Węgiel Kamienny – Steinkohle – Hard coal EarthCache

Hałda odpadów węgla kamiennego na południe od Knurowa

Węgiel kamienny wydobywa się w Knurowie od 1906 roku. Wysypisko górnicze wydaje się ogromne.

Oprócz kamieni można tu również znaleźć małe kawałki węgla. Działa to już na dole przy podanych współrzędnych. Ale jeśli pójdziesz trochę w górę, możesz cieszyć się ładnym widokiem. I można poczuć, jak duża jest ta hałda. W oddali wciąż trwają prace.

Czy kiedykolwiek trzymałeś w dłoni węgiel kamienny? Czy wiesz, czy jest lekki czy ciężki? Czy jest twardy? Czy węgiel kamienny pochłania wodę podczas deszczu? Czy węglem kamiennym można pisać lub rysować na papierze?

Już widzisz, o czym jest ten Earthcache: Kilka eksperymentów z węglem kamiennym. Jest to skrytka Earthcache dla praktycznie zorientowanych geocacherów, którzy lubią eksperymentować.

Formowanie się węgla kamiennego

350 do 250 milionów lat temu (epoki karbonu i permu) obszar, na którym się poruszamy, znajdował się blisko równika. Klimat był gorący i wilgotny. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze była bardzo wysoka. W rozległych lasach bagiennych rosły ogromne paprocie, skrzypy, drzewa fokowe i drzewa łuskowe.

Poziom wody zmieniał się tak, że las bagienny był wielokrotnie zalewany. Drzewa zostały przykryte przez powodzie piaskiem i gliną. Kiedy woda ponownie opadała, w tym samym miejscu wyrastały nowe lasy bagienne. Ta "gra" powtarzała się dziesiątki razy.

Formowanie się węgla kamiennego


Kontynuacja formowania się węgla kamiennego

W ten sposób powstały potężne warstwy piasków i glin. Pomiędzy warstwami był materiał organiczny: Pozostałości pierwotnych drzew, nasze dzisiejsze pokłady węgla. Ciśnienie zalegających mas było ogromne. Temperatury również były wysokie. I nie było tlenu. W tych warunkach (wysokie ciśnienie, wysokie temperatury, brak tlenu) węgiel zawarty w materiale organicznym stawał się coraz bardziej wzbogacony. Proces ten nazywa się uwęglaniem.

Procesy, które doprowadziły do powstania węgla kamiennego, są tak charakterystyczne, że od ich nazwy nazwano epokę geologiczną: karbon. Tworzenie się węgla było szczególnie intensywne w górnym karbonie, tj. w młodszej części karbonu, około 320 do 305 milionów lat temu.

Warstwy zawierające węgiel zapadają się coraz głębiej z powodu przykrycia ich innymi materiałami. Dlatego cenny węgiel kamienny musi być wydobywany pod ziemią.

Górnik podąża za przebiegiem pokładów węgla. Bardzo wydajne pokłady węgla mogą osiągać grubość ośmiu metrów. Zależy to od tego, ile materiału organicznego odłożyło się w jednej fazie.

Istnieje tylko kilka miejsc, w których węgiel kamienny można znaleźć blisko powierzchni ziemi. Podczas późniejszych procesów tektonicznych, zwłaszcza budowy gór, niegdyś jednolite osadzanie zostało zakłócone i wymieszane. Ogromne płyty ziemi wraz z pokładami węgla zostały podniesione, obniżone, przesunięte i przechylone.

Właściwości węgla kamiennego

Z formacji węgla kamiennego jasno wynika, że jest to skała osadowa. Węgiel kamienny składa się w co najmniej 50% wagowo (lub co najmniej 70% objętościowo) z od pierwiastka węgiel (pierwiastka chemicznego C).

W przypadku węgla kamiennego istnieją jednak zdecydowane różnice w jakości. Ogólnie rzecz biorąc, im starszy węgiel kamienny, tym wyższa zawartość węgla i wyższa wartość opałowa. Kilka milionów lat więcej lub mniej w akumulacji węgla robi dużą różnicę!

Notatka: Węgiel brunatny powstał w trzeciorzędzie około 66 do 5 milionów lat temu. W porównaniu z węglem kamiennym brakuje mu po prostu milionów lat, aby powstał węgiel wysokiej jakości!

Kolor węgla kamiennego jest czarny. Często węgle mają błyszczące powierzchnie. Połysk jest spowodowany przez organiczne składniki tworzące skałę (witrynit). Nie ma związku między połyskiem węgla kamiennego a jego jakością.

W węglu kamiennym często występują skamieniałości roślinne.


Skamieniałości z dołu "von Velsen" w Knurowie
Źródło: https://www.mineralienatlas.de zobacz literaturę [2]

Gęstość węgla kamiennego wynosi od 1,1 do 1,5 g/cm³. Oprócz węgla, węgiel kamienny zawiera także tlen, wodór, azot, siarkę i popiół. Popiół odnosi się do wszystkiego, co pozostaje niepalne po spaleniu.

Pod warunkiem, że nie ma piasku lub gliny i tylko niewielka ilość popiołu, wysoka gęstość świadczy o dobrym uwęgleniu, a tym samym o dużej ilości węgla i niskiej proporcji gazów - a tym samym o dobrym węglu.

Twardość węgla kamiennego jest również interesująca. Istnieje skala twardości Mohsa od 1 (bardzo miękki, talk) do 10 (bardzo twardy, diament). Bada się, który materiał można zarysować którym. W ten sposób określa się twardość materiału.

Oto kilka przykładów:
Twardość 2: możliwość zarysowania paznokciem
Twardość 3: do zarysowania miedzianą monetą
Twardość 4: łatwa do zarysowania nożem
Twardość 5: ledwo dająca się zarysować nożem.

Zadania/pytania

1. Popatrz na hałdę węgla.
a) Czy jest tu dużo kawałków węgla? Czy trzeba ich długo szukać?
b) Czy są tu kawałki węgla o błyszczącej powierzchni? (tak/nie)
c) Czy można coś wywnioskować o jakości węgla na podstawie jego połysku? (listing)

2. Weź kawałek węgla drzewnego i sprawdź, czy możesz nim pisać lub rysować na białym papierze. Czy to działa? Jeśli tak, jakiego koloru są linie utworzone przez węgiel?

3. Określ twardość węgla kamiennego, próbując naciąć go różnymi przedmiotami (paznokciem, miedzianą monetą, nożem)!

4. Czy węgiel kamienny pochłania wodę?
Opisz krótko jeden ze sposobów, w jaki możesz się tego dowiedzieć!
Zadanie dobrowolne: Przeprowadź eksperyment i zgłoś wynik!

5. Zamieść zdjęcie swoje lub swojej maskotki na współrzędnych!

Prosimy o przesyłanie odpowiedzi za pośrednictwem centrum wiadomości. Możliwe jest również wysłanie wiadomości e-mail. Następnie możesz się natychmiast zalogować. Skontaktujemy się z Tobą, jeśli pojawią się jakiekolwiek rozbieżności.

Życzymy dobrej zabawy z tym Earthcache!

Die Steinkohlenhalde südlich von Knurów

In Knurów wird seit 1906 Steinkohle abgebaut. Die Bergbauhalde erscheint riesig.

Außer Steinen kannst du hier auch kleinere Stückchen von Steinkohle finden. Das funktioniert bereits am unteren Rand an den gegebenen Koordinaten. Wenn du aber ein Stück hinauf gehst, dann kannst du einen schönen Blick genießen. Und du bekommst ein Gefühl dafür, wie groß die Halde ist. Ganz in der Ferne wird noch gearbeitet.

Hast du schon einmal Steinkohle in der Hand gehalten? Weißt du, ob sie eher leicht oder schwer ist? Ist sie hart? Nimmt Steinkohle bei Regen Wasser auf? Kannst du mit Steinkohle auf Papier schreiben oder zeichnen?

Du merkst schon, worauf dieser Earthcache ausgerichtet ist: Auf ein paar Experimente mit Steinkohle. Es handelt sich um einen Earthcache für praktisch orientierte und experimentierfreudige Geocacher.

Entstehung von Steinkohle

Vor 350 bis 250 Millionen Jahren (Zeitalter Karbon und Perm) befand sich die Gegend, in der wir uns hier bewegen, in Äquatornähe. Das Klima war heiß und feucht. Die Atmosphäre hatte einen hohen Gehalt an Kohlendioxid. In ausgedehnten Sumpfwäldern wuchsen riesige Farne, Schachtelhalme, Siegelbäume und Schuppenbäume.

Der Wasserspiegel schwankte, so dass es immer wieder zum Überfluten des Sumpfwaldes kam. Die Bäume wurden von den Fluten mit Sanden und Tonerden überdeckt. Als das Wasser wieder zurückwich, entstanden an gleicher Stelle neue Sumpfwälder. Dieses „Spielchen“ wiederholte sich viele Dutzende Male.

Entstehung von Steinkohle


Entstehung von Steinkohle Fortsetzung

Auf diese Art und Weise bildeten sich mächtige Schichten aus Sanden und Tonen. Und dazwischen befanden sich Schichten organischen Materials: Die Überreste der urzeitlichen Bäume, unsere heutigen Kohleflöze. Der Druck der darüber liegenden Massen war enorm. Auch die Temperaturen waren hoch. Und es gab da unten keinen Sauerstoff. Unter diesen Bedingungen (hoher Druck, hohe Temperaturen, kein Sauerstoff) wurde der im organischen Material enthaltene Kohlenstoff immer stärker angereichert. Der Prozess heißt Inkohlung.

Die Vorgänge, die zum Entstehen von Steinkohle geführt haben, sind so charakteristisch, dass ein geologisches Zeitalter danach benannt wurde: Das Karbon. Insbesondere im Oberkarbon, also im jüngeren Abschnitt des Karbon, so ungefähr vor 320 bis 305 Millionen Jahren, war die Kohlebildung besonders intensiv.

Die Schichten mit der enthaltenen Kohle sind durch die Überdeckung mit anderen Materialien immer tiefer gesunken. Deshalb muss die wertvolle Steinkohle unter Tage abgebaut werden.

Der Bergmann folgt dabei dem Verlauf der Kohleflöze. Sehr ergiebige Kohleflöze können eine Mächtigkeit von acht Metern erreichen. Das hängt davon ab, wie viel organisches Material in einer Phase abgelagert wurde.

Es gibt nur wenige Stellen, an der Steinkohle in der Nähe der Erdoberfläche zu finden ist. Bei späteren tektonischen Vorgängen, insbesondere Gebirgsbildungen, wurde die einst gleichmäßige Ablagerung gestört und durcheinander gebracht. Riesige Erdschollen samt Kohleflözen wurden gehoben, gesenkt, verschoben, schräg gestellt.

Eigenschaften von Steinkohle

Aus der Entstehung der Steinkohle ist klar ersichtlich, dass es sich um ein Sedimentgestein handelt. Steinkohle besteht zu mindestens 50 Gewichtsprozent (bzw. mindestens 70 Volumenprozent) aus Kohlenstoff (chemisches Element C).

Innerhalb von Steinkohle gibt es aber durchaus Qualitätsunterschiede. Ganz allgemein lässt sich sagen: Je älter die Steinkohle ist, desto höher ist ihr Anteil an Kohlenstoff, und desto größer ist ihr Heizwert. Ein paar Millionen Jahre Inkohlung mehr oder weniger machen da einen großen Unterschied!

Anmerkung: Braunkohle entstand im Tertiär vor etwa 66 bis 5 Millionen Jahren. Gegenüber Steinkohle fehlen ihr ganz einfach viele Millionen Jahre der Inkohlung! Und das macht einen riesigen Qualitätsunterschied aus.

Die Farbe von Steinkohle ist schwarz. Oft haben die Kohlen glänzende Flächen. Der Glanz wird durch organische gesteinsbildende Komponenten (Vitrinit) verursacht. Es gibt keinen Zusammenhang zwischen dem Glanz von Steinkohle und deren Qualität.

In Steinkohle werden häufig Pflanzenfossilien gefunden.


Fossilien aus der von Velsen Grube Knurów
Quelle: https://www.mineralienatlas.de siehe Literatur [2]

Die Dichte von Steinkohle liegt zwischen 1,1 und 1,5 g/cm³. Außer Kohlenstoff enthält Steinkohle noch Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Asche. Asche bezeichnet alles, was nach dem Verbrennen als unbrennbar zurück bleibt.

Unter der Voraussetzung, dass kein Sand oder Ton und nur wenig Asche enthalten ist, spricht eine hohe Dichte für eine gute Inkohlung und damit für viel Kohlenstoff und einen geringen Anteil an Gasen - und damit für eine gute Kohle.

Interessant ist auch die Härte von Steinkohle. Es gibt eine Härteskala nach Mohs von 1 (sehr weich, Talk) bis 10 (sehr hart, Diamant). Es wird untersucht, welcher Stoff sich mit welchem ritzen lässt. Auf diese Art wird die Härte eines Materials ermittelt.

Einige Beispiele sind:
Härte 2: mit dem Fingernagel ritzbar
Härte 3: mit einer Kupfermünze ritzbar
Härte 4: mit dem Messer gut ritzbar
Härte 5: mit dem Messer gerade noch ritzbar.

Aufgaben/Fragen

1. Lass deinen Blick über die Steinkohlenhalde schweifen.
a) Gibt es hier reichlich Kohlestücken? Oder musst du lange danach suchen?
b) Gibt es Kohlestückchen mit glänzenden Flächen? (ja/nein)
c) Lässt sich aus dem Glanz der Steinkohle etwas über deren Qualität schlussfolgern? (Listing)

2. Nimm ein Stückchen Steinkohle und probiere aus, ob du damit auf weißem Papier schreiben oder zeichnen kannst. Funktioniert das?
Falls ja: Welche Farbe haben die von der Kohle erzeugten Linien?

3. Bestimme die Härte von Steinkohle, indem du sie mit verschiedenen Gegenständen (Fingernagel, Kupfermünze, Messer) zu ritzen versuchst!

4. Nimmt die Steinkohle Wasser auf?
Beschreibe kurz eine Möglichkeit, wie du das herausfinden kannst!
Freiwillige Aufgabe: Führe dein Experiment aus und berichte über das Ergebnis!

5. Poste ein Foto von dir oder deinem Maskottchen mit Steinkohle an oder auf der Halde!

Sende deine Antworten bitte über das NachrichtenCenter. Email geht auch. Anschließend darfst du sofort loggen. Bei Unstimmigkeiten melden wir uns.

Wir wünschen dir viel Spaß mit diesem Earthcache!

Literatur

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Steinkohle
[2] https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Polen/Schlesien%20%28Oberschlesien%3B%20Slaskie%29%2C%20Woiwodschaft/Gleiwitz%20%28Gliwicki%29%2C%20Powiat/Knurow%20%28Knur%C3%B3w%29
[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Glanzkohle
[4] https://materialarchiv.ch/de/ma:material_2089
[5] https://www.faszination-rohstoffe.de/uebersicht-rohstoffe/braunkohle-vom-braunen-gold-zum-heissen-eisen
[6] https://www.seilnacht.com/Minerale/haerte.htm

The coal dump south of Knurów

Hard coal has been mined in Knurów since 1906. The mining dump appears huge.


Besides stones, you can also find smaller bits of coal here. This already works at the bottom edge at the given coordinates. But if you go up a bit, you can enjoy a beautiful view. And you get a feel for how big the heap is. Work is still going on far away.

Have you ever held hard coal in your hand? Do you know whether it is light or heavy? What is the hardness of hard coal? Does hard coal absorb water when it rains? Can you write or draw on paper with hard coal?

You can already see what this Earthcache is about: Some experiments with hard coal. This is an Earthcache for practically oriented geocachers liking to experiment.

Formation of hard coal

350 to 250 million years ago (Carboniferous and Permian eras), the area we are in here was close to the equator. The climate was hot and humid. The atmosphere had a high part of carbon dioxide. Huge ferns, horsetails, seal trees and scale trees grew in extensive swamp forests.

The water level fluctuated, so that the swamp forest was repeatedly flooded. The trees were covered by the floods with sands and clays. When the water receded again, new swamp forests grew at the same place. This "game" was repeated many dozens of times.

Formation of hard coal


Formation of hard coal Continuation

In this way, mighty layers of sands and clays have been formed. Between the layers was organic material: The remains of primeval trees, our present-day coal seams. The pressure of the overlying masses was enormous. The temperatures were also high. And there was no oxygen. Under these conditions (high pressure, high temperatures, no oxygen), the carbon contained in the organic material became more and more enriched. The process is called coalification.

The processes that led to the formation of hard coal are so characteristic that a geological era was named like this: Carboniferous period. Coal formation was particularly intense in the Upper Carboniferous, i.e. in the younger part of the Carboniferous, approximately 320 to 305 million years ago.

The layers containing coal have sunk deeper and deeper due to being covered by other materials. That's why the valuable hard coal has to be mined underground.

The miners follow the course of the coal seams. Very productive coal seams can reach a thickness of eight metres. That depends on how much organic material was deposited in one phase.

There are only a few places where hard coal can be found near the earth's surface. During later tectonic processes, especially mountain building, the once uniform deposition was disturbed and disorganized. Huge slabs of earth together with coal seams were lifted, lowered, shifted and tilted.

Properties of hard coal

It is clear from the formation of hard coal that it is a sedimentary rock. Hard coal consists of at least 50 percent by weight (or at least 70 percent by volume) of carbon (chemical element C).

However, within hard coal there are definitely differences in quality. Generally speaking, the older the hard coal, the higher its carbon part and the greater its calorific value. A few million years more or less in carbon accumulation make a big difference!

Note: Lignite coal was formed in the Tertiary period about 66 to 5 million years ago. Compared to hard coal, it simply lacks millions of years for the formation of high-quality coal.

The colour of hard coal is black. But often, the coal has shiny surfaces. This shine is caused by organic rock-forming components (vitrinite). There is no connection between the gloss of hard coal and its quality.

Often, plant fossils are found in hard coal.


Fossils from the von Velsen pit Knurów
Source: https://www.mineralienatlas.de see literature [2]

The density of hard coal is between 1.1 and 1.5 g/cm³. In addition to carbon, hard coal also contains oxygen, hydrogen, nitrogen, sulphur and ash. Ash refers to everything that remains as incombustible after burning.

Provided that there is no sand or clay and only little ash, a high density speaks for good coalification and thus for a lot of carbon and a low proportion of gases - and thus for a good coal.

The hardness of hard coal is also interesting. There is a Mohs scale of hardness from 1 (very soft, talc) to 10 (very hard, diamond). It is examined which material can be scratched with another. In this way, the hardness of a material is determined.

Some examples are:
Hardness 2: scratchable with a fingernail
Hardness 3: scratchable with a copper coin
Hardness 4: easy to scratch with a knife
Hardness 5: just barely scratchable with a knife.

Tasks/questions

1. Have a look to the coal dump.
a) Are there plenty of coal pieces here? Or do you have to look for them for a long time?
b) Are there pieces of coal with shiny surfaces? (yes/no)
c) Can anything be concluded about the quality of the coal from its shine? (listing)

2. Take a piece of coal and watch if you can write or draw with it on white paper. Is it working? If so, which colour are the lines made by the coal?

3. Determine the hardness of hard coal by trying to score it with different objects (fingernail, copper coin, knife)!

4. Does hard coal absorb water?
Briefly describe one possibility to answer this question!
Voluntary task: Run your experiment and report the result!

5. Post a photo of you or your mascot with coal at or on the slagheap!

Please send your answers via the message centre. Email is also possible. Afterwards you may log immediately. We will contact you if there are any discrepancies.

We wish you lots of fun with this Earthcache!