A kőszén keletkezése

A kőszén hőmérséklet- és nyomásnövekedés hatására átalakult, betemetett növényi anyag. Felhasználásának alapja, hogy elégetésekor felszabadul az az energia, amit a növény fejlődése során a napsugárzásból elraktároz. Egy kőszénlelőhely vagy előfordulás számos kőszénréteget tartalmaz, melyeket meddőrétegek választanak el. Kőszénföldtanban az egyes kőszénrétegeket nevezzük telepnek.

A kőszén mocsári környezetben alakul ki, ahol a növények elhalásuk után víz alá kerülnek. Ez által egyrészt nem következik be a szerves anyag levegőn történő oxidációja, másrészt az iszappal való betemetődés megakadályozza, hogy a baktériumok és gombák a növényi anyagot lebontsák. A mocsarakban ilyen módon betemetődött növényi anyag tőzeggé alakul, mely 90 % vizet is tartalmazhat. A tőzeg akkor fejlődik tovább kőszénné, ha az adott terület lassú süllyedése miatt további üledékrétegek halmozódnak fel rajta. Ekkor a tőzeg a nyomásnövekedés miatt nagymértékben tömörül, és vize nagy részét elveszíti.

Biokémiai szénülésnek nevezzük a szénképződésnek azt a kezdeti szakaszát, amelyben még mikroorganizmusok végzik a lebontást. Ekkor a növényi lignin, cellulóz és proteinek huminsavakká alakulnak. Így keletkezik a tőzeg, melyben a növényi anyag még felismerhető. Ezt követi a geokémiai szénülés, amikor a geológiai körülmények változnak, vagyis növekvő betemetődés, növekvő hőmérséklet hatására a növényi szerkezet eltűnik. Ebben a szakaszban jön létre a barnakőszén. A barnakőszén maximum 100^oC-ig (kb. 3 km mélység) képződik. A szénülés utolsó szakaszában a huminsavak szétbomlanak, metán szabadul fel, ekkor keletkezik a feketekőszén és az antracit. Ez a 100-400^oC hőmérsékleti tartományban történik. Ha a hőmérséklet és a nyomás tovább növekszik, a kisfokú metamorfózisnak megfelelő körülmények között az antracit grafittá alakul.

A növények kémiai alkotói a szén (50 %), oxigén (43 %), hidrogén (6 %), és nitrogén (1 %). A szénülés során ezek mennyiségi aránya a szén javára tolódik el, az elemi szén tartalom 50 %-ról 100 %-ra növekedhet. Az eltávozó elemek gázvegyületeket alkotnak. Ezek közül a metán jelent veszélyt a bányászat szempontjából, mert a pórusokból kiszabadulva a bányaüregek levegőjével robbanásveszélyes elegyet alkot (sújtólég).

A kőszén növényi eredetű és ásványi eredetű komponensekből áll, pórusaiban vizet és gázokat tartalmaz. A növényi eredetű alkotók az éghető anyagok, az ásványi eredetűek a hamuképzők.

A kőszén éghető anyagai, a növényi eredetű szerves ásványok három csoportba oszthatók: huminitek, bituminitek és oxinitek.

A hamuképző alkotók legnagyobb részben agyagásványok, mellettük törmelékes eredetű, finomszemcsés kvarc és földpát is előfordul. Kalcit, dolomit és sziderit is lehet a kőszenekben, melyek általában konkréciókat, lencséket alkotnak. A pirit és markazit a kőszénképződés kezdeti szakaszában, a reduktív, mocsári környezetben, baktériumok tevékenysége következtében jön létre. A kőszenekben gyakran nehézfém-ionok (radioaktívak is) dúsulnak, melyeket eredetileg a növények kötnek meg, majd a szénülési folyamat kedvez a felhalmozódásuknak.