άνθρακες, ορυκτοί

Χημικός όρος, γενικής σημασίας, με τον οποίο χαρακτηρίζονται οι πλούσιες σε άνθρακα ύλες, οι οποίες σχηματίζονται είτε με φυσική μετατροπή των φυτικών λειψάνων (o.ά.) είτε με τεχνητή, με την επίδραση θερμικής ενέργειας σε διάφορες οργανικές ύλες (ξυλοκάρβουνα). Κατά τη φυσική μετατροπή, τα φυτικά λείψανα εμπλουτίζονται σιγά-σιγά με άνθρακα, ενώ αντίστοιχα ελαττώνεται το ποσοστό του οξυγόνου και του υδρογόνου που περιέχουν. Η επεξεργασία αυτή λέγεται εξανθράκωση. Οι ο.ά. αποτελούνται κυρίως από άνθρακα, περιέχουν όμως και άλλα στοιχεία, όπως υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο και διάφορα ορυκτολογικά συστατικά. Οι ο.ά. σχηματίστηκαν σε μεγάλη κλίμακα κατά μία περίοδο της γεωλογικής ιστορίας της Γης (που ονομάστηκε γι’ αυτό λιθανθρακοφόρος), όταν μεγάλες δασώδεις εκτάσεις καταβυθίστηκαν, υπό την επίδραση δυναμικών παραγόντων στον φλοιό της Γης. Οι o.ά. κατατάσσονται με βάση τον βαθμό εξανθράκωσης και, επομένως, την περιεκτικότητά τους σε άνθρακα. Έτσι, διακρίνονται σε ανθρακίτη, λιθάνθρακα, λιγνίτη και τύρφη, από τα αρχαιότερα προς τα νεότερα· κατά την ίδια τάξη μειώνεται αντίστοιχα και η περιεκτικότητά τους σε άνθρακα. Προέλευση. Οι ο.ά. σχηματίζονται από τη βαθμιαία και πολύπλοκη μεταβολή κυρίως των φυτικών υλών, που εναποτέθηκαν σε μεγάλες ποσότητες σε παράκτιες περιοχές, μέσα σε λιμνοθάλασσες, τέλματα ή λίμνες και περικλείστηκαν μέσα σε ιζηματογενή στρώματα του φλοιού της Γης, κάτω από ειδικές συνθήκες περιβάλλοντος (θερμοκρασία, πίεση κλπ.). Οι φυσικοχημικές μεταβολές προκάλεσαν μια αλλαγή στη δομή της φυτικής ύλης, η οποία έγινε με απουσία ατμοσφαιρικού αέρα, μέσα στα στρώματα που περικλείστηκε αυτή η ύλη. Έτσι προήλθαν οι διάφοροι τύποι ανθράκων, που σχηματίστηκαν σε μακρές χρονικές περιόδους, τις γεωλογικές εποχές. Η φυτική μάζα από την οποία σχηματίστηκαν τα κοιτάσματα των ο.α. αποτελείται από κορμούς δέντρων και θάμνων, φύλλα, φύκη, σπόρια, σπόρους και άλλα τμήματα φυτών. Σε ορισμένες περιόδους της ιστορίας της Γης αναπτύχθηκαν γιγαντιαία δέντρα και οι διάφοροι τόποι σκεπάστηκαν από πλούσια δάση, επειδή επικρατούσαν ευνοϊκές κλιματολογικές συνθήκες. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να σχηματιστούν παχύτατα κοιτάσματα ο.α. Το πώς όμως σχηματίστηκαν αυτά τα κοιτάσματα δεν έχει καθοριστεί επακριβώς. Υπάρχουν δύο θεωρίες που αντικρούονται: η πρώτη, της αυτόχθονης γένεσης, υποστηρίζει ότι τα φυτά αναπτύχθηκαν στον ίδιο τόπο όπου έγιναν η συσσώρευση και η μετατροπή τους σε άνθρακες· η θεωρία της αλλόχθονης προέλευσης, από την άλλη πλευρά, αντιτείνει ότι οι συσσωρεύσεις σχηματίστηκαν από φυτά που αναπτύχθηκαν σε μακρινές περιοχές και μεταφέρθηκαν εκεί με τα νερά των ποταμών ή των ρευμάτων. Από τη μελέτη των κοιτασμάτων των ο.α. συμπεραίνεται ότι o σχηματισμός τους είναι δυνατόν να έγινε και με τους δύο τρόπους· σήμερα όμως είναι περισσότερο παραδεκτή η θεωρία της αλλόχθονης προέλευσης, σε συνδυασμό με την αυτόχθονη: δηλαδή τα φυτικά λείψανα που μεταφέρθηκαν με το νερό εναποτέθηκαν σε περιοχή που ήταν σκεπασμένη από δάση. Οι o.ά. ανευρίσκονται συνήθως σε σειρές στρωμάτων που εναλλάσσονται με ενστρώσεις διαφορετικής φύσης ιζημάτων, όπως άργιλοι, αργιλικοί σχιστόλιθοι, ψαμμίτες και σπανιότερα ασβεστολιθικό υλικό, βρίσκονται όμως και με τη μορφή απομονωμένων αποθέσεων. Το πάχος των στρωμάτων αυτών ποικίλλει από λίγα εκατοστά έως πολλά μέτρα. Τύποι ο.α. Ο τύπος ενός ο.ά. εξαρτάται από τη φύση του φυτού από το οποίο προέρχεται, ενώ ο βαθμός εξανθράκωσης εξαρτάται από τους γεωλογικούς παράγοντες που έδρασαν διαδοχικά πάνω στα κοιτάσματα και από τον χρόνο που τα κοιτάσματα αυτά έμειναν κλεισμένα μέσα στη Γη. Οι ειδικές συνθήκες που διέρχεται η φυτική ύλη για να φτάσει στο τελικό στάδιο του πρακτικά καθαρού άνθρακα είναι: τύρφη με 55-60% άνθρακα, λιγνίτης με 65-80%, λιθάνθρακας με 75-93%, ανθρακίτης με 93-95%, γραφίτης με 98-100%. Η τύρφη έχει σπογγώδη υφή, χρώμα καστανό ή μαύρο και διατηρεί ακόμα στη δομή της πολύ καθαρά τα υπολείμματα των φυτών. Βρίσκεται σε περιοχές τελματώδεις, που ονομάζονται τυρφώδεις σχηματισμοί και σε κρύα ή εύκρατα κλίματα. Ο λιγνίτης είναι μία μάζα συμπαγής έως γαιώδης, με χρώμα καστανόμαυρο ή μαύρο. Απαντάται σε διάφορους τύπους, από τους οποίους άλλοι πλησιάζουν περισσότερο προς την τύρφη και άλλοι προς τον λιθάνθρακα. Κυριότεροι τύποι είναι ο ξυλίτης, καστανού χρώματος που διατηρεί τη δομή και την όψη του ξύλου, και ο πισσόχρωμος λιγνίτης, που είναι ένας ενδιάμεσος τύπος λιγνίτη και λιθάνθρακα. Ο λιθάνθρακας αποτελείται από φυτικά λείψανα που έπαθαν έντονη εξανθράκωση, σε σημείο που δεν αναγνωρίζεται πια η φυτική του προέλευση με γυμνό μάτι. Μαύρος, λιγότερο ή περισσότερο συμπαγής, είναι ο πιο αξιόλογος από τους ο.ά. και σχηματίζει τα μεγαλύτερα κοιτάσματα στον κόσμο. Ο ανθρακίτης είναι ένα στερεό καύσιμο συμπαγές, μαύρο, με μεγάλη περιεκτικότητα σε άνθρακα. Τα κυριότερα κοιτάσματά του βρίσκονται συνήθως σε στρώματα της περμιολιθανθρακοφόρου. Η περιεκτικότητα των διαφόρων κοιτασμάτων σε άνθρακα είναι ανάλογη προς τον χρόνο κατά τον οποίο η εξανθράκωση επέδρασε στις φυτικές αποθέσεις, εφόσον δεν έχουν παρέμβει άλλοι παράγοντες, ανεξάρτητοι, που επισπεύδουν την εξανθράκωση, όπως οι μεγάλες μεταβολές του φλοιού της Γης (ορεογενετικές κινήσεις) και οι θερμικές επιδράσεις πυριγενών μαζών του φλοιού της Γης (μάγμα). Γενικά, εξακριβώθηκε ότι η τύρφη ανευρίσκεται στα σύγχρονα ιζήματα και στις αποθέσεις του τεταρτογενούς, ο πισσοειδής λιγνίτης και ο ξυλίτης στον τριτογενή, ο λιθάνθρακας στον παλαιοζωικό αιώνα, και ειδικότερα στη λιθανθρακοφόρο περίοδο. Κατανομή των κοιτασμάτων. Κοιτάσματα o.α. έχουν βρεθεί σε διάφορες ποσότητες, σε όλες τις ηπείρους. Τα πιο σημαντικά είναι της Σκοτίας, της κεντρικής Ρωσίας και της Αρκτικής, που ανήκουν στην κατώτερη λιθανθρακοφόρο. Τα κοιτάσματα της βορειοανατολικής Αμερικής, της δυτικής και κεντρικής Ευρώπης (Ισπανία, Γαλλία, Σάαρ, Ρουρ, Βέλγιο, Αγγλία, Σιλεσία, Σαξονία, Βουλγαρία) και του Καυκάσου, απ’ όπου προέρχεται μεγάλο μέρος της παγκόσμιας παραγωγής, ανήκουν στην ανώτερη λιθανθρακοφόρο, όπως και εκείνα της Κίνας, της Ινδίας, της Αυστραλίας, της νότιας Αφρικής και της νοτιοανατολικής Αμερικής. Τα μεσοζωικά κοιτάσματα συναγωνίζονται σε σπουδαιότητα τα κοιτάσματα της λιθανθρακοφόρου, ιδιαίτερα της κεντρικής Ευρώπης, της βορειοδυτικής Αμερικής, της κεντρικής Ασίας και της Ινδοκίνας. Κοιτάσματα του τριτογενούς βρίσκονται στην κεντρική και νότια Ευρώπη, στην Ιαπωνία, στη Σιβηρία και στη Νέα Ζηλανδία. Ιδιαίτερη σημασία έχουν τα κοιτάσματα της Βόρειας Αμερικής (Μεγάλες Πεδιάδες των ακτών του Ειρηνικού). Τέλος, κοιτάσματα τύρφης του τεταρτογενούς υπάρχουν διάσπαρτασε πολλές περιοχές της Γης. Στην Ελλάδα υπάρχουν ο.ά. με τη μορφή τύρφης, λιγνίτη και ελάχιστων λιθανθράκων. Τυρφώδη εδάφη υπάρχουν στις μεγάλες τεταρτογενείς πεδιάδες, όπως της Δράμας (τενάγη Φιλίππων), της Θεσσαλονίκης, της Κωπαΐδας κ.α. Η οικονομική σημασία τους είναι αμφίβολη, εξαιτίας της σχετικά μικρής περιεκτικότητάς τους σε άνθρακα. Σημαντικά λιγνιτοφόραστρώματα υπάρχουν στη λεκάνη Φλώρινας - Πτολεμαΐδας - Κοζάνης, με πιθανά αποθέματα έξι δισεκατομμύρια τόνους, που η εκμετάλλευσή τους συμβάλλει θετικά στη βιομηχανική ανάπτυξη της χώρας, κυρίως για την εγκατάσταση θερμοηλεκτρικών μονάδων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Άλλες μικρότερες, αλλά με ενδιαφέρον, λιγνιτοφόρες λεκάνες είναι των Σερρών, του Αλιβερίου, της Κύμης και της Μεγαλόποληςενώ τοπικής μόνο σημασίας είναι της Αθήνας, της Ραφήνας, της Ηλείας, της Αλεξανδρούπολης κ.ά. Η ηλικία των αποθεμάτων αυτών δεν είναι απόλυτα εξακριβωμένη· αποτελούν πάντως νεογενείς σχηματισμούς, εκτός της Αλεξανδρούπολης, που αναπτύσσονται μέσα στο ηωκαινικό κροκαλοπαγές της περιοχής. Εμφανίσεις λιθάνθρακα έχουμε μέσα στις αποθέσεις της λιθανθρακοπερμίου στην Εύβοια και τη Χίο. Από τις ενδείξεις που υπάρχουν, τα αποθέματα αυτά δεν φαίνεται ότι μπορούν να συμβάλουν στη βιομηχανική ανάπτυξη της χώρας. Χρήση. Αν και η χρήση των ο.α. ποικίλλει πολύ, ανάλογα με τον τύπο, βασικά διακρίνονται τρεις τύποι χρήσης: α) καύσιμα (για παραγωγή ατμού, θέρμανση ή κινητική ενέργεια), β) παραγωγή φωταερίου με απόσταξη (για φωτισμό ή ως καύσιμο), γ) παραγωγή καυσίμων από τα υπολείμματα της απόσταξης (κοκ). Οικονομία.Σε όλη τη διάρκεια του 19ου αι., ο.ά. προμήθευε ουσιαστικά η Μεγάλη Βρετανία, που για μεγάλο χρονικό διάστημα διέθετε περισσότερο από το μισό της συνολικής παγκόσμιας παραγωγής. Από το 1900 και έπειτα, όμως, οι ΗΠΑ έγιναν ο μεγαλύτερος παραγωγός και έφτασαν στο σημείο να διοχετεύουν, κατά την περίοδο του A’ Παγκοσμίου πολέμου, το 43%, ενώ η Μεγάλη Βρετανία είχε πέσει κάτω από το 30%. Αργότερα, και η Γερμανία και η πρώην ΕΣΣΔ άρχισαν να εκμεταλλεύονται εντατικότερα τις ανθρακοφόρες λεκάνες τους. Το 1938, η παγκόσμια παραγωγή έφτασε τους 1.329.000.000 τόνους με τη Γερμανία στην πρώτη θέση (25%), την οποία ακολουθούσαν οι Ηνωμένες Πολιτείες (24%) και η Μεγάλη Βρετανία (16%). Κατά τον B’ Παγκόσμιο πόλεμο, οι στρατιωτικές ανάγκεςοδήγησαν σε μεγάλη αύξηση της εξόρυξης άνθρακα, που το 1942 έφτασε τον αριθμό-ρεκόρ των 2 δισεκατομμυρίων τόνων και άνω. Μετά την κάμψη που παρατηρήθηκε κατά την αμέσως μετά τον πόλεμο περίοδο, η παραγωγή άρχισε να ανεβαίνει σταθερά (ετήσια παραγωγή, το 1988, 3.450.000.000 τόνοι). Οι κορυφαίες χώρες παραγωγής είναι η Κίνα, οι ΗΠΑ, η Ρωσία και η Μεγάλη Βρετανία, ενώ ακολουθούν η Πολωνία, η Γερμανία, η Ινδία, η Νοτιοαφρικανική Δημοκρατία, η Αυστραλία, το Βέλγιο, η Ισπανία, ο Καναδάς, η Γαλλία, η Ιαπωνία κ.ά. Οικυριότερες ανθρακοφόρες περιοχές των Ηνωμένων Πολιτειών βρίσκονται στη ζώνη των Απαλαχίων, κατά μήκος της εσωτερικής πλαγιάς του ορεινού αυτού συστήματος, από την Πενσιλβάνια μέχρι την Αλαμπάμα, στα κεντρικά λεκανοπέδια (μεταξύ Μισισιπή και Οχάιο και μεταξύ Τέξας και Αϊόβα) και στα Βραχώδη Όρη. Το προϊόν σε μεγάλη κλίμακα απορροφάται από την εσωτερική βιομηχανία, ένα μέρος όμως εξάγεται από τα λιμάνια (Βαλτιμόρη, Χάμπτον Ρόουτζ, Φιλαδέλφεια, Νέα Υόρκη κ.α.). Στη Ρωσία, τα κυριότερα κέντρα παραγωγής ο.α. βρίσκονται στα Ουράλια, στη ζώνη της Μόσχας, στο Κουζνέτσκ, στα λεκανοπέδια του Γενισέι, του Λένα, της Πετσόρας, στη νήσο Σαχαλίνη και στην Καμτσάτκα. Η Κίνα για πολύ καιρό περιοριζόταν στην εκμετάλλευση των κοιτασμάτων της Μαντζουρίας· σήμερα όμως, το μεγαλύτερο μέρος των κινεζικών ο.α. προέρχεται από το Χοπέι, το Σαντούνγκ, το Σανσί και το Κιανγκσί. Στη Μεγάλη Βρετανία, τα ανθρακοφόρα κοιτάσματα βρίσκονται στη ζώνη Γιορκσάιρ - Ντερμπισάιρ - Νότινγχαμ, στις ζώνες του Ντάραμ και του Νορθάμπερλαντ, στο Λανκασάιρ, στη νότια Ουαλία και στη Σκοτία. Οιάνθρακες εξάγονται κατά ένα μέρος από τα λιμάνια Νιούκασλ, Κάρντιφ, Σουόνσι κ.ά. Οι σπουδαιότερες ανθρακοφόρες λεκάνες της Γερμανίας είναι του Ρουρ, του Σάαρ και του Άαχεν· τα πλούσια κοιτάσματα της Σιλεσίας, τα οποία έχασε η Γερμανία μετά τον Β’ Παγκόσμιο πόλεμο, ανήκουν σήμερα στην Πολωνία και στην Τσεχία. Οι γερμανικές λεκάνες συνεχίζονται στα Δ με τα βελγικά κοιτάσματα που βρίσκονται κατά μήκος της αύλακας Μόσασαμπρ και με τα ολλανδικά του Λίμπιρχ (Λίμπουργκ). Από τις ανθρακοφόρες γαλλικές περιοχές, σημαντικότερες είναι η λεκάνη του Βορρά και του Πα-ντε-Καλέ. Ως προς τον λιγνίτη, η παραγωγή του οποίου έφτανε τους 1.189.287.000 τόνους το 1986, τις πρώτες θέσεις κατέχουν η Γερμανία (λεκάνες Λειψίας-Χαλ-Μπίτερφελντ-Μέρσεμπουργκ, Βόρειας Ρηνανίας-Βεστφαλίας, του Βόρειου Έσεν, Άνω Παλατινάτου και Κάτω Λουσατίας), η Ρωσία και η Τσεχία (λεκάνη της βόρειας Βοημίας). Μετά τον παραμερισμό τους ως ενεργειακής πηγής, εξαιτίας της χαμηλής απόδοσης, του υψηλού κόστους εξόρυξης και των καταλοίπων που αφήνει η καύση τους, οι o.ά. άρχισαν να ανακτούν την παλαιότερη θέση τους στην παγκόσμια οικονομία μετά την κρίση του πετρελαίου, που άρχισε το 1973. Τα παγκόσμια αποθέματα ο.α. υπολογίζονται σε άνω των 6,5 τρισεκατομμυρίων τόνων ανθρακίτη και λιθάνθρακα και άνω του ενός δισεκατομμυρίου τόνων λιγνίτη. Τα αποθέματα αυτά υπολογίζεται ότι κατανέμονται με τον ακόλουθο τρόπο: από τον ανθρακίτη και τον λιθάνθρακα, στην Ευρώπη (μαζί με τη Ρωσία και τις ασιατικές δημοκρατίες της πρώην ΕΣΣΔ) ανήκει το 32%, στην Ασία (εκτός από την ασιατική Ρωσία και τις δημοκρατίες της πρώην ΕΣΣΔ) το 21%, στη Βόρεια Αμερική το 43% και στον υπόλοιπο κόσμο το 4%· από τον λιγνίτη, η Ευρώπη διαθέτει το 6%, η Ρωσία και οι χώρες της πρώην ΕΣΣΔ το 16%, η Βόρεια Αμερική το 74% και ολόκληρος ο υπόλοιπος κόσμος το 4%. Λιγνίτης υπάρχει αρκετός και στην Ελλάδα. Δείγμα λιθάνθρακα (φωτ. Igda). Κοκ, προϊόν απόσταξης και καύσης ορυκτών ανθράκων (φωτ. Igda). Δείγμα ανθρακίτη, στερεού καυσίμου με μεγάλη περιεκτικότητα σε άνθρακα (φωτ. Igda). Υπαίθριο ορυχείο ορυκτού άνθρακα, κοντά στο Τζίλετ του Γουαϊόμιγκ των ΗΠΑ. Τα κοιτάσματα συνήθως δεν είναι επιφανειακά, και τότε η εξόρυξη του άνθρακα γίνεται με στοές ή φρεάτια (φωτ. Igda). Η περιοχή της νότιας Ουαλίας είναι πλούσια σε ανθρακίτη. Εγκαταστάσεις εξόρυξης άνθρακα στην ανθρακοφόρα περιοχή του Καλιμαντάν στο νησί Βόρνεο της Ινδονησίας. Ανθρακωρυχείο στην Ταταμπάνια της Ουγγαρίας, μιας χώρας που είναι από τις μεγαλύτερες παραγωγούς λιγνίτη στην Ευρώπη. Εγκαταστάσεις αυτόματης εκφόρτωσης ορυκτών ανθράκων στο λιμάνι της Σαβόνα στην Ιταλία. Μικροσκοπική όψη ενός ορυκτού άνθρακα, σε τομή παράλληλη προς τη στρώση (από τη συλλογή National Coal Board, Μ. Βρετανία).