زغال‌سنگ ، نفت و گاز طبیعی از سوخت‌های اولیه کارخانجات صنعتی امروزه هستند. علی‌رغم اکتشافاتی که در نواحی دور و محیط‌های صعب‌العبور انجام می‌گیرد. معهذا ، منابع جدید نفت با مصرف آن همگام نیست.
صرف نظر از مخازن نفتی بزرگ و جدیدی که کشف می‌شوند، در آینده به زغال‌سنگ و سایر منابع انرژی نیز نیازمند هستیم. یکی از این منابع انرژی شیل‌های نفتی می‌باشند که به عنوان منبع بالقوه انرژی به حساب می‌آیند. در زیر مختصرا به شرح منابع انرژی از سنگ‌های رسوبی می‌پردازیم.
زغال سنگ
زغال‌سنگ با سایر سنگ‌های رسوبی فرق دارد. زغال سنگ اغلب جز سنگ های رسوبی شیمیایی تقسیم‌بندی می‌شود. اما برخلاف سایر سنگ‌های این گروه که از قسمت‌های سخت آهکی یا سیلیسی حاصل از فعالیت‌های موجودات بوجود آمده ، زغال سنگ خود از مواد آلی ترکیب یافته است.
زغال سنگ محصول نهایی دفن مواد گیاهی به مقدار زیاد در طی دوره‌های طولانی است. همراه با نفت و گاز طبیعی ، زغال سنگ نیز معمولاً جزو سوخت‌های فسیلی به حساب می‌آید.
تشکیل زغال سنگ
مرحله اصلی تشکیل زغال سنگ ، تجمع و انباشتگی بقایای گیاهی به مقدار زیاد است. با وجود این برای تجمع باید شرایط خاصی فراهم شود. در غیر این صورت گیاهان مرده هنگامی که در معرض هوا یا محیط‌های غنی از اکسیژن قرار می‌گیرند، به آسانی تجزیه می‌شوند. مهم ترین محیط مناسب برای حفظ مواد گیاهی محیط باتلاقی است. چون آب ساکن باتلاق فاقد اکسیژن است و تجزیه کامل (اکسیداسیون) مواد گیاهی غیر ممکن است.
وقتی مواد گیاهی تحت تأثیر برخی از باکتری‌ها قرار می‌گیرند، مواد آلی آن ها تا اندازه‌ای تجزیه شده و اکسیژن و هیدروژن آزاد می‌شود. با خروج عناصر فوق ، درصد کربن به تدریح افزایش می‌یابد. این باکتری‌ها هیچ‌گاه نمی‌توانند کار تجزیه را به پایان برسانند، زیرا خود به وسیله اسیدهای آزاد شده از گیاهان از بین می‌روند.
در مرحله بعد پس از دفن مواد گیاهی دما و فشار وارده بر رسوب نیز افزایش می‌یابد. ازدیاد دما منجر به واکنش‌های شیمیایی در مواد گیاهی شده و افزایش بار فوقانی هم موجب خروج آب و مواد فرّار شده و در نتیجه نسبت کربن موجود افزایش می‌یابد و باعث تولید زغال سنگ می‌شود.
انواع سنگ‌ها
تورب: از تجزیه ناقص آثار گیاهی در میحط‌های باتلاقی با اکسیژن کم تشکیل می‌شود که ماده‌ای نرم و قهوه‌ای بوده و ساختمان گیاهی در آن هنوز قابل تشخیص است.
لیگنیت : در اثر دفن شدن تورب در اعماق کم حاصل می‌شود و نوعی زغال‌سنگ قهوه‌ای و نرم می‌باشد.
زغال سنگ بیتومینه : دفن شدن لیگنیت در اعماق زیادتر باعث تولید نوعی زغال‌سنگ سخت سیاه و فشرده به نام زغال سنگ بیتومینه می‌شود.
آنتراسیت : نوعی زغال‌سنگ دگرگونی است که بسیار سیاه و سخت می‌باشد. و زمانی تشکیل می‌شود که لایه‌های رسوبی در نتیجه حرکات کوهزایی در معرض چین‌خوردگی و تغییر شکل قرار می‌گیرند.
مشکلات استفاده از زغال سنگ
استخراج روباز زغال‌سنگ ، مزارع سرسبز را در صورت عدم مراقبت به زمین‌های لم یزرع تبدیل می‌کند. معادن زیرزمینی به چشم‌اندازهای سطح زمین صدمه نمی‌زنند ولی آن ها هم تأثیر زیادی در تخریب زندگی و سلامتی بشر دارند. حوادث موجود در معدن و سیاه شدن شش (Blacklung) کسانی را که در معادن زغال سنگ زیرزمینی کار می‌کنند، تهدید می‌نماید.
آلودگی هوا از مسایل عمده‌ای است که از مصرف زغال سنگ حاصل می‌شود. غالباً زغال سنگ‌ها حاوی مقدار قابل توجهی گوگرد هستند که در ضمن سوختن گازهای خطرناک بی اکسید گوگرد تولید می‌کنند و در طی واکنش‌های شیمیایی پیچیده جوی ، بی اکسیدهای گوگرد به اسید سولفوریک تبدیل می‌شوند که خود سپس در اثر ریزش باران و برف به سطح زمین بر می‌گردد و باعث اثرات خطرناک اکولوژیکی می‌شود.
نفت و گاز طبیعی
نفت و گاز طبیعی درمحیط‌های مشابهی یافت می‌شوند و همراه هم بوجود می آیند. هر دو مخلوطی از ترکیبات هیدروکربنی هستند که اجزای آن ها شامل هیدروژن و کربن بوده و ممکن است حاوی مقادیر کمی عناصر دیگر نظیر گوگرد ، نیتروژن و اکسیژن هم باشند. مثل زغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی هم منشأ حیاتی دارند و از بقایای موجودات بوجود می‌آیند؛ با این تفاوت که محیط تشکیل نفت و گاز دریایی می‌باشد.
تشکیل نفت
تشکیل نفت پیچیده است و هنوز هم کاملاً مشخص نشده است ولی با این وجود تشکیل آن با تجمعی از رسوب در مناطق اقیانوسی که غنی از بقایای گیاهی و جانوری است آغاز می‌شود. این قبیل تجمعات باید در مناطقی که فعالیت‌های حیاتی زیاد باشد، نظیر مناطق نزدیک ساحل ، انجام شود. به علاوه اکثر محیط‌های دریایی غنی از اکسیژن است. لذا ، قبل از اینکه بقایای آلی به وسیله رسوبات دیگر دفن شوند، تجزیه و متلاشی می‌شوند.
با این وجود مقادیر بسیاری از مواد آلی در بسیاری از حوضه‌های رسوبی دور از ساحل دفن شده و از اکسیده شدن در امان می‌مانند. با دفن رسوبات در زمان طولانی بیش از میلیون‌ها سال به واکنش‌های شیمیایی بتدریج مواد آلی اولیه را به هیدروکربورهای مایع و گازی تبدیل می‌کنند که ما آنها را نفت و گاز طبیعی می‌نامیم.
مهاجرت نفت
بر خلاف مواد آلی اولیه ، نفت و گاز طبیعی حاصل از آن ها تحرک زیادی دارند. سیالات ذکر شده به تدریج از لایه‌های غنی از گل بر اثر فشار جدا شده و به داخل طبقات نفوذپذیر نظیر ماسه‌سنگ یا جایی که فضاهای بین دانه‌های رسوب بزرگتر باشد مهاجرت می کنند. لایه‌های سنگی حاوی نفت و گاز از آب اشباع هستند. ولی چون این مواد سبکتر از آبند، لذا به سمت بالا مهاجرت نموده و از میان فضاهای مملو از آب سنگ‌های در برگیرنده عبور می‌کنند.
اگر چیزی مانع مهاجرت آن ها به سمت بالا شود، این مایعات سرانجام به سطح زمین می‌رسند و در آنجا به صورت مواد فرار متصاعد می‌شوند. ولی معمولاً نفت در تله‌های نفتی جمع می‌شود.
تله نفتی
یک محیط زمین‌شناسی را که در آب مقدار قابل توجهی نفت و گاز جمع شود، تله نفتی (Oil trap) می‌نامند. تمام تله‌های نفتی دارای دو خصوصیت اساسی زیر می‌باشند:
یک سنگ مخزن (reservoir rock) متخلخل و نفوذپذیر که حاوی مقادیر قابل توجهی از نفت و گاز طبیعی است و در حفاری از آن نفت و گاز بدست می‌آید و هر یک پوش‌سنگ (cap rock) نظیر شیل که اساساً نسبت به گاز و نفت غیر قابل نفوذ است. پوش سنگ مانع حرکت نفت و گاز به بالا و فرار آن به سطح زمین می‌شود.
انواع تله‌های نفتی
تله تاقدیسی : یکی از ساده‌ترین تله‌هاست و عبارت است از سری لایه‌هایی که قوس آن ها به سمت بالا می‌باشد. هنگامی که لایه‌ها چین می‌خورند نفت و گاز بالا آمده و در قله چین جمع می‌شوند.
تله گسلی : این نوع تله‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که لایه‌های رسوبی به وسیله گسل به طریقی جابجا شوند که در مقابل طبقات غیر قابل نفوذ قرار بگیرند. در این حالت حرکت نفت و گاز طبیعی به سمت بالا در منطقه گسلی قطع می‌شود.
گنبدهای نمکی (Salt dome) : در مناطقی که ضخامت لایه‌های رسوبی بسیار زیاد باشد، لایه‌های نمکی موجود در اعماق زیاد بر اثر وزن لایه‌های فوقانی با فشار خود به صورت ستونی بالا می‌آیند. ستون‌های نمکی بالارونده ، لایه‌های رسوبی روی خود را تغییر شکل می‌دهند. چون نفت و گاز تا بالاترین سطح ممکن مهاجرت می‌کنند، لذا در طبقات ماسه سنگی برگشته (تاقدیس مانند) مجاور ستون نمک جمع می‌شوند.
تله چینه‌ای (stratigrapgic traps) : این نوع تله‌ها بیشتر به رسوبگذاری اولیه لایه‌ها وابسته است تا تغییر شکل ساختمانی . به عنوان مثال یک تله چینه‌ای ممکن است به دلیل نازک شدگی یک طبقه ماسه سنگی و از بین رفتن آن ایجاد گردیده باشد.
شیل نفتی
امروزه شیل‌های نفتی، به عنوان جایگزین بخشی از سوخت لازم پیشنهاد شده است. سازمان زمین‌شناسی آمریکا بیش از 3000 بیلیون بشکه نفت را در شیل‌های نفتی دنیا برآورد کرده است که در هر تن از شیل بیش از 38 لیتر نفت وجود دارد.
شیل نفتی (oil shale) سنگ رسوبی بسیار دانه ریز دارای مقداری مواد آلی است. شیل نفتی در واقع حاوی نفت نبوده، بلکه از مواد هیدروکربن مومی مانند کروژن (kerogen) تشکیل یافته‌اند. هنگامی که دما به حدود 480 درجه سانتیگراد برسد، این کمپلکس جامد که شامل مخلوطی از ترکیبات کربنی است به مواد هیدروکربن و باقی مانده‌های کربنی تجزیه می‌شوند. پس از سرد شدن هیدروکربن‌ها به مایعی به نام نفت شیل تبدیل می‌گردد.
نفت حاصل از شیل ، سوختی را فراهم می‌کند که می‌تواند به مصرف دیگ‌های بخار برسد. گرچه طرح های آزمایشی برای استخراج نفت موجود در شیل‌ها از مدت‌ها پیش عملی شده، اما هنوز هم هیچ سعی جدی برای بهره‌برداری اقتصادی از این مخازن وسیع صورت نگرفته است. دلیل اول بر عدم توسعه آن ها این است که نفت حاصل از شیل‌ها از نظر اقتصادی نمی تواند با نفت مخازن سنگی قابل مقایسه باشد.
علاوه بر آن تولید نفت از شیل به مقدار زیادی آب ، یعنی یکی از کم‌یاب‌ترین چیزها در نواحی نیمه خشک که بیشترین مخازن شیل نفتی در آن ها واقعند، نیاز دارد. مواد زاید حاصل از استخراج شیل‌های نفتی نیز مسئله جدی دیگری است که باید مورد بررسی قرار بگیرد.
منبع:
