3.1. Первая фаза углеобразования

В процессе разложения растительных остатков большое значение имеют следующие факторы: состав исходных растений, доступ кислорода воздуха, присутствие воды и её химический состав, деятельность грибов и микроорганизмов.

Именно поэтому болота, заболоченные местности и озёра являются основными местами накопления отмершего растительного материала, который превращается в дальнейшем в торф и сапропель в условиях, когда доступ кислорода воздуха может быть больше (аэробные условия) или меньше (анаэробные условия). Изменение количества кислорода, поступающего к растительным остаткам, может регулироваться различным уровнем и количеством воды, покрывающей эти накопления. Не менее важна роль воды как растворителя ряда органических и минеральных веществ растений, как среды для питания и деятельности микроорганизмов и как средство для переноса, рассеивания или концентрации продуктов превращения.

Различают следующие основные виды биохимических превращений отмерших растительных остатков: тление, перегнивание, торфообразование, гнилостное брожение [7, 11].

Тление – превращение остатков высших растений при достаточном доступе воздуха в присутствии воды. При этом все входящие в их состав органические вещества превращаются в конечные продукты окисления, т. е. в углекислый газ и воду. Этот процесс аналогичен медленному горению, и твёрдые органические остатки в результате его протекания, как правило, если и образуются, то лишь из наиболее стойких химических составных частей растений. Так предполагается, что тлению подвержена целлюлоза, лигнин и белки, но не растительные смолы, воски и кутин.

Перегнивание. Этот процесс отличается от тления недостаточным доступом воздуха и малой влажностью. Оно идентично неполному сгоранию. В результате превращений в таких условиях органические вещества растительных остатков лишь частично превращаются в СО₂ и Н₂О, но при этом образуется небольшой твёрдый остаток, содержащий больше углерода, чем исходный материал, и называемый перегноем или гумусом.

Т­орф­оо­бр­аз­ов­ание – п­роцесс­ пр­евраще­ния­ о­статко­в р­астен­и­й ­в усло­ви­я­х обильн­ой­ ­влажности ­и ­сн­ач­ала не­з­начит­ел­ь­н­ого, а зат­е­м ­п­ол­ного прек­ра­щ­ения доступ­а­ возду­х­а.­ Исходн­ы­м ­матери­ал­ом при о­бр­аз­о­в­ании торф­а ­я­в­ляю­тся мхи­, кустар­ни­ки, трав­ян­и­ст­ы­е ­и древесные­ р­ас­тения,­ развитие­ ­ко­то­ры­х­ опреде­ляе­тс­я преи­м­ущ­ественн­о­ у­сл­овиями­ пита­ни­я атм­о­сф­е­рного ­и­ли­ грунтов­о­го­. Сущность биохимически­х превращ­ений сос­то­ит в разр­уш­ен­ии­ н­еу­стойчив­ы­х­ ф­рагме­нт­ов­ растен­ий и­ синтезе ­но­вых, боле­е ­устойч­ив­ы­х ­в­ данных у­сло­виях.

Процесс торфообразования, как и перегнивания, сводится в основном к повышению относительного содержания углерода в образующихся твёрдых, большей частью кислых, гумусовых продуктах, которые могут накапливаться в больших количествах.

Гнилостное брожение (гниение) – это превращение отмерших органических остатков, при котором процесс осуществляется в стоячей воде под большим её слоем без доступа кислорода воздуха. Для этого процесса, в отличие от рассмотренных выше, характерно преобладание не окислительных, а восстановительных реакций. Несмотря на то, что при этом образуются преимущественно водородсодержащие газы (CH₄, NH₃, H₂S), получающиеся твёрдые продукты (гнилостный ил или сапропель) обогащены не столько углеродом, сколько водородом. Гниению подвержены в основном низшие растения (водоросли) и остатки живых организмов, населяющих водоёмы.

Все рассмотренные виды первичных процессов превращений накапливающихся в природе растительных остатков протекали в зависимости от условий среды параллельно или, переходя один в другой, и могли вызывать неодинаковые изменения химических составных частей растений, что приводило к образованию различных по составу ТГИ.

Так, если основным процессом на первой стадии биохимических превращений отмерших растительных остатков являлось тление, то целлюлоза, лигнин, белки подвергались полному распаду. Твёрдый остаток формировался в основном из более стойких частей растений: восков, смол, спор, кутина, пыльцы и т.п. и являлся исходным материалом для образования липтобиолитов.

При гнилостном брожении образуется сапропель, который является основой образования сапропелитов.

Если основным процессом являлось торфообразование, то изменения химических составных частей растений протекало по двум параллельным направлениям: гумификация и битуминизация. При гумификации биохимически менее устойчивые целлюлоза и лигнин превращались в гуминовые кислоты, а затем в нейтральные гуминовые вещества, т. е. в одну из химических составных частей гумитов. При битуминизации биохимически весьма стойкие жирные кислоты, воски, смолы без существенных химических преобразований, лишь полимеризуясь, образовывали вторую составную часть гумитов – битумы.

Так как основную массу ископаемых углей образуют гумиты, более подробно остановимся на процессе торфообразования.