HORNINY SEDIMENTÁRNÍ - USAZENÉ Jsou nejrozšířenějšími horninami na zemském povrchu. Vznik sedimentárních hornin a) mechanické (klastické) Vznik těchto hornin lze rozdělit na několik fází: o o o o
zvětrávání (eroze) hornin (magmatických, metamorfovaných nebo starších sedimentárních) přenos (transport) zvětralého materiálu různými transportními činiteli (voda, vzduch, ledovec) v podobě klastických částic nebo formou roztoků usazování (sedimentace) přeneseného materiálu v sedimentačních prostředích různého charakteru, může jít o hromadění klastických částic nebo srážení minerálů z roztoku zpevňování (diageneze) usazeného materiálu, a to buď kompakcí (stlačením) vlivem tíhy nadloží, nebo chemickou cestou tzv. cementací, při níž dochází k vysrážení některého minerálu tvořícího v klastických sedimentech tmel. Diagenezí zpevněné sedimenty považujeme za horniny skalní. Příkladem může být vznik pískovce z písku nebo slepence ze štěrku.
b) organogenní – vznikají ze schránek organismů nebo přímo z jejich odumřelých těl – bez přístupu kyslíku a za specifických tlakových podmínek c) chemické - vznikají vysrážením z vodních roztoků Sedimentační prostředí Podle prostředí, ve kterém sedimentace (usazování) probíhá můžeme rozlišit sedimentaci na pevninách a sedimentaci v mořích. Mořského původu je převážná část sedimentů. Usazování zde probíhá chemickou i biochemickou cestou, ale i mechanickým tříděním klastických částic přinesených z pevniny. Na kontinentech může sedimentace probíhat jednak na souši, jednak pod vodou. K sedimentům, které vznikají na souši patří sedimenty eolické (větrné), sedimenty svahové a sedimenty ledovcové. K sedimentům, které vznikají ve vodním prostředí patří sedimenty říční, jezerní a sedimenty pobřežních lagun. V podhůří a na úpatí svahů všech zeměpisných šířek vznikají svahové sedimenty. K sedimentaci úlomků dochází účinkem gravitace a přemisťování nastává deštěm nebo svahovými pohyby. Vytvářejí se i kamenná moře. Říční sedimenty vznikají podle charakteru a vývoje říčního toku i říčního údolí. V horním toku má říční údolí zpravidla tvar písmene V. Erozivní činnost je převážně hloubková, nerovnosti a spádová křivka toku se vyrovnávají vodopády a peřejemi. Horninové úlomky se transportují vlečením a dochází k intenzivnímu opracovávání horninového materiálu. Na středním toku řeka eroduje do stran, vytváří spíše neckovité údolí tvaru písmenu U a meandry (zákruty) a ukládá sedimenty. Postupně klesá velikost sedimentovaných částic a vytvářejí se aluviální nivy. V dolním toku převažuje zpravidla sedimentace nad erozí. Vznikají aluviální roviny s mohutnými nejmladšími nánosy, často bahnitého nebo písčitobahnitého charakteru. Zvláštním typem říčních sedimentů jsou říční štěrkové terasy. U většiny našich řek vznikly v pleistocénu vlivem střídání období zalednění a období oteplování. V období mrazu bylo v řece málo vody, její transportní síla byla malá a docházelo k ukládání transportovaného materiálu. V období tání bylo v řekách mnoho vody, řeka nejen přenášela, ale i hloubkově erodovala koryto a vytvářela tak novou budoucí sedimentační bázi dalších štěrkových usazenin – viz Vltava ve Vraném n.Vlt. Sedimentace v jezerech je různorodá a o charakteru sedimentu rozhodují nejen klimatické podmínky (minulé i současné), ale i charakter horninového prostředí. Klastické sedimenty (úlomkovité) se dělí podle velikosti úlomků do čtyř skupin:
psefity (velikost nad 2 mm) štěrková složka psamity (2 až 0,06 mm) písčitá složka aleurity (0,06 až 0,002 mm) prachová složka pelity (pod 0,002 mm) jílová složka
Pro stavebního inženýra je dobře si zapamatovat, že názvy skupin pocházejí z řečtiny: psefos = hrubý, psamos = písek, alevros = mouka, pelos = bahno. Podle toho lze jednoduše dělit tyto sedimenty na štěrkovité, písčité, hlinité a jílovité. To v podstatě odpovídá i dělení podle norem pro zakládání na plošných základech: štěrk (gravel - G), písek (sand - S), hlína (mould - M) a jíl (clay - C).
Přehled usazených hornin a) Klastické sedimenty - mechanické 1. nezpevněné Štěrky Jsou klastické hrubé sedimenty složené z valounů odpovídajících velikostí psefitovým úlomkům z 80 %. Podle původu mohou být mořské, jezerní a říční. Podle kvalitativního zastoupení valounů mohou být monomiktní (složené z jednoho horninového nebo minerálního typu) a polymiktní (složené z různých typů valounů). Říční štěrky se vyskytují jak ve dně, tak i v naplavených lavicích v zákrutech řek. Zvláštním typem jsou terasové štěrky, které nacházíme v různých výškách svahu a které představují staré fluvioglaciální akumulace z období pleistocénu. Štěrky se používají k výrobě betonu, slouží jako filtrační a stabilizační materiál. Poskytují dobrou a spolehlivou, málo stlačitelnou základovou půdu. Při zakládání na štěrkových terasách ve svahu je však třeba vyšetřovat průběh štěrkové vrstvy pod celým objektem. Písky Jsou sypké sedimenty s úlomky odpovídajícími velikostí z 80 % psamitům. Většinou se skládají z křemene, živců a muskovitu. Mohou obsahovat až 20 % prachovité, jílovité nebo štěrkovité příměsi a dále těžké nerosty. Mohou být mořské, jezerní i říční, ale i eolické (větrné) nebo-li váté. Některé mořské písky obsahují zrnka karbonátů, některé příměs glaukonitu. Jezerní písky bývají silně jílovité, váté písky křemenné s malým podílem živců nebo rohovců. Pro stavebnictví jsou důležité písky tekoucí, tzv. kuřavka. Jedná se o písky, do nichž pronikl proud podzemní vody, který pootáčí jednotlivá zrnečka a způsobuje ztekucení celého komplexu. Takové písky jsou pro zakládání nevhodné, způsobují závaly při ražbě a většinou se zpevňují zmrazováním. Písky se používají ve stavebnictví jako stavební materiál, křemenné písky jsou dobrým filtračním materiálem a často slouží i jako sklářská surovina. Jílovité písky se používají ve slévárenství. Jako škodlivé příměsi lze označit sloučeniny železa, humus a jiné organické látky. Sprašoidní zeminy Patří sem spraše, spraše pahorkatin a sprašové hlíny. Na našem území většinou vznikly eolickou činností v pleistocénu. V některých zemích, např. v Číně, vznikají i v současné době. Bývají rozděleny půdními tmavšími horizonty ve více vrstev, nebo se střídají vápnité a nevápnité vrstvy v jednom souvrství. Sprašoidní sedimenty jsou převážně okrové barvy, skládají se z kosterních zrn (křemen, živec) a jílových minerálů (hlavně illitického charakteru). Jedná se o surovinu k výrobě cihel. Hlíny Mohou být různého původu (geneze) a složení. Aluviální hlíny (povodňové) se nacházejí v blízkosti řek v inundačním území, tzv. aluviální nivě. Podle toho se jim krátce říká aluvium. Jsou stlačitelné, obsahují často organogenní příměs v takovém množství, že na nich nelze zakládat. Jsou zvodnělé, hladina podzemní poříční vody kopíruje hladinu vody v řece, při povodních vystupuje až k povrchu, za sucha se snižuje až na úroveň vody v toku. Vzniká tak depresní křivka proměnlivého tvaru a při zakládání lze využít jen zpevněného povrchu pro lehké a nenáročné stavby. Svahové hlíny (deluvia) vznikají na svazích zpravidla přemístěním eluvia. Složení je jílovité až písčitohlinité, bývají napojeny srážkovou vodou a mohou přecházet do deluviofluviálních svahových sedimentů. Jako základová půda nejsou příliš spolehlivé a zpravidla je nelze využít ani jako zdroj stavebního materiálu. Jíly a slíny Jsou to jemné zeminy s téměř 90 % jílové frakce. Kaolinitové jíly jsou bělavé (čisté) nebo zbarveny druhotnou příměsí oxidů železa do žluta až červenohnědá. Výjimečně jsou až tmavošedé nebo nazelenalé. Používají se k výrobě porcelánu a šamotu, jako příměsi do barev, žáruvzdorných cihel a do tiskařské černi. U nás se vyskytují v těžitelném množství v chebské, českobudějovické a třeboňské pánvi a u Šatova na jižní Moravě. V blízkosti Rudic se těžily v minulém století a sloužily k výrobě krásné moravské keramiky. Slíny jsou jemné pelity barvou i vzhledem podobné jílům, které obsahují jemně rozptýlený uhličitan vápenatý. Reakce s HCl je bouřlivá.
2. Zpevněné klastické sedimenty Brekcie Od slepenců se liší ostrými hranami úlomků Slepence Jsou to zpevněné psefity s oválnými úlomky (valouny). Mohou se využívat jako stavební kámen i jako kámen dekorační.
Pískovce, arkózy, droby Jsou zpevněné psamity, které se liší svým minerálním složením i typem pojiva. Skládají se ze zrn křemene a úlomků stabilních hornin (např. silicitů, kvarcitů), tzv. složky stabilní a složky nestabilní (především živce) a jílové jemné hmoty. Pískovce Skládají se převážně ze zrn křemene, malého podílu jílové matrix a pojiva. Podle typu pojiva mohou být křemenné - barvy bělavé, vyskytující se hlavně v české křídové tabuli, hematitové - barvy hnědočervené, typické pro perm, glaukonitové - barvy šedozelené, nacházející se v beskydské křídě flyšového pásma, vápnité - barvy žlutošedé, vyskytující se ve flyši a limonitové barvy rezavé, které jsou v křídě i flyši. Droby Jsou to polymiktní zpevněné psamity, které obsahují kromě zrn minerálů i úlomky hornin - převážně jílovitých kulmských břidlic. Jílová hmota drob je slabě epizonálně metamorfovaná, což způsobuje poměrně vysokou pevnost a houževnatost těchto hornin, které se tak mohou využívat i jako drcené kamenivo. Barva drob je šedá, zvětráváním přibývá hnědé až rezavohnědé. Jsou to mořské sedimenty, které se vyskytují jako hlavní horniny kulmu Drahanské vrchoviny, Nízkého Jeseníku a Oderských vrchů. V Čechách se vyskytují v Barrandienu. Moravské droby jsou jedním z nejčastějších stavebních kamenů. Používaly se jako stavební kámen na zdivo, obrubníky, chodníky, patníky i jako kamenivo drcené. Škodlivinou při drcení ve velkolomech bývají jílovité břidlice, s nimiž se droby společně v kulmském souvrství vyskytují. Proto při výběru nových lomů by se mělo na tuto skutečnost pamatovat. Opuka Barva je bělavá až žlutošedá. Typickou příměsí opuky jsou mikroskopické jehlice mořských hub tvořené opálem (tzv. spongie). Jejich množství ovlivňuje pevnost a trvanlivost opuky. Jedná se o kvalitní stavební kámen, který byl oblíben zvláště ve středověku v pražském okolí. Opuka není vhodná k výrobě drceného kameniva. Je však dobře opracovatelná a může sloužit i k sochařským účelům. Jílovce a slínovce Jsou zpevněné pelity, slínovce s obsahem CaCO3. Hlavními minerály jsou jílové nerosty, většinou illitové povahy. Mají šedou, bílošedou až černošedou barvu a lasturnatý lom. Některé se mohou využívat k výrobě šamotu. Jílové břidlice Jsou zpevněné břidličnaté pelity většinou šedé barvy. Na Moravě se od pradávna využívaly jako střešní krytina, tzv. pokrývačské břidlice. Ve vodě jsou stálé, nerozpadají se, a tím se odlišují od jílovců. Z jílových minerálů převažuje illit. V Barrandienu se vyskytují jílové břidlice kamenečné, jsou algonkického stáří a obsahují pyrit. Slouží rovněž k výrobě tvárnic a jako stavební písek.
b) chemické usazené horniny Patří k nim vápence, dolomity, travertin a psací křída. Vápence Chemogenní vápence jsou skalní horniny, složené převážně z kalcitu (CaCO3). Jejich textura se jeví stavebnímu inženýru jako makroskopicky celistvá, ve skutečnosti je hmota horniny složena z mikroskopických zrn a označuje se jako krystalinní. Zvláštním typem jsou tzv. vápence oolitické. Jsou charakterizovány velkým množstvím ooidů neboli oolitů - kulovitých nebo vejčitých tělísek o průměru až 2 mm s koncentrickou nebo radiálně paprsčitou stavbou. Dolomit Je to chemogenní karbonátová hornina, která se skládá hlavně ze zrn dolomitu CaMg(CO3)2, příměsi illitu a případně i bitumenu. Vzhledem k tomuto minerálnímu složení, vykazuje dolomit s HCl pouze slabou reakci a tím se liší od čistých vápenců. Barva může být bílá, šedá až tmavošedá, žlutobílá i narůžovělá. Textura je makroskopicky celistvá, masivní. Při zvětrávání se některé typy dolomitu rozpadají v drobné částice velikosti zpravidla několika mm, tzv. dolomitický písek. Dolomit je odolnější vůči zvětrávání než vápenec, a tím vytváří ve vápencových a dolomitových pohořích ostřejší morfologické tvary i bizarní povrch skal. Patří proto právem k nejatraktivnějším turistickým oblastem. V České republice netvoří dolomit významné samostatné masívy, je však zastoupen hojně na celém středním Slovensku. Travertin Vyznačuje se šedobílou, šedožlutou až rezavě žlutou barvou. Nažloutlé zbarvení je způsobeno limonitem. Travertin bývá běžně pórovitý a výrazně vrstevnatý. Sráží se z pramenů obsahujících CO 2 a rozpuštěný hydrogen uhličitan vápenatý. Při vývěru uniká značná část CO2 do vzduchu nebo je odebírána rostlinami. Hydrogen uhličitan přestává být v roztoku stabilní a přechází na normální CaCO3, který se usazuje. Takto se postupně vytváří tzv. travertinové kupy, které rostou dokud pramen nepřestane vyvěrat . Jejich velikost může být od několika metrů až do několika set metrů. Nejvíce výskytů travertinu je soustředěno ve Slovenské republice, kde vznikaly především v pleistocenu a holocénu a na některých lokalitách se travertin tvoří i v současné době. Typickými výskyty travertinových kup jsou např. okolí Spišského Podhradí, kde jsou jedny z největších, u Vrůtek, Ružbach, Bešeňové u Ružomberka a na vrchu Dreveník.
Travertin se používá k výrobě leštěných obkladových desek, kamenných zábradlí, výjimečně i jako sochařský kámen. Vzhledem ke své velmi pórovité textuře se nehodí jako obkladový materiál pro exteriér. Póry se rychle zanáší popílkem a jinými nečistotami a čištění takového povrchu je velmi obtížné. Psací křída Je zvláštním typem karbonátové horniny. Je to hornina nejčastěji bílá, měkká, otírající se o prsty. Tvořena je především mikroskopickými schránkami mořských mikroorganizmů nebo i příměsí kalcitických schránek větších živočichů. Obsah CaCO3 je kolem 98%. Pro křídu je typická přítomnost křemitých konkrecí pazourků. Vyskytuje se hlavně v severní Evropě (známé bílé útesy u Doveru a na Rujaně). Chemické křemité sedimenty (silicity) Křemenec (ortokvarcit) Tmel čistě křemenných pískovců může v některých případech překrystalizovat takovým způsobem, že již není možné rozeznat zrna klastického původu a původní tmel. Takové horniny se nazývají křemence. Křemence mají obvykle šedou až hnědou barvu a kompaktní, jemně zrnitou texturu. Obsah křemene je minimálně 90%. Oproti pískovcům se vyznačují vyšší pevností. Buližník Jako jediný patří u nás k významnějším typům s využitím i ve stavební praxi. Je šedý nebo černý, makroskopicky celistvý a lidově se jeho skalkám říká kamýky. Nachází se v JZ Čechách. Poskytuje výborný štěrk a materiál pro mozaiky. Pazourek Barva je šedá až černá na povrchu má bílou kůru, lom je lasturnatý. Může obsahovat mikroskopické jehlice hub. Hlavní výskyty jsou na obou stranách kanálu La Manche a poloostrově Rujana. U nás se nachází v ledovcových uloženinách na severní Moravě a v říčních sedimentech.
c) Organogenní horniny 1) ze schránek organismů Organogenní vápence se liší od chemicky vzniklých prakticky jen tím, že vznikly z pevných schránek živočichů nebo částí rostlin. Kvalita vápence, jako suroviny k výrobě cementu, je zpravidla určována procentuálním zastoupením kalcitu, kterého by mělo být nejméně 50%. Z dalších minerálů bývá přítomen minerál dolomit, klastická příměs a případně i jílové nerosty (illitu). Vápence se používají k výrobě vápna a cementu, jako kamenivo pro různé stavební účely, jako stavební kámen kusový i opracovaný, některé druhy se brousí a leští k dekoračním účelům. V Čechách patří k významným lomařským oblastem okolí Berouna, na Moravě okolí Brna a Hranic na Moravě. Několik drobných lomů je i v Nízkém Jeseníku. Zvláštní typ vápence je zastoupen v tzv. vnějším bradlovém pásmu. Jedná se o pruh osamocených ker, které vystupují mezi Mikulovem a Štramberkem. Tvoří Pálavské kopce, vápencový výskyt u Kurovic a známý štramberský Kotouč.
uhelná řada
živičná řada
rašelina černé a hnědé uhlí antracit ropa zemní plyn zemní vosk asfalt
Uhlí Vznik Většina světových zásob uhlí se začala tvořit v období karbonu, geologické epoše, která začala před 360 milióny let a skončila před 286 milióny let. To znamená, že uhlí vzniklo z tropických slatin starších geologických dob, rostoucích v bažinách. Ve slojích černého uhlí se zachovaly otisky stromových přesliček, plavuní a kapradin, v ložiskách hnědého uhlí otisky jehličnatých i listnatých stromů. Trouchnivěním, rašeliněním (za vzniku metanu - tzv. bahenního plynu) a pozvolným uhelnatěním rostlinných látek v močálech za nedokonalého přístupu vzduchu při vlhkém a teplém podnebí pozbývaly tyto látky vodík a kyslík, vytvářely uhlík, ztrácely rostlinnou strukturu a stávaly se tmavší. Jsou to tedy fosilní ložiska humusových hornin. Z rostlinných látek vznikala nejdříve rašelina, potom při pokračujících poklesech a překrytí pískem a jílem hnědé uhlí a z něho černé uhlí a antracit. Aby se rašelina přeměnila v uhlí, musí být stlačena. Z vrstvy silné 10 až 15 metrů se utvoří uhelná sloj o tloušťce přibližně jeden metr. Nejstarší černé uhlí a antracit vznikají pouze vlivem silného tektonického tlaku a vysoké
teploty, což bývá v dobách orogenetických. Je to složitá směs látek, jejichž podstatnou služkou je vázaný uhlík a některé další vázané prvky (vodík, kyslík, dusík, síra aj.). V útvarech starších než křída se vyskytuje pouze uhlí černé, v křídě uhlí černé i hnědé a v útvarech pokřídových pouze uhlí hnědé. Zvláštním druhem hnědého uhlí je lignit(xylit), na němž je vlivem slabého prouhelnění dosud patrna struktura dřeva. Kvalita uhlí jako paliva závisí především na obsahu uhlíku. Černé uhlí obsahuje 75% až 95% uhlíku, hnědé uhlí 60% až 75% uhlíku a lignit 40-60% uhlíku, 50%vody a zbytky dřeva (ostatní vlastnosti jsou shodné s vlastnostmi hnědého uhlí). Největší procento uhlíku (94%) a nejméně prchavých látek má antracit. Tato tabulka ukazuje procentické zastoupení prvků ve vybraných palivech: %C
%H
%O
Dřevo
50
6
43
Rašelina
60
6
32
Hnědé uhlí
70
5
24
Kamenné uhlí
82
5
12
Antracit
94
3
3
Tuha
100
0
0
Hnědé uhlí Hnědé uhlí bývá uloženo nehluboko pod povrchem, dá se těžit skrývkou a těžba je proto levná. Hnědé uhlí se vyskytuje v různých světadílech, ale nejvíce se ho těží v Evropě. Nejvíce lignitu a hnědého uhlí je na území Německa. Užívá se jako topivo v elektrárnách i v domácnostech. Značné množství se koksuje a součastně při koksování se získává hnědouhelný dehet a z něho umělý benzín. Lignit hodně kouří a vydává relativně málo tepla. Černé uhlí Černé (kamenné) uhlí má výhřevnost 7 000 - 8 500 kcal, malé procento vody a prchavých látek. Od hnědého uhlí se liší větší výhřevností a menším množstvím popela, který zbyde po shoření, barvou a tvrdostí. Nejjakostnějším druhem uhlí je antracit. Hoří velice horkým plamenem a vydává málo kouře, avšak obtížně se zapaluje. Naleziště Ze všech fosilních paliv se v přírodě nejvíce vyskytuje uhlí. Odhaduje se, že známé světové zásoby uhlí by při součastné rychlosti spotřeby měly vystačit na více než 200 let. Mnozí experti se domnívají, že dosud neobjevené zásoby uhlí představují alespoň patnáctinásobek známých zásob. Dvě třetiny ze známého množství uhlí nacházejícího se ve světě jsou ve třech zemích. Spojené státy mají přibližně 30%, Rusko a jeho spojenecké země mají kolem 25% a Čína zhruba 10%. Dobývání Uhelné sloje jsou různé tloušťky. Od několika milimetrů až po několik metrů. Tento fakt však nemůže vyvrátit to, že jsou dva způsoby dolování uhlí, a to: A) Povrchové, které je vhodné, je- li uhlí uloženo blízko zemského povrchu. Tímto způsobem se těží hnědé uhlí. Povrchové dobývání vytváří v krajině pustiny. Jsou odkryty velké plochy země a krajina není na pohled vůbec vábná. Práce začínají odstraněním úrodné půdy (ornice) a navrchu ležících hornin, které jsou následně navršeny na okrajích povrchového dolu. Slouží jako stěna, která má tlumit hluk a zakrýt nevábný pohled. Potom se uhlí dobývá s použitím obrovských rypadel(kolesové, lanové, korečkové). Když se v povrchovém dole veškeré uhlí vytěží, vrací se krajina do původního stavu. B) Hlubinné dolování je hlavní metodou v Británii a v kontinentální Evropě. Tímto způsobem se získává také zhruba 40% uhlí ve Spojených státech a více než polovina uhlí v Austrálii. Mnohé uhelné sloje leží velmi hluboko. Nejhlubší Britský důl je hluboký 1 300 metrů. Aby horníci mohli těžit v takové hloubce, musejí vyhloubit vertikální šachty, kterými sfárají pomocí důlního výtahu dolů a stejným způsobem se uhlí dopravuje nahoru. Důlní dílo (porub) pod zemí často dosahuje v horizontální rovině délky několika kilometrů a elektrické vláčky vozí horníky a uhlí mezi porubní stěnou uhelné sloje a šachtou důlního výtahu. V místech, kde lze dosáhnout uhelné sloje ze svahu kopce nebo hory, se hloubí svažující se šachta zvaná štola (galerie). Horníci se dopravují touto štolou podzemní železnicí a uhlí se dopravuje ven na dopravním páse. Využití Uhlí se využívá hlavně jako palivo, ale daleko výhodnější je jeho zpracování jako suroviny v chemickém průmyslu. Při karbonizaci (zpracovávání) se získává:
plyn (koksárenský nebo svítiplyn), obsahující hlavně vodík a jedovatý oxid uhelnatý. Používá se především jako plynné palivo.
černouhelný dehet, který obsahuje několik set látek. Získává se z něj např. benzen, naftalen, barviva, léčiva, desinfekční prostředky, čistící a mycí prostředky, voňavky, umělá hnojiva, prostředky proti plevelu a hmyzu, lak na nehty. Dokonce i sladidlo sacharin lze vyrábět z uhlí. koks, který obsahuje téměř čistý uhlík. Používá se jako palivo při výrobě železa ve vysoké peci.
K vedlejším produktům patří amoniaková voda, která se používá při výrobě dusíkatých hnojiv. Rizika Kontakt s uhlovodíky obsaženými v uhlí může způsobit rakovinu kůže. Kouř a plyny vydávané při hoření uhlí mohou způsobit řadu vážných nemocí dýchacího ústrojí, včetně rakoviny a rozedmy plic. Kouřové plyny vydávané při hoření uhlí obsahují rovněž sloučeniny síry. Ty způsobují kyselé deště, které mají zhoubný vliv na stromy a na ostatní vegetaci, způsobují úhyn ryb a ostatních vodních živočichů a erozi cihel a kamenů na budovách. Jedním z vedlejších produktů při hoření uhlí je oxid uhličitý. Je to jeden z plynů, o kterých se domníváme, že způsobuje tzv. skleníkový efekt - zachycuje teplo, a tak přispívá k zahřívání zemského povrchu a ke změně zemského klimatu.
Ropa a zemní plyn Ve 20. stol. se ropa stala hlavní oporou civilizace a průmyslu. Její zásoby a obchod s ní však rovněž přispívaly k různým mezinárodním konfliktům. Používání ropy způsobovalo a stále způsobuje velmi nebezpečné a nezodpovědné znečišťování a poškozování životního prostředí na celé planetě. Vznik V průběhu tisíců a milionů let se v klidných zátokách dávných moří na naší Zemi usazovaly spolu s bahnem zbytky drobných živočichů, bakterií a řas. V průběhu jurské doby (před asi 144 - 213 mil. let) pod tlakem nadložních vrstev za nepřístupu vzduchu při vznikání metanu a oxidu uhličitého a účinkem anaerobních bakterií z těchto zbytků pravděpodobně postupně vznikla kapalná ropa a také zemní plyn. Vlastnosti Petrografie řadí ropu mezi hořlavé sedimenty. Ropa (dříve nazývaná "naftou", ve starších dobách "zemním olejem" a dnes "černým zlatem") je směs sloučenin uhlíku a vodíku - uhlovodíků. Obsahuje však i sloučeniny dusíku, kyslíku a síry. Složení ropy je různé podle naleziště. Hlavní složku zemního plynu je metan (70-90%). Dále obsahuje plynné uhlovodíky (ethan, propan, butan) a jiné látky (např. oxid uhličitý a sulfan). Ropa je hnědá až černá olejovitá kapalina, která má charakteristický zápach. Ve vodě je nerozpustná a má menší hustotu (na vodě "plave"- čehož se využívá i při těžbě). Hoří čadivým plamenem. Spalné teplo (= teplo, které vydá 1 kg ropy při dokonalém spálení) je 10 000 až 11 500 kalorií. Historie V historii se ropa začala používat již ve starověku, to je asi 4000 let př. n. l., ale používalo se jí jen jako léku nebo mazadla. V novověku se ropa používala ke svícení. Skutečná těžba začíná až v druhé polovině 19. stol., téměř součastně v Rusku a v USA. Světová roční těžba několikrát prudce stoupla. Nejdříve v období první svět. války (1914 - 1918), protože se začaly používat ve větším měřítku motory (automobilové a letecké). V roce 1950 se vytěžilo 10 mil. barelů denně a v roce 1990 se těžba zvýšila dokonce na 65 mil. barelů denně. Těžba Z ložiska se dá získat až 80% veškeré ropy, jenže za nepříznivých podmínek to také může být procent nula. V průměru se získává 35%, což znamená, že většina ropy zůstává po vytěžení ložiska v zemi bez šance na využití. Získat více ropy z vrtu lze také vháněním vody nebo plynu do ložiska. Při tepelných metodách těžby se pod zem vhání pára nebo chemikálie - tím se sníží hustota ropy, která se pak snadněji pohybuje póry hornin. Tyto metody jsou samozřejmě drahé. Kromě toho volbu těžební metody ovlivňuje cena ropy na trhu. Pokud ceny stoupají, je možno těžit pomocí dražší technologie i z míst, odkud by se těžba jednoduššími metodami vůbec nevyplatila nebo vůbec nedala těžit. Naopak snižování cen ropy na trzích může vést i k uzavírání dosud rentabilních ložisek, a tím prakticky ke snižování množství ropy, které lze vytěžit. Nejdražší je ovšem těžba ropy pod mořem. Průměrná cena ropného vrtu do hloubky moře 200 metrů je 5 - 8 milionů USD, to je desetkrát více, než stojí vrt na pevnině. A v podmořské hloubce 1 500 metrů vyjde jeden ropný vrt na 40 - 50 milionů USD. Přesto se podmořská těžba zatím ropným mocnostem bohatě vyplatí. Zpracování, výrobky Vytěžená ropa se nejdříve zbavuje hrubých příměsí (písku) a vody. Potom se zpracovává metodou frakční destilace, která probíhá v průmyslových destilačních kolonách (rafinériích). Během frakční destilace se na základě rozdílné teploty varu oddělují v destilační koloně směsi uhlovodíků s blízkou teplotou varu - frakce. Frakční destilací ropy se získávají:
plynné produkty - používají se jako chem. suroviny a paliva, např. směs propan-butan benzin - je použitelný jak jako palivo do zážehových motorů, tak jako rozpouštědlo barev a laků petrolej - je palivem do proudových a tryskových letadel. Je rozpouštědlem, vyrábí se z něj benzin a další látky, používá se také ještě ke svícení
plynový olej - je ve směsi s petrolejem surovinou zvaná nafta, která se používá pro Dieselovy motory (v traktorech a automobilech), uplatní se i jako topná nafta v průmyslu a v domácnostech mazut - používá se k topení, např. v teplárnách a na lodích, nebo se dále destiluje asfalt - je izolačním materiálem a materiálem k úpravě vozovek těžké oleje, mazadla, syntetický kaučuk,dehet, umělá vlákna, kosmetické výrobky, barviva, výbušniny, umělá hnojiva
Doprava, ropné havárie Aby se však toto všechno mohlo vyrábět, ropa se do rafinérií musí nejdříve dopravit. Nejjednodušším řešením je postavit rafinérii hned u zdroje. To ale vždy nejde. Z ropných věží v moři se ropa dopravuje tankery do přístavů, kde se zpracovává, nebo se dále dopravuje ropovody stejně jako ropa těžená na souši. Může ale stát, že tanker narazí na skalisko a začne se potápět. Ropa zbylá v tankeru se musí rychle zachytit a zajistit. Stávají se nehody i na vrtných plošinách. K tomuto účelu jsou secvičené speciální týmy, připravené v případě havárie okamžitě zasáhnout, protože jinak utvoří ropa na hladině souvislou vrstvu a už je na světě ekologická katastrofa. Voda se nemůže okysličovat a neproniká pod hladinu světlo. Pak dochází k úhynu mořského ptactva a mořských živočichů. Takováto vrstva také snadno hoří. V roce 1989 například narazil tanker Exxon Valdez na podmořský útes v průlivu Prince Williama u pobřeží Aljašky. Do moře se vylilo kolem 240 000 barelů ropy. Během několika týdnů pokryly ropné skvrny tisíc šest set kilometrů pobřeží. Takové katastrofy však zastírají skutečnost, že znečištění ropou v mořích je rovněž způsobeno vypouštěním ropných produktů do řek nebo přímo do moří z pobřežních továren a závodů. Jedním z důležitých ropných produktů je i benzin. Avšak i jeho používání způsobuje znečištění ovzduší v mnoha městech. Výfukové plyny z automobilů a ostatních motorů spalujících benzin nebo naftu obsahují jedovaté plyny, jako je oxid uhelnatý, nespálené uhlovodíky, oxidy dusíku a olovo. Některé z těchto škodlivých látek reagují se slunečním světlem a vytvářejí fotochemický smog, který visí nad mnoha městy (např. nad Los Angeles a Mexiko City). Když se smísí v mracích oxidy dusíku s kapkami vody, vzniká kyselý déšť, který znečišťuje řeky a jezera a ničí lesy. Proto se v součastné době vyrábí bezolovnatý benzin a auta jsou vybavena katalyzátory, které mění škodlivé plyny na méně škodlivé. Producenti Koncem 80. let 20. století představovalo patnáct republik bývalého Sovětského svazu největšího světového producenta ropy. Jejich celková produkce činila kolem 18% světové těžby. Z těchto republik je největším producentem Rusko. Druhým největším producentem jsou USA, které spolu s Kanadou vytěžily v roce 1990 téměř 16% celkové produkce. Následují je Saudská Arábie, Írán, Mexiko, Čína, Venezuela, Irák a Británie. Těžba se mění podle poptávky. Světová recese počátkem 90. let tohoto století vedla k velkému propadu produkce. Vedoucími producenty zemního plynu jsou rovněž republiky bývalého Sovětského svazu, zvláště Rusko, následované USA, Holandskem a Kanadou. Dalšími důležitými producenty jsou Británie, Norsko a Rumunsko. Právě Británie neměla dříve žádné zásoby a veškerou ropu musela dovážet. Pak ale našla ropu v šelfových oblastech a stala se jedním z největších producentů. Ropná politika Velmi brzy začala těžba ropy ovlivňovat mezinárodní vztahy. Rozvojové země bohaté na ropu začaly vyvíjet zvýšený politický tlak skrze "Organizaci zemí exportující ropu" (OPEC Organization of Petroleum Exporting Countries). OPEC byla ustanovena v roce 1960 Íránem, Irákem, Kuvajtem, Saudskou Arábií a Venezuelou. Dále se k této organizaci připojily Alžírsko, Ekvádor, Gabun, Indonésie Libye Nigérie, Katar a Spojené arabské emiráty. To všechno byly rovněž rozvojové země. Uprostřed 70. let tohoto století většina zemí na Středním východě buď vlastnila, nebo kontrolovala svůj ropný průmysl a hodlala pomocí organizace OPEC zavést "Nový mezinárodní ekonomický pořádek", který by rozvojovým zemím zajistil mnohem větší vliv na světové záležitosti. Politika zemí OPEC způsobila zemím dovážejícím ropu značné problémy a vytvořila nedostatek paliva. Ale již počátkem osmdesátých let tohoto století mnohé rozvinuté země zvýšily svoji těžbu a zavedly úsporná opatření. Tato politika v kombinaci se světovou recesí vedla k poklesu poptávky po dovozu ropy a ceny ropy tudíž klesly.
Ropa je velice důležitá pro rozvoj průmyslu a toho využily státy, na jejichž území se ropa těží. Některé rozvojové země využily příjmů z exportu na financování veřejně prospěšných projektů (budování škol a zvyšování životní úrovně obyvatelstva). Několik zemí investovalo do vývojových projektů, jako jsou nákladné závody na odsolování mořské vody v Saudské Arábii a "projekt velké umělé řeky" v Libyi, který zahrnuje navrtání obrovské zásoby vody nacházející se pod Saharou a její dopravu pomocí potrubí na pobřeží Středozemního moře. Protože je ropa takto důležitá, hrála roli také
v několika ropných konfliktech, včetně konfliktu Iráku s Kuvajtem - V roce 1990 Irák tvrdil, že Kuvajt těží ropu, která patří právě jemu, a že prodejem většího podílu ropy než činila kvóta podle OPEC pomohl snížit její cenu. Kvůli těmto a ještě dalším důvodům napadl v srpnu roku 1990 Kuvajt, ale byl odsud vyhnán vojenským sborem OSN v roce 1991. Irák vypustil ropu do Perského zálivu a vytvořil tím obrovské ropné skvrny. Irácká vojska rovněž zapálila 1/2 kuvajtských ropných vrtů. Výhled Bez ohledu na nové objevy je jasné, že fosilní paliva nejsou nevyčerpatelná a také, že zejména ropa se spotřebovává mnohem větší rychlostí, než s jakou se v přírodě vytváří. Poptávka po ropě neustále roste, nehledě na vyšší ceny a zmenšující se zásoby. Vyhlídky však nejsou tak chmurné, jak se může zdát. Někteří odborníci odhadli, že ověřené zásoby ropy reprezentují jen jednu třetinu skutečných zásob skrytých pod zemí. Pomocí nových technologií bude možné podstatně zvýšit odhad zásob, které lze ekonomicky těžit. Počátkem 90. let tohoto století američtí vědci vyvinuli techniku zvanou "chemické zaplavování", která umožňuje získávat ropu z existujících nalezišť. Tato technika spočívá ve vyplavení ropy z hornin použitím chemikálie podobné saponátu. Používání této techniky bylo v minulosti omezeno pro vysokou cenu této chemikálie. Vědci ale nyní tvrdí, že nalezli levný proces, který využívá vedlejších produktů vznikajících při výrobě papíru. Vědci se domnívají, že díky této technice se mohou zvýšit potenciální zásoby USA téměř šestinásobně. Také podzemními výbuchy lze zvýšit hranici, která určuje množství ropy vyčerpatelné z vrtu. Podzemními výbuchy se totiž rozvolňuje hornina, jejíž dutinky jsou naplněny ropou, a ta může lépe téci k čerpacímu vrtu. Ostatní zdroje ropy zahrnují asfaltové písky, což jsou horniny nasycené lepkavou ropou. Získávání ropy z těchto písků je však velmi nákladné. Jiným zdrojem ropy je skupina hornin zvaná břidlice, které jsou bohaté na látku zvanou kerogen, z níž lze získávat volnou ropu. Vyčerpání ropných zásob se tedy lidstvo nevyhne. Můžeme ho alespoň oddálit? "Jistě", říkají mnozí odborníci s úsměvem, "přece snížením spotřeby". Je ovšem celkem jisté, že by se jim například většinu motoristů přesvědčit nepodařilo. Nové objevy a nové technologie znamenají naději pro budoucnost: používání alternativních zdrojů energie ve větší míře je jediným dlouhodobým řešením energetické krize, způsobené vyčerpáním fosilních paliv. K alternativním zdrojům patří sluneční energie, větrná a vodní energie, chemická energie, ale také energie atomová. Dokud takové alternativní formy nebudou k dispozici, je životně důležité šetření s existujícími zásobami a jejich smysluplné využívání. Zajímavosti Na začátku 40. let byly ověřené světové zásoby 600 miliard barelů. Od roku 1945 do konce 60. let rostly světové zásoby ropy každoročně o 35 miliard barelů, protože byla objevena nová ložiska na Středním východě. Počátkem 80. let se spotřeba ropy pohybovala okolo 20 miliard barelů, na konci 90. let již okolo 25 miliard barelů a odhad pro rok 2020 je 35 miliard barelů. Zásoby ropy v mld. barelů (1 barel = 159 litrů) Celkové světové zásoby
Ověřené zásoby Očekávané zásoby*
Zásoby z dosud neobjevených ložisek
2850-3900
1007
600
1200-1300
* - zásoby z nalezených, ale ještě neprozkoumaných ložisek Zemní plyn je možno použít k topení a svícení, ale též k dalšímu chemickému zpracování. Je to levné a přitom kvalitní palivo, jež se snadno dopravuje plynovody na velké vzdálenosti.
