Из всех ископаемых видов топлива на Земле больше всего угля. Его разведанных запасов хватит более чем на 200 лет при нынешних темпах потребления, а количество неразведанных залежей, по оценкам многих экспертов, в 15 раз превышает известные запасы. Две трети разведанных запасов угля сосредоточены в трех странах: 30% - в США, 25% - в России и других государствах СНГ и 10% -в Китае. Остальная часть приходится в основном на Австралию, Канаду. Германию, Индию, Польшу, ЮАР и Великобританию.
В Южной Америке только па территории четырех государств находятся значительные месторождения угля - в Аргентине, Бразилии, Чили и Колумбии. Большая часть залежей угля этого континента покоится глубоко под тропическими лесами. Лишь в 8 из 52 африканских стран добывают уголь- ЮАР, Зимбабве, а также в Алжире, Марокко, Мозамбике, Нигерии, Танзании и Демократической Республике Конго.
Иногда уголь выходит на поверхность на склонах холмов или на берегах рек. Наверное, так его впервые и обнаружили китайцы около 3000 лет назад. Как только находили
уголь, верхний грунт снимали, а затем рыли туннели в угольных пластах в глубь земли. Сегодня поиском месторождений угля занимаются геологи. Они знают, в какой местности может залегать уголь: главным образом там, где есть породы каменноугольного периода. Аэро- и спутниковые снимки помогают определить перспективные районы.
Следующий шаг - сейсмическая разведка. С помощью взрывчатых веществ и других средств геологи посылают ударные волны в глубь земли. Чувствительные сейсмоприемники (геофоны) улавливают эхосигналы этих ударных волн после их отражения от слоев подземной породы. Разные породы обладают различной силой отражения, поэтому анализ отражений позволяет определить виды пород, их структуру и глубину залегания.
Для точного нахождения пластов угля и определения глубины их залегания необходимо пробурить скважины. Полученные керны (цилиндрические образцы) породы изучаются и анализируются.
Еще один метод разведки - каротаж. Он был разработан в первую очередь для поиска месторождений нефти и природного газа. При этом в скважину вводят ряд устройств для определения характера породы. Каротажный зонд опускают в скважину, а затем поднимают с определенной скоростью. Чувствительные приборы зонда определяют пористость и радиоактивность пород, обнаруживают сбросы (разрывы между разными пластами породы), а также удельное электрическое сопротивление пород - т. е. их электропроводность.
Толщина пластов угля может быть от нескольких сантиметров до нескольких метров. Независимо от этого применяются два основных метода его добычи: открытая (карьерная) и шахтная разработка. Открытая разработка производится, когда уголь залегает близко от поверхности. Такой метод часто используется в Австралии и США, а также при добыче лигнита в Восточной Европе. В большинстве карьеров Англии уголь добывают на глубине примерно 33 м. Самый глубокий находится в Германии - 325 м.
Карьерная разработка уродует местность. Сначала снимают верхние слои грунта и пород, которые сваливают в кучу вокруг выработок. Такая насыпь служит шумоизолирующим экраном и закрывает неприглядную картину от посторонних глаз.
Затем с помощью гигантских экскаваторов извлекают уголь. Самый большой экскаватор Англии - драглайн «Большой Джорди» емкостью 3000 т. Его ковш (в котором могут разместиться два обычных автомобиля) за один раз загребает до 100 т породы.
Емкость ковша «Большого Маски» (штат Огайо, США) - 10 000 т. А самый крупный роторный экскаватор емкостью 13 000 т добывает лигнит в карьере Гамбах в Германии. После извлечения всех рентабельных запасов угля производится рекультивация почвы и благоустройство района добычи.
Подземная разработка - основной метод добычи угля в Великобритании и континентальной Европе. Он также используется для добычи 40% угля в США и более 50% - в Австралии.
Многие пласты угля залегают на очень большой глубине. Самая глубокая шахта Англии уходит в глубь земли более чем на 1300 м. Добраться до пластов на такой глубине можно по вертикальному шахтному стволу. Шахтеры спускаются к месту работы подъемником - по нему также доставляют уголь на поверхность. Подземные горизонтальные выработки (забои) могут тянуться на несколько километров, поэтому электрические вагонетки перевозят рабочих и уголь между забоем и шахтой подъемника.
Там, где к углю есть доступ со стороны косогора, роют наклонный шахтный ствол - штольню. Здесь шахтеры перевозятся в вагонетках, а уголь подается наружу конвейером.
Есть два основных способа проходки глубокой шахты. Старый метод, по-прежнему чаще других используемый в США, называется камерно-столбовой системой разработки. Здесь шахтеры проделывают ряд штреков в угольных пластах, оставляя целики (столбы) угля для поддержания свода. Таким методом можно добыть только часть угля.
Выемка лавами, или разработка длинными забоями - основной метод добычи угля в Европе, все чаще применяемый и в США. В этом случае прорывают два параллельных туннеля на расстоянии примерно 20 м друг от друга. Врубовые машины курсируют между туннелями, подрубая лаву. По мере продвижения забоя свод обрушивается позади шахтеров. Так можно извлечь до 90% запасов угля.
Добыча угля связана с риском для жизни, и, несмотря на строгие меры безопасности, ежегодно под землей погибают сотни шахтеров. Да и сжигание угля чревато экологическими последствиями и приводит ко многим заболеваниям. При взаимодействии с углеводородами может развиться рак кожи, а дым и газы, выделяемые при сжигании угля, могут стать причиной рака и эмфиземы легких.
Угольные газы также содержат соединения серы, вызывающие кислотные дожди. В результате наносится вред растительности, гибнет рыба и другие представители водной фауны, разрушаются здания.
Углекислый газ - один из основных продуктов сжигания угля. Он относится к газам, являющимся причиной «парникового эффекта*: тепло поглощается атмосферой, я не уходит в открытый космос, вследствие чего происходит глобальное потепление климата.
При всех возникающих проблемах и продолжающемся поиске чистых источников энергии, запасов угля намного больше, чем более дешевых видов топлива - нефти и природного газа. Возможно, новые технологии сделают выгодной разработку месторождений, считающихся сегодня нерентабельными.
При существующих методах экономически оправдана добыча лишь 12% разведанных мировых запасов угля. Один из способов эффективного использования угля - его сжигание для производства газа. Другой предусматривает получение из него нефти, учитывая истощение нефтяных природных запасов.
3. Нефть
Нефть является основой современной промышленности и цивилизации. Она лее была и остается причиной многих международных конфликтов, а ее повсеместное использование наносит серьезный ущерб окружающей среде.
По своему составу нефть - сложная смесь соединений, среди которых преобладают углеводороды. Она встречается в нескольких видах - жидкая нефть, природный газ и густая фракция веществ, называемых асфальтенами или битумами. Нефть - вещество органическое, образовавшееся из останков живой материи, растений и животных. Поэтому нефть, природный газ, а также уголь, имеющий то же происхождение, относятся к ископаемым видам топлива.
Процессы, в результате которых образовалась нефть, протекали миллионы лет. Например, большая часть нефти в северной и центральной части Северного моря образовалась из останков одноклеточных морских водорослей и бактерий, которые осаждались в ил на морском дне в течение всего юрского периода (144-213 млн. лет назад). Эти останки перегнивали и медленно превращались в нефть под воздействием температуры и давления, пока ил и минеральные осадки под влиянием этих же факторов спрессовывались в слои горных пород.
Капельки нефти просачивались вверх сквозь поры или трещины в горных породах, пока не встречали более твердые слои, препятствовавшие их дальнейшему продвижению. Нефть скапливалась в таких местах, которые геологи называют «ловушками». Образование газа проходило в более глубоких пластах. Геологи считают, что в месторождениях южной части Северного полушария оно началось в каменноугольном периоде (300-286 млн. лет назад), когда в болотах стали формироваться угольные пласты останков мертвых растений. Угольные прослойки затем опустились и оказались под слоем горных пород. Под действием внутреннего тепла Земли на глубине около 4 км начал выделяться газ. Далее он двигался вверх через поры и разломы в горных породах, пока не попадал в «ловушку».
Огромное преимущество нефти состоит в том, что она чище и дешевле, чем угол транспортируется легче, чем газ. Нефть имеет массу областей применения. Ее иногда называют «Черным золотом», поскольку она дает примерно половину энергии, потребляемой сегодня во всем мире. Без нее остановилась бы большая часть транспорта, прекратили бы работу фабрики, заводы, системы центрального отопления и т. д.
Сырая нефть используется для получения разнообразных видов жидкого топлива: бензина различной степени чистоты, дизельного и авиационного топлива. Также из не получают масла и смазки, обеспечивающие работу машин и механизмов, асфальт дорожных покрытий и огромное количество соединений, используемых в химической промышленности. Вещества, полученные из нефти, применяются в косметической, фармацевтической, лакокрасочной промышленности, а также для производства удобрений, взрывчатых веществ, синтетических волокон, чернил, инсектицидов, пластмасс и резины, которая используется для изготовления автомобильных шин.
Месторождения нефти и природного газа обнаружены на каждом континенте, а также на континентальных шельфах. Некоторые из них активно разрабатываются, другие законсервированы. Оценка того, на какой период хватит нефтяных запасов, включает два фактора - объемы известных месторождений, разработка которых экономически целесообразна с точки зрения современной технологии, и уровень добычи в текущем году. Общемировые запасы нефти в 1989 г. были определены на 41 год вперед, исходя из уровня производства 1988 г. Однако при увеличении разведанных запасов, изменении интенсивности добычи и внедрении новых технологий оценка также меняется.