Węgiel kamienny, to surowiec powstający w procesie uwęglania. Jest skałą palną, pochodzenia organicznego. Innymi surowcami tego pochodzenia są: węgiel brunatny, torf, antracyt, szlam gnilny.

Z części organizmów żywych, które są najbardziej odporne na rozłożenie się, powstają skały zwane liptobiolitami - są nimi np. bursztyny.

Węgiel brunatny - pod względem czasu tworzenia się znajduje się pomiędzy węglem brunatnym a torfem. W zależności od tego, w jakich warunkach powstały te utwory można wyróżnić: węgiel humusowy oraz węgiel sapropelowy. Różne rodzaje węgla brunatnego mają inne właściwości chemiczno - fizyczne. I tak do węgli miękkich (nisko uwęglonych) należą: węgiel ziemisty, ksylity, a do węgli twardych - węgiel matowy oraz węgiel błyszczący.

Tak jak wszystkie inne tego typu utworu, węgiel brunatny powstaje na skutek metamorfozy wcześniej osadzonej materii roślinnej, podczas działania procesów uwęglenia.

Węgiel brunatny tworzy się z torfu. Cechuje się on charakterystycznymi właściwościami - ciemna, prawie czarna barwa, coraz bardziej widoczny połysk. Wraz z postępowaniem procesów uwęglowienia, wzrasta procentowa ilość tego pierwiastka w składzie chemicznym substancji, zmniejsza natomiast udział części gazowych. W porównaniu z torfem, węgiel kamienny jest o 15% mniej wilgotny. Jeśli warunki temu sprzyjają węgiel brunatny powoli może przekształcać się węgiel kamienny.

Węgiel powstaje w seriach węglonośnych w formie charakterystycznych pokładów. Ich powstanie zależy w bardzo dużym stopniu od czynników zewnętrznych, jak diastrofizm oraz zewnętrznych, np. klimat. Diastrofizm występuje najczęściej i najsilniej w czasie ruchów górotwórczych. Właśnie z tych okresów pochodzą największe i najobfitsze pokłady węgla. Te cechy pokładów węgla zależą także od obfitości materii organicznej, która je tworzy. Tutaj właśnie główną rolę odgrywa klimat, gdyż w różnych strefach klimatycznych, inna jest produkcja masy roślinnej

Węgiel może występować w dwóch typach złóż - pokładowych oraz soczewkowych. Złoża pokładowe zajmują rozlegle tereny. Mają one w każdym miejscu podobną grubość. Czasami procesy erozji przyczyniają się do powstawania pewnych zmian w morfologii pokładów.

Złoża soczewkowe są zazwyczaj niedużych rozmiarów.

Złoża węgla brunatnego mają jeszcze inny podział - na bardzo zaburzone i słabo zaburzone dynamicznie, ze względu na oddziaływanie na nie czynników wewnętrznych lub zewnętrznych. Czynniki endogeniczne są związane ze zmianami tektoniki obszaru, na skutek ruchów skorupy ziemskiej, np. trzęsień ziemi, natomiast czynnikami egzogenicznymi są takie, które powodują zmiany z zewnątrz. Mogą to być np. ruchy związane z naciskiem lodowca, powodujące wgniatanie skorupy ziemskiej. Tego typu zmiany następują podczas starzenia się złóż, albo, gdy są one już ukształtowane.

W Polsce ukształtowały się złoża jednopokładowe i wielopokładowe. Według badań, są one pochodzenia autochtonicznego, tzn. występują w miejscach, gdzie powstawały, bez późniejszych przemieszczeń.

W kraju występują głownie:

  • złoża pokładowe - po południowo - zachodniej stronie Polski, w monoklinie przedsudeckiej, wykształciły się w miocenie.
  • soczewkowe - występują na większości obszarów węglonośnych w Polsce. Powstały także w miocenie. Znacznych rozmiarów są złoża w okolicach Konina.
  • w miejscowości Kramik powstały złoża reliktowe, czyli takie, które były przekształcane przez procesy erozji.
  • złoża na wysadach solnych - tworzyły się obniżeniach terenu, tego typu złoża występują w okolicach Łodzi (miejscowość Rogoźno), a także w kujawskich miejscowościach Łanięta i Lubień.
  • tektoniczne - tworzące się w zapadliskach tektonicznych, cechują się bardzo dużą zasobnością, w Polsce jest ich kilkanaście. Występują w okolicach Poznania (np. w miejscowościach: Msina, Czemoin, Krzywin, Gostyń), oraz Bełachatowa, a także złoża w Turowie.
  • Glacitektoniczne - ukształtowały się pod wpływem masy nasuwającego się lądolodu. Mają różne kształty, przeważnie wydłużone, półokrągłe, podkowiaste, złuskowane, mogą być także zdeformowane. Występują one głównie na zachód od Wrocławia, w zachodniej Polsce - pomiędzy Rzepinem a Świebodzinem.

Polska obfituje w złoża węgla brunatnego. Są bardzo różnorodne gatunkowo. Tworzyły się w skalach z różnych okresów geologicznych, a zwłaszcza w kajprze, dolnej jurze, górnej kredzie, trzeciorzędzie. Te ostatnie są najbardziej zasobne. Węgiel brunatny w utworach mezozoicznych występuje w niewielkich ilościach, większość z nich nie jest wykorzystywana na szeroka skalę. Mają one jednak znaczenie przyrodnicze.

Najstarsze tego typu utwory występują w okolicach Końskich, Opoczna, jak również w Górach Świętokrzyskich. Są one wieku kajprowo - retyckiego. Mają one bardzo niewielką miąższość, która wynosi około 0,05 - 0,035 m i związku z tym nie są wykorzystywane do celów gospodarczych.

Węgiel pochodzący z dolnej jury utworzył się w mułkach, piaskach i iłach. Spotyka się go niedaleko Zawiercia, oraz Siewierza, Mierzęcic, Kozich Głów.

W jurze środkowej utworzyły się nieliczne pokłady alochtoniczne na terenie Polski. Mają one postać bardzo cienkich warstw.

Większość pokładów węgla kamiennego w Polsce występuje w skałach trzeciorzędowych. Ich głównymi miejscami występowania są piaski i mułki, czasami tylko iły. Węgiel trzeciorzędowy pochodzi głownie z paleocenu, eocenu, oligocenu, miocenu, pliocenu.

Dzięki występowaniu bardzo blisko powierzchni, możliwa jest odkrywkowe wydobywanie tego surowca. Najlepiej do tego celu nadają się pokłady utworzone w miocenie. Wiele jednak pokładów nie jest dostępnych do eksploatacji, ze względu na duża głębokość występowania. Nieeksploatowane zaś, stwarzają warunku np. do tworzenia się gazu ziemnego

W Polsce istnieje 15 większych i 23 mniejsze złoża węgla brunatnego. Ogólne zasoby tego surowca wynoszą 9,6 miliardów ton. Ich głównym obszarem występowania jest centralna, północno - zachodnia i zachodnia część kraju. Zagospodarowaniu podlegają złoża w Koninie, Turku, Adamowie, Bełchatowie, Lubstowie. W pobliżu Turku węgiel wydobywany jest również w drugorzędnych kopalniach, w Bogdanowie i Władysławowie.

W Polsce istnieje 10 kopalni węgla brunatnego - Turów I, Turów II, Pątnów, Kazimierz, Jóźwin, Adamów, Bogdanów, Władysławów, Bełchatów, Lubustów.

Według szacunków, wśród udokumentowanych złóż 6,7 miliardów ton może być w przyszłości eksploatowana. Duże złoża odgrywają dużą rolę w przemyśle energetycznym. Występują one głownie w centralnej Polsce - Mosina, Czempin, Gostyń, Szamotuły i Naramowice, na zachodzie i północnym zachodzie kraju - Krosno Odrzańskie, Sieniawa, i Cybinka, oraz w Nakle, na północy. Wśród utworów powstałych w miocenie, występują niewielkie, praktycznie nieprzydatne dla gospodarki złoża.

Głównie węgiel utworzony w miocenie będzie miał znaczenie perspektywiczne. Polska centralna, zachodnia i południowo - zachodnia będą odgrywać główną rolę w eksploatacji tego surowca, ze względu na znaczne pokłady węglonośne. Chociaż skały mioceńskie występują na dużym obszarze kraju, to wiele z nich nie ma pokładów węglonośnych. Takie zróżnicowanie związane jest z działanie różnych procesów w tym okresie, powodujących inne warunki tektoniczne, różną roślinność na różnych obszarach, procesy erozji. Być może na terenie Polski znajdują się jeszcze nie odkryte złoża węgla, bowiem niektóre obszary nie zostały jeszcze dokładnie zbadane.

Zasoby węgla brunatnego, powstałe w trzeciorzędzie występują również w Zapadlisku Podkarpackim.

Klimat Arktyki Nordyckiej

Pojęcie "Arktyka" znaczy "niedźwiedź" (od greckiego słowa "arktos"), wzięło się ono od gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy, pod którym leży Arktyka. Jest to bardzo specyficzny i interesujący obszar, ze względu na cechy środowiska naturalnego. Przede wszystkim jest to obszar wiecznych śniegów i lodów. Ze względu na położenie za kołem podbiegunowym, ma on specyficzne cechy oświetlenia - w zależności od pory roku panuje tu noc lub dzień polarny. Ze względu na tak trudne warunki do życia, Arktyka jest praktycznie nie zamieszkała.

Naukowcy spierają się w kwestii wyznaczenia granic Arktyki. W zależności od przyjmowanego kryterium, wyniki są różne.

Uwzględniając kryterium astronomiczne, koło podbiegunowe północne stanowi południową granicę Arktyki. Jednak znaczne tereny, które według tego kryterium powinny należeć do Arktyki, różnią się od niej warunkami środowiska. Dlatego większość uczonych popiera teorię, że granicę Arktyki wyznacza 60 albo 70 równoleżnik.

Supan i Kopen stosowali kryterium klimatyczne, które ma chyba najwięcej zwolenników. Mówi ono, że temperatury najcieplejszego miesiąca nie przekraczają tam 10 stopni.

Według kryterium botanicznego, zastosowanego pierwszy raz przez Nordenskjőrda, granica Arktyki jest równa z północną granicą lasów.

Te trzy wymienione kryteria nie są jednymi, ale najczęściej się je stosuje i są najbardziej rozpowszechnione.

Zostały przeprowadzone badania nad klimatem Arktyki Nordyckiej. Brało w nich udział 20 stacji badawczych na Grenlandii, Islandii, Wyspach Owczych i w Arktyce Norweskiej. Uwzględniane są tam miesięczne wyniki dotyczące dziesięciu własności klimatu. Przeprowadzono je w okresie 1912 - 2000.

Według tych badań, na obszarze Arktyki na przestrzeni stu lat zaszły poważne zmiany klimatyczne. Przede wszystkim zmniejszyły się wartości temperatury, pomimo ogólnego ocieplania klimatu. Trudniej ocenić zmiany opadów na tym obszarze, jednak generalnie są one większe niż na początku badań. Co dziesięć lat ich wartość była wyższa o około 2,5 % w stosunku do poprzedniego dziesięciolecia.

Według danych z 2001 roku, w poprzednim stuleciu średnia światowa temperatura powietrza wzrosła o 0,6 stopnia. Największe ocieplenie nastąpiło na półkuli północnej, między 40 a 70 - tym równoleżnikiem. Arktyka jest obszarem, gdzie zagrożenie zmianami klimatycznymi jest bardzo duże. Ze względu na trudne warunki pomiarowe i niedostateczną ilość stacji, wyniki badań mogą nie być do końca reprezentatywne. Warunki środowiska również mogą powodować nieprawidłowości w pomiarach, na skutek mroźnego, surowego klimatu np. może zostać zaburzona ocena opadów.

Nad obszarem Arktycznym dominuje oscylacja północnoatlantycka. Na przełomie lat 80 i 90. zaszło duże wzmocnienie tego typu krążenia powietrza, przez co na omawianych obszarach nastąpiło ocieplenie klimatu.

W okresie 1950 - 1995 w Fennoskandii następował wzrost wartości temperatur minimalnych i maksymalnych, natomiast na zachodzie Grenlandii sytuacja była odwrotna.

Na całym obszarze Arktyki Nordyckiej dobowy przebieg temperatury zwężył się. W Fennoskandii dodatkowo wiązało się to jeszcze z większym zachmurzeniem, silniejszymi wiatrami zachodnimi oraz wilgotnymi masami powietrza, przynoszonymi przez nie.

Według modelów cyrkulacji powietrza, nad obszarze podbiegunowym na półkuli północnej przewidywany jest wzrost wartości temperatury oraz opadów, ze względu na efekt cieplarniany. Dodatkowym czynnikiem kształtującym warunki klimatyczne na Ziemi, może być woda z topniejących lodowców Arktyki. Dlatego tak ważne są obserwacje i monitoring zmian na tym obszarze.

Ze względu na niedoskonałość poprzednich danych, wynikających ze zbyt małej liczby stacji pomiarowych, zdecydowano się na stworzenie dobrego systemu, w oparciu o dane ze stacji na Grenlandii, Islandii, Wysp Owczych, Jan Mayen, Svalbardzie i północnej Fennoskandii (rys.2).

Zbieranie danych w tak surowym klimacie i na tak niedostępnym obszarze jest dość utrudnione. Pomimo tego już w XIX wieku starano się dokonywać pomiarów najważniejszych parametrów środowiska. Najstarsze pomiary oraz obserwacje parametrów pogodowych odbywały się podczas wypraw badawczych. Często trwały one nawet około roku, możliwe więc było obserwowanie rocznych fluktuacji. Pierwsze stacje badawcze zaczęły powstawać na początku XX wieku, najstarszą z nich jest stacja na Zachodnim Spitsbergenie, która powstała w 1911 roku, później, w latach dwudziestych powstały także ośrodki badawcze na Bjørnøya i Jan Mayen. Dzięki pracy naukowców udało się ustalić dane klimatyczne dla okresu 1890 - 2000. Dotyczą one dziesięciu czynników klimatotwórczych: średnie T, średnie max i min T, najwyższe max i najniższe min T wraz z datą ich wystąpienia, średni poziom morza, sumę P, najwyższą ilość dziennego P wraz z datą jego wystąpienia, liczba dni z pokrywą śnieżną ( >50% pokrycia gruntu) i średni stopień zachmurzenia.

Aby ustalić te dane, należało zhomogenizować je na podstawie standardowego testu homogeniczności.

Zmiany poszczególnych parametrów zostaną opisane w osobnych podrozdziałach.

TEMPERATURA POWIETRZA

Obszar Grenlandii znajduje się pod wpływem wysokiego ciśnienia, jest on jednak kształtowany również przez Niż Islandzki.

Dzięki wiatrom zachodnim i południowo - zachodnim, wiejącym między Islandią a Norwegią, do Swalbardu może docierać powietrze nieco łagodzące jego klimat. Ze względu na różnice w cechach docierających tu mas powietrza, mogą następować nagłe wahania pogody. Zwłaszcza zimą te wahania się nasilają.

Najniższe temperatury osiągane są na Sitzbergenie około - 46,3°C, mogą one jednak wzrastać do + 7 °C. W Arktyce Norweskiej średnie roczne temperatur wynoszą od około - 12,3°C (w Denmarkshavn) do 6,5°C (w Torshavn). W miesiącach zimowych średnie temperatury wynoszą około - 23,1°C. Natomiast średnie temperatury letnich miesięcy wynoszą od około 1,3°C (Hopen) do 10°C (Torshavn).

W czasie badanego okresu, temperatura Arktyki nieco się zmieniła. Największe zmiany zaszły w temperaturze okresów zimowych. Mniej widoczne są zmiany w temperaturze miesięcy letnich. Największy wzrost temperatury nastąpił w latach 30. oraz 60. XX wieku. Na większości badanych stacji, najcieplejszymi dziesięcioleciami były lata 30 - te i 50 -te.

Podczas XX wieku obserwowany był wzrost temperatury na Ziemi o około 0,6°C. Na obszarze Fennoskandii ten wzrost był jeszcze większy, bowiem wyniósł on około . 0,5-1°C.

Obecnie temperatury powietrza są znacznie wyższe niż na początku XX wieku. Obserwuje się obecnie zmniejszanie się temperatur w Arktyce, pomimo globalnego ocieplania.

OPADY

Na badanym obszarze wartości opadów są niewielkie. Jest to spowodowane mniejszą ilością pary wodnej w powietrzu. Na Grenlandii i południowym Spitzbergenie opady przekraczają 200 milimetrów. Trochę więcej opadów występuje na Islandii, Wyspach Owczych i południowej części Grenlandii. W ciągu ostatniego stulecia nastąpił wzrost sumy opadów. Najwięcej, bo o ¼ wzrosła suma opadów na lotnisku Svalbard i Bjørnøya.

Charakterystycznym zjawiskiem dla badanych obszarów są zamiecie śnieżne. Często zakłócają one właściwy pomiar opadów. Dlatego też, szacunkowo, prawdziwa ilość opadów jest o połowę większa niż wynikająca z pomiaru.

Wnioski

Trudno jest określić przyczynę zmian parametrów klimatycznych. Klimat jest wypadkową działania wielu czynników, dlatego wnioski mogą być często odbiegające od prawdy. Zmiany temperatury powietrza oraz ilości opadów najprawdopodobniej były spowodowane zmianą cyrkulacji oraz zmianą charakteru mas powietrza. Według większości naukowców to właśnie różnice w cyrkulacji najbardziej przyczyniają się do wzrostu średniej temperatury powietrza w miesiącach zimowych. Tą samą przyczyną wyjaśnia się również wzrost wartości temperatury na Svalbardzie. Również inne czynniki były przyczyną zmian w temperaturze powietrza: temperatura powierzchni wody, zasięg lodów morskich i zachmurzenie.

Bardzo poważnym pytaniem jest to jak duża była rola człowieka w kształtowaniu się warunków klimatycznych, a zwłaszcza temperaturowych na badanym terenie.

Zmiany wartości opadów na Spitsbergenie są spowodowane zmianami w cyrkulacji powietrza. Wpływają na to także kierunki wiatrów, wilgotność powietrza, morfologia obszaru. Należy również wziąć dużą poprawkę na wyniki pomiarów, które niejednokrotnie mogły być zakłócane przez warunki pogodowe. Opady wzrosły w regionie Svalbardu, Islandii, Grenlandii i na stacjach w Wyspach Owczych, a także Na Lotnisku Svalbard i Bjørnøya. Na każdej z tych stacji wzrost opadów był większy niż o 15%, a nawet dochodził gdzieniegdzie do 28%.

Przemiany klimatyczne na Svalbardzie

Zostały przeprowadzone badania w okresie 1912 - 2000. Na ich podstawie zakłada się, że do 2050 roku temperatura będzie wzrastać o 1°C w półroczu zimowym co dziesięć lat i o 0,3°C w półroczu letnim także co dziesięć lat. Według tego scenariusza, wzrost temperatury będzie około pięć razy większy niż wzrost między rokiem 1912 a 2000. Według tych przewidywań, także wartości opadów będą się zwiększać.

Według symulacji największe zmiany zajdą w Arktyce. Jest to bardzo ważne, ponieważ jej obszar ma bardzo duże znaczenie dla kształtowania warunków klimatycznych.

Pomiary te zostały wykonane na lotnisku w Svalbradzie. Mieści się ono na zachodnim Spitsbergenie (miejscowość Longyearbyen). Jego współrzędne geograficzne wynoszą: 78°N i 15°E. Badania, które zostały tu przeprowadzone obejmują najdłuższą serię danych w całej Arktyce Norweskiej. Temperatura powietrza wynosi tu zazwyczaj - 12,2°C do - 3,1°C, natomiast opady mieszczą się w granicach 83 mm do 317 mm. Okresowe braki danych zostały zapełnione danymi z innych pobliskich stacji.

Scenariusz zmian klimatycznych dla tego obszaru utworzono dzięki modelom ECHAM4/OPYC3, używanym w Instytucie Meteorologii Maxa Planach w Hamburgu.

Stosowane metody badawcze:

- wykresy stosujące funkcję Gaussa, które służyły pokazaniu zmienności i długoterminowych trendów w skali poszczególnych dziesięcioleci.

- odchylenie standardowe rozkładu Gaussa

- nieparametryczny test Mann-Kendalla, który stosowano do testowania statystycznego znaczenia trendów liniowych w seriach

- wykorzystanie danych gridowych

Poszczególne modele stworzono dla pojedynczych miesięcy kalendarzowych. Najważniejszym okresem badawczym były lata 1961 - 1997.

Nie było dużej korelacji między obserwacjami a modelami rozkładu opadów. Związane jest to z niedokładnością pomiarów.

Wyniki

Według obserwacji danych uzyskanych na lotnisku Svalbard, po 1930 roku nastąpiło ochłodzenie w stosunku do poprzedniego okresu. Trwało ono do lat 60. Wtedy to zaczął być obserwowany ponowny wzrost temperatury powietrza, który trwa do dziś. Wzrost temperatury w ostatnich latach wiązał się ze zmianami w cyrkulacji powietrza, a dokładniej przemieszczaniem się ciepłych mas powietrza z południa i południowego zachodu. Sytuacji sprzed roku 1960 nie da się wytłumaczyć tylko poprzez zmiany w cyrkulacji powietrza, muszą istnieć jeszcze inne przyczyny ochłodzenia.

Według przewidywań, do 1050 ma nastąpić ocieplenie 5 razy wyższe niż notowane w ostatnim stuleciu. Dzięki wzrostowi temperatur (głównie wiosną), zwiększą się także sumy opadów. Zmiany te mają być spowodowane głównie dzięki różnicom w cyrkulacji powietrza. Ocieplenie będzie się wiązać także z postępującym efektem cieplarnianym, spowodowanym wzrostem ilości gazów szklarniowych w atmosferze, na skutek dużej emisji przemysłowej tych substancji. W związku z ociepleniem przewiduje się także topnienie lodowców na badanym obszarze. Ono będzie wpływać na dalsze ocieplanie się obszaru.

Zmiany w sumie opadów najprawdopodobniej będą się wiązać w znacznym stopniu z cyrkulacją atmosferyczną, morfologią terenu oraz zmianą wilgotności powietrza.

Wnioski

Od 1912 roku na lotnisku Svalbard obserwowany jest wzrost temperatury o około 0,14°C na dziesięć lat. Według przewidywań naukowców, do roku 2050, w każdym kolejnym dziesięcioleciu temperatura ma być wyższa o około 0,61°C. Najważniejszym powodem takiego stanu będą zmiany w cyrkulacji powietrza. Ze względu na wzrost wartości temperatur, bardzo prawdopodobne jest, że nastąpi topnienie lodowców.

Pory zimowe będą odznaczać się wysokim ociepleniem, w przeciwieństwie do pór letnich.

Opady na badanej stacji w ciągu poprzedniego wieku zwiększyły się o prawie 3%. Według scenariuszy, największy wzrost sumy opadów będzie następował na wiosnę. Natomiast zimą i jesienią wzrost sumy opadów będzie najniższy.

Bardzo trudno jest ocenić, jak będą zmieniały się warunki klimatyczne na omawianym obszarze. Nakładają się tu czynniki antropogeniczne i naturalne. Pierwsze z nich przyczyniają się do ocieplania klimatu, a drugie - do ochładzania. Wielu naukowców twierdzi, że czynniki naturalne mogą zacząć dominować, przez co obserwowane ocieplenie zostanie zatrzymane, a klimat tego obszaru znów będzie się ochładzał.