke prolosti u kome su ugljenonosni sedimenti formirani. Na osnovu mnogobrojnih istraivanja mogue je prikazati sljedeu shemu osnovnih obiljeja ugljenonosnih sedimenata.

PALEOBIOLOKA OBILJEJA

LITOLOKA OBILJEJA

GEOTEKTONSKA OBILJEJA

10

TIPOVI SREDINA: -kopnene -priobalne -morske FLORA: -asocijacije -zone -regije FAUNA: -asocijacije -zone -regije PALEOEKOLOKE KARAKTERISTIKE: -paleoklimatoloke -kemizam i druge karakteristike vodene sredine

STRUKTURA 1.materijalni sastav 2.granulometrijski sastav 3.cement 4.boja 5.poroznost 6.stupanj korozivnosti zrna 7.srupanj sortiranosti zrna

TEKSTURA 1.primarna slojevitost 2.proslojci 3.raslojavanje 4.teksture: -zamuivanje -podvodni tokovi

1.neizmjeninost slojeva 2.karakter kontakta i prijelaz iz jednog sloja u drugi 3.oblik sloja: -debljina sloja -rasprostranjenost sloja

2.3.2. SREDINE ZNAAJNE ZA FORMIRANJE UGLJENONOSNIH SEDIMENATA

SREDINE ZNAAJNE ZA FORMIRANJE LIMNIKIH UGLJENONOSNIH SEDIMENATA KONTINENTALNE: - movarne - rijene - povremeni tokovi - padina i njihovih podnoja - jezerske KOPNENE: - pustinjske - sredine u kojima se formiraju crvene serije - glacijalne

SREDINE ZNAAJNE ZA FORMIRANJE PARALIKIH UGLJENONOSNIH SEDIMENATA PRIJELAZNE: - movarne - delte - estuarijske - litoralne - priobalne ravnice - ravne morske obale - zaljevi - lagune MORSKE: - neritske - batijalne - abisalne

Sredine znaajne za formiranje limnikih ugljenonosnih sedimenata Sredine znaajne za formiranje limnikih ugljenonosnih bazena mogu biti kontinentalne i kopnene. Kontinentalne sredine se mogu podjeliti na sredine kopnenih voda (movarne, rijene, povremeni tokovi, sredine planinskih podnoja i padina, jezerske sredine) i prave kopnene sredine (pustinjske, sredine formiranja crvenih serija, glacijalne sredine). Sredine kopnenih voda su po pravilu sredine slatke vode (limnike),11

sa rijetkim izuzecima kada se radi o sredinama slanih kopnenih jezera. U prvom sluaju one sadre slatkovodnu floru i faunu - limnobios. Izuzetak su movarne sredine gdje se javlja i kopnena flora razliitog tipa.

Sredine znaajne za formiranje paralikih ugljenonosnih sedimenata Prijelazne sredine su znaajne za formiranje paralikih ugljenonosnih sedimenata. To su u prvom redu sredine priobalskih movara, sredine delte, estuarija, litorala, priobalne ravnice, ravne morske obale, zaljevi i lagune. Delte predstavljaju sloeni kompleks sredina. Prouavanje sredina delte od velikog je znaaja za upoznavanje genetskih karakteristika ugljenonosnih sedimenata jer su movarne sredine i sredine delte meusobno vrlo bliske i esto se naizmjenino zamjenjuju.

Estuarij je ue rijene doline ispunjeno morem u kojem dolazi do mjeanja morske i slatke vode. U gornjim dijelovima je slatka voda sa svojim ivim svijetom, a ispod nje je slana voda sa odgovarajuom florom i faunom. Litoralna sredina je ograniena na prostor definiran kao prostor izmeu najvieg i najnieg nivoa morske vode za vrijeme plime i oseke. Morske sredine su iroko rasprostranjene na zemlji. Morski sedimenti formiraju se na morskom dnu koje se dijeli na tri zone. Neritska zona - zona kontinentalnog praga (do 200 m) Batijalna zona - zona kontinentalne podine (200 - 2000 m) Abisalna zona - dno oceana (2000 - 10 000 m) Marinski sedimenti

12

Crvena dubokomorska glina Radiolarijski mulj Dijatomejski mulj Globigerinski mulj Pteropodski mulj DUBOKOMORSKI SEDIMENTI (dubine vee od 200 m) Sivi mulj Crveni mulj Zeleni mulj Vulkanogeni mulj Koraljski mulj ljunak Pijesak Mulj Plitkomorski sedimenti LITORALNI SEDIMENTI (izmeu nivoa plime i oseke) Brea ljunak Pijesak Mulj

Peleki sedimenti

Dubokomorski sedimenti

PLITKOMORSKI SEDIMENTI (do 200 m dubine)

Terigeni sedimenti

2.4. LITOLOKE KARAKTERISTIKE UGLJENONOSNIH SEDIMENATAOsnovno obiljeje svakog sedimenta su njegov mineraloki i granulometrijski sastav zbog toga to nam govori o karakteru i dinamici sredine taloenja, njenom intenzitetu i brzini izmjene razliitih stanja.

2.4.1. MINERALOKI SASTAV SEDIMENATA Ugljeni sedimenti sadre u sebi brojne minerale koji su veim dijelom donjeti na mjesto taloenja mehanikim putem. Takve naslage uglavnom13

sadre iznad 10% kvarca, minerala glina, tinjaca, dolomita i kalcita. Manje od 10% ima feldspata, krupnih tinjaca, gipsa i kalcedona. Neklastini minerali koji se javljaju u naslagama su kalcit, dolomit, kalcedon, gips i sekundarni kvarc. Najei minerali u sedimentimaMINERAL KVARC NAIN POJAVLJIVANJA I PORIJEKLO Pojavljuju se u obliku odlomaka i ispranih zrnaca - autigeni kvarc. Matini materijal su magmatske stijene (granit), metamorfne stijene (gnajs) ili drugi ranije pretaloeni sedimenti Pojavljuju se u obliku detritusa, silicijskih konkrecija ili proslojaka u vapnencu ili dolomitu, a i kao cement u pjeenjaku Nalaze se kao odlomci i zrna, a i kao autigeni feldspati u vapnencu. ee se nalaze kalijski feldspati. Nihovo porijeklo povezano je sa brzom erozijom i brzim procesima sedimentacije u podrujima postojanja granitnih masiva Prisutni su u pjeenjacima i glincima. Potiu od tinjastih izljevnih i metamorfnih stijena (pegmatit, gnajs). Muskovit se ee sree od biotita Prisutni su kao sekundarne komponente uglavnom u pjeenjacima. Tipini teki minerali : magnetit, ilmenit, tirmalin, granat, cirkon, rutil i drugi Javljaju se obino u glinovitim sedimentima ili kao osnovna masa u drugim detritinim sedimentima. To su najee kaolinit, montmorionit, ilit. Javljaju se u vidu sloenih smjesa. Porjeklo im je povezano sa razaranjem izljevnih ili metamorfnih stijena ili sapretaloavanjem glinovitih naslaga

KALCEDON

FELDSPATI

TINJCI

TEKI MINERALI

MINERALI GLINA

OKSIDI METALA KALCIT

Obino se javljaju u obliku cementa ili prevlaka na zrnima. Pojavljuju se kao ooliti, kristali, odlomci, cement itd. Nastaje najee na mjestu formiranja sedimenta kao rezultat dijelovanja kemijskih i biogenih tvari. Rijee se pojavljuju kao odlomci. Cement je esto autigen Nastaju najee zamjenjivanjem kalcita, mada se primaran dolomit moe stvarati pri isparavanju zajedno sa evaporitima Gips i anhidrit javljaju se ee od halita u obliku slojevitih masa. Nastaju kao rezultat isparavanja

DOLOMIT

EVAPORITI

14

2.4.2. GRANULOMETRIJSKI SASTAV SEDIMENATA Granulometrijski sastav je glavna strukturna karakteristika ugljenonosnih naslaga. Veliina zrna sedimenata najbolje odraava karakter dinamike sredine sedimentacije. Prouavanje granulometrijskog sastava ima velik znaaj jer ono znatno upotpunjuje sliku facijalnih i geotektonskih uvjeta u kojima nastaju ugljenonosni sedimenti. Za precizno razumjevanje svih zbivanja koja su vezana sa promjenama u sedimentacijskim sredinama, potrebno je upoznati se sa osnovnom nomenklaturom sedimenata ugljenonosnih naslaga.

NAZIV SEDIMENTA (osnovni tipovi) KRUPNOA ZRNA (mm) vei od 100 od 50 - 100 od 10 - 50 od 2 - 10 od 1 - 2 od 0.5 - 1 od 0.25 - 0.5 od 0.10 - 0.25 od 0.05 - 0.10 od 0.01 - 0.05 manje od 0.01 ugljeni Za rastresite i slabo vezane sedimente krupni ljunak srednji ljunak sitan ljunak grubozrnati ljunak krupnozrnati pijesak srednjezrnati pijesak sitnozrnati pijesak krupnozrnati silt sitnozrnati silt glina mrki ugljen Za ovrsle sedimente Za metamorfizirane stijene

krupni konglomerat srednji konglomerat sitan konglomerat grubozrnati pjeenjak krupnozrnati pjeenjak srednjezrnati pjeenjak sitnozrnati pjeenjak pjeskoviti kriljavac krupnozrnati siltit krupnozrnati siltitni kriljavac srednjezrnati siltit sitnozrnati siltitni kriljavac argilit glineni kriljavac kameni ugljen antracit (do grafita)

2.5. GEOTEKTONSKI PROCESI I UGLJENONOSNI SEDIMENTIGeotektonska evolucija zemljine kore objanjava osnovne promjene i odreuje glavne smjerove zbivanja pri razaranju starih dijelova zemljine kore i formiranju njenih novih dijelova. Formiranje sedimenata, pa i ugljenih sedimenata posebno, je sloen proces koji ovisi o glavnim tijekovima geotektonske evolucije. Dinamiku sedimentacije odreuju kolebanja u zemljinoj kori. Sputanje i izdizanje pojedinih dijelova zemljine kore remeti odnose voda kopno pa tako dolazi do migracije movarnih zona. Razliita brzina izdizanja i tonjenja ima takoer velik utjecaj na formiranje ugljenonosnih sedimenata. Sloena geotektonska evolucija dovodi do mnogobrojnih posljedica15

koje odreuju tip sredina (ivotnih i sedimentacijskih) koje stvaraju razliite vrste ugljenonosnih sedimenata.

3. STADIJI KARBONIZACIJE I VRSTE UGLJENAU skladu sa prihvaenim gleditima o meusobnoj povezanosti svih zbivanja tijekom geneze ugljena, moemo govoriti o stadijima karbonizacije. Razlikujemo pet stadija karbonizacije (stadij treseta i sapropelnih naslaga, stadij mrkog ugljena, stadij kamenog ugljena, stadij antracita i stadij grafita). Obino kada se govori o mrkim ugljenima, kamenim ugljenima i antracitima misli se samo na humolite, to je pogreno, jer ugljeni svih grupa (humoliti, liptobioliti, sapropeliti i sapropelo - humoliti) mogu imati razliite stadije karbonizacije.

16

3.1. STADIJ TRESETA I SAPROPELNIH NASLAGATresetne i sapropelne naslage su organske supstance najnieg stupnja karbonizacije. Postanak treseta vezan je za plitke, a sapropela za duboke vode. esto su bazeni meusobno povezani pa se kombiniraju naslage treseta i sapropela. Kod isuivanja bazena tresetite napreduje prema sreditu i postepeno prekriva naslage sapropela. U sluaju produbljivanja bazena imamo suprotnu situaciju. I kod treseta i sapropela znaajni su biokemijski procesi, dok geokemijski procesi imaju sporednu ulogu. 3.1.1. TRESET Treset predstavlja poetni stadij formiranja humusnih ugljena. U njegovom formiranju sudjeluje nagomilani biljni materijal kopnene flore, u prvom redu, a pri njegovom preobraaju dominantnu ulogu imaju biokemijski procesi dok su geokemijski procesi neznatno zastupljeni. Poznata su dva tipa treseta, treset niskih movara i treset visokih movara. Treset niskih movara daje najveu koliinu materijala za formiranje humusnih ugljena i to je ustvari kaustobiolit poetnog stadija karbonizacije. Treset nastaje u movarama od izumrlih i djelomino razloenih ostataka movarnih biljaka. Stajaa voda movare ne dozvoljava da se nagomilani materijal potpuno razloi. uto-smee je do crne boje, ima vlaknastu strukturu, plastian je i krt. Sjajnost mu je vrlo malo izraena (oko 0.3% ), ima malu kalorinu vrijednost 6000 - 18 000 KJ. U prirodnom stanju se lako ree i sadri mnogo vlage (od 75 - 90% ).

Od mrkog ugljena se razlikuje po tome to najvei dio vlage moe odstraniti pritiskom i po tome to su biljni dijelovi najveim dijelom dobro ouvani i jasno se uoavaju golim okom. Koliina ugljika u tresetu takoer je vrlo mala i kree se u granicama od 50 - 60%. Elementarni sastav organske tvari nekih biljaka koje sudjeluju u formiranju treseta u niskim i visokim movarama :BILJKA NISKA MOVARA : - trska UGLJIK (%) KISIK (%) VODIK (%) DUIK (%)

47.74

40.3817

6.22

1.46

- a - breza VISOKA MOVARA : - sfagnum - bor

47.90 49.36

39.37 42.59

5.51 6.28

1.64 1.60

48.45 50.15

42.94 42.10

5.06 6.20

1.08 1.05

Izmeu treseta i sapropela esto postoji prijelaz vezan uz jezerske sredine - humusni sapropel. 3.1.2. SAPROPELNE NASLAGE Sapropelne naslage su ustvari truli muljevi u kojima se nalazi velika koliina organskih ostataka koji prvenstveno potiu od planktonskih organizama. Stvaraju se u vodenim bazenima otvorene povrine. Najee se stvara u dubljim dijelovima movare, pliaku jezera, kontinentalnim zatvorenim morima, zaljevima, zatonima, morskim kanalima u podrujima slabog djelovanja plime i oseke, valova i struja. Sapropelne naslage se stvaraju u mirnim (stajaim) vodama. U takvim uvjetima bez prisustva kisika, a uz intenzivno djelovanje anaerobnih bakterija razlau se organske tvari stvarajui na dnu jednu itku, vrlo pokretnu, crnu masu neugodna mirisa u kojoj se nastavlja mikrobioloka djelatnost. Sa dubinom postaje guji i prelazi u saprokol koji se za razliku od sapropela raslojava u tanke listove. Sapropelne naslage jako variraju u sastavu i preteno su autigenog porijekla. Sapropel je zelenkaste do tamne boje, a kalorina mu je vrijednost oko 16 700 KJ.

Kemijski sastav organske tvari rijetkih organizama od kojih nastaju sapropelne naslage :ORGANIZMI FITOPLANKTON 1. modrozelene alge Anabaena Mycrocystis 2. konaste alge VIE VODENE BILJKE18

Masti

Voskovi

Smole

Bjelan.

Ugljik.

hemi celulo.

celul.

hitin

lignin

2.8 8.5 11.0

0.25 0.72 0.9

3.0 1.0 4.9

61.0 40.3 17.0

36.0 49.8 64.0

13 4 21

3 8 13

-

-

Trska ZOOPLANKTON Popyphemus Cyclops ZOOBENTOS Sialis Chironomus

0.6

0.3

2.1

16.8

58.0

28

27

-

22

15.6 14.4

2.2 1.8

-

60.0 56.0

17.9 25.3

-

-

6.7 18.0

-

16.0 19.0

-

-

55.0 52.0

27.0 29.0

-

-

16.0 17.0

-

3.2. STADIJ MRKOG UGLJENAStadij mrkih ugljena obuhvaa vrlo razliite ugljene : po vrsti matinog materijala, geolokoj starosti, stupnju metamorfizma, fiziko - kemijskim i tehnikim osobinama. Mrki ugljen se po stupnju karbonizacije nalazi izmeu treseta i kamenih ugljena. U prirodi postoji vrlo velik broj razliitih vrsta mrkog ugljena pa je zbog toga teko napraviti jednu jednostavnu podjelu. Mrki ugljen uglavnom pripada humusnim ugljenima. Struktura mu je vrsta do zemljasto rahla, smee-crne je boje, a crt mu je smei. Razlikujemo dvije posebne vrste mrkih ugljena, vrsti, smei ugljen (mrki ugljen) i lignit (mekani ugljen). Razlika je u tome to lignit ima uklopke drvenog sastava, a smei ugljen nema.

Mekane mrke ugljene (lignite) smo podijelili na zemljaste mekane lignite i kriljaste mekane lignite. Svi ligniti imaju kalorinu vrijednost 16 000 KJ. Zemljasti mekani lignit ima tipinu zemljastu strukturu, neravnog je loma i vrstog ili rahlog je sastava. Lako gube boju, a gubitkom vlage se raspadaju. Karakteristini dijelovi ovih lignita su ksiliti, uklopljeni fosilni komadi drveta koji se lako vade iz osnovne mase. kriljasti mekani lignit kriljastog je loma. To je tresetasti ugljen jer sadri preko 50% treseta. Kod nas ovoj skupini pripadaju najmlai pliocenski ugljeni. Smee mrke ugljene smo podijelili na tamne mrke ugljene i svijetle19

mrke ugljene. Tamni mrki ugljen kompaktan je i tamnog sjaja na presjeku, a lom mu je etvrtast. Ne raspada se u prah i ne gubi boju. Kod nas ovoj skupini pripada veina miocenskih ugljena. Svijetli mrki ugljen po vanjskom izgledu slian je kamenom ugljenu. Lom mu je svijetao, kockast ili kriljast. Takva leita oligocenske starosti imamo kod Krapine i Golubovca u Hrvatskom Zagorju, a iz eocena i oligocena Siveri, Dubravice, Velui. Sapropeliti na stadiju mrkog ugljena karakterizirani su znatnijim probraajem izumrlih biljnih organizama. Sadraj ugljika i vodika na ovom stadiju je znatniji nego kod sapropelita u prethodnom stadiju. Sapropeliti ovog stadija su rijetki. Obino se javljaju zajedno sa humusnim ugljenima ili mineralnom tvari (goruim kriljavcima). Pored istih sapropelita ovdje se ubrajaju i neki ugljeni humito-sapropelitskog i sapropelito-humulitnog karaktera (npr. kasijanit). Maragunit takoer spada u sapropelite na stadiju mrkog ugljena. Ovaj ugljen je nastao u slatkoj vodi za vrijeme tercijara. ukaste je boje, pali se ibicom i gori aavim plamenom. Izgraen je od brojnih modrozelenih algi.

3.3. STADIJ KAMENOG UGLJENAKameni ugljeni, za razliku od ugljena nieg stupnja karbonizacije, karakterizirani su odsustvom humusnih kiselina. Te kiseline su pretvorene u sloenije neutralne tvari. Ako kameni ugljen sadri bitumen tvari e imati neutralan karakter za razliku od bitumena stadija treseta i mrkog ugljena. Boja humusnih kamenih ugljena je crna isto kao i crt, sjajni su, vlaknasti i kockastog loma. Specifina teina im varira od 1.3 - 1.45 grama po centimetru kubnom, a kalorina vrijednost 29 000 - 37 000 KJ. Sadre manje od 7% vlage. Humusni kameni ugljeni, ovisno o petrografskom sastavu i stupnju kar20

bonizacije, mijenjaju itav niz svojih fiziko - kemijskih svojstva zbog ega se klasificiraju u razliite vrste. Sapropeliti na stadiju kamenog ugljena su crne boje, nemaju sjaja. U ovu grupu uvrtavamo saprokol ili bezstrukturni sapropel visokih kemijsko tehnolokih kvaliteta. Kod kamenih ugljena esto je nemogue pod mikroskopom razlikovati sapropelnu masu od humusne mase, pa se moe rei da na visokom stupnju karbonizacije ne postoji razlika izmeu humusnih i sapropelnih ugljena.

3.4. STADIJ ANTRACITAAntracit (gr. antrax-ugljen) po suvremenom shvaanju predstavlja visoko karbonificiran ugljen, koji se po svojim osobinama nalazi izmeu kamenih ugljena i grafita. Boja antracita je crna sa sivkastim ili zelenkastim odsjajem. Kompaktni su, upljikavosti po pravilu nema i koljkastog su loma. Specifina teina je 1.4 - 1.7 grama po centimetru kubnom. Tvrdoa (po Mosu) je od 2 - 4. Kalorina vrijednost mu je od 33 000 - 39 000 KJ. Stadij antracita dostiu i humusni i sapropelni ugljeni.

3.5. STADIJ GRAFITAMaksimalnom karbonizacijom formiraju se slojevi grafita (C=100%). Grafit je crne boje, metalnog sjaja, tvrdoa mu je 1 (po Mosu), pie crno, pod prstima je mastan. Specifina teina mu je od 2.1 - 2.3 grama po centimetru kubnom.

Na temelju svega dosad navedenog moemo zakljuiti da sa dubinom raste stupanj karbonizacije ugljena i sloiti se sa G. Hiltom koji je 1873. god.21

prouavajui njemake ugljenonosne bazene postavio " Hiltovo pravilo" koje glasi : " Stupanj karbonizacije ugljena raste proporcionalno sa stratigrafskom dubinom sloja." Postoje bazeni gdje su prisutni svi lanovi svih stupnjeva karbonizacije ugljena.

4. ZAKLJUAKUgljen je goriva sedimentna stijena koju zajedno sa naftom, ugljenim kriljcima, bitumenoznim ugljenom i svim vrstama bitumena svrstavamo u grupu kaustobiolita. Ugljenom se bave razliite znanstvene discipline kao to su paleobotanika, petrografija, sedimentologija, biostratigrafija i tektonika. Procesi karbonizacije mogu biti biokemijski i geokemijski. Biokemijski procesi su vrlo sloeni i tu dolazi do razlaganja biljne tvari gdje razlikujemo etiri procesa, truljenje, humifikaciju, tresetizaciju i sapropelizaciju.22

Matine tvari ( mikroorganizmi, zrak, voda, temperatura i tlak ) su glavni faktor biokemijskog raspadanja. Kod geokemijskih procesa dolazi do metamorfizma ugljena koji ovisi o matinom materijalu, temperaturi, tlaku i vremenu trajanja procesa. Ovisno o tim faktorima razlikujemo tri tipa metamorfizma, regionalni kontaktno-termalni i dinamometamorfizam. Ugljeni mogu nastati od viih, viih i niih te niih biljaka. Ugljene nastale od viih biljaka podijelili smo u dvije grupe, humolite ( antraksiliti, geolitoliti, fuzenoliti, humoliti ) i liptobiolite ( sporiniti, kutiniti, reziniti, suberiniti ). Ugljeni nastali od viih i niih biljaka sastoje se od razliitog matinog materijala. Svrstali smo ih u grupu sapropelo-humolita i humito-sapropelita ( gagati, polusapropeliti, keneliti ). Ugljene nastale od niih biljaka svrstali smo u grupu sapropelita ( saprokoliti, pravi sapropeliti ). Pri formiranju ugljena razlikujemo dva tipa bazena, paraliki i limniki. Sredine znaajne za formiranje limnikih ugljenonosnih bazena mogu biti kontinentalne i kopnene, a sredine znaajne za formiranje paralikih ugljenonosnih bazena prijelazne i morske. Osnovno obiljeje svakog sedimenta, pa tako i ugljena, su njegov mineraloki i granulometrijski sastav zbog toga to nam govori o karakteru sredine taloenja, njenom intenzitetu i brzini izmjene razliitih stanja. Razlikujemo pet stadija karbonizacije ugljena ( stadij treseta i sapropelnih naslaga, stadij mrkog ugljena, stadij kamenog ugljena, stadij antracita i stadij grafita ) na temelju kojih moemo zakljuiti da sa dubinom raste stupanj karbonizacije ugljena o emu nam govori i Hiltovo pravilo.

LITERATURANikola Panti, Predrag Nikoli UGALJ, Nauna knjiga Beograd, 1973. Milan Herak, Velimir Kranjec ZEMLJA, JAZU Zagreb, 1973.

23