Cărbune într-o coajă de nuci

Cărbunele este un combustibil fosil enorm de valoros, care a fost folosit de sute de ani în industrie. Este format din componente organice; în special, materia vegetală care a fost îngropată într-un mediu anoxic sau neoxigenat și comprimată de milioane de ani.

Deoarece este organic, cărbunele sfidează standardele normale de clasificare pentru roci, minerale și fosile:

• O fosilă este orice dovadă de viață care a fost păstrată în stâncă. Resturile de plante care formează cărbune au fost „gătite sub presiune” de milioane de ani. Prin urmare, nu este exact să spunem că au fost păstrate.
• Mineralele sunt solide anorganice, naturale. În timp ce cărbunele este un solid natural, acesta este compus din materiale vegetale organice.
• Stâncile sunt, desigur, formate din minerale.

Discutați cu un geolog și totuși vă vor spune că cărbunele este un organic sedimentar stâncă. Chiar dacă nu îndeplinește din punct de vedere tehnic criteriile, pare o rocă, se simte ca o stâncă și se găsește între foile de rocă (sedimentară). Deci, în acest caz, este o piatră.

Geologia nu este ca chimia sau fizica cu regulile lor constante și constante. Este o știință a Pământului; și la fel ca Pământul, geologia este plină de „excepții de la regulă”.

Legiuitorii de stat se luptă și cu acest subiect: Utah și Virginia de Vest listează cărbunele ca fiind rock oficial de stat în timp ce Kentucky a numit cărbune mineralul său de stat în 1998.

Cărbunele diferă de orice alt tip de rocă prin faptul că este format din carbon organic: rămășițele reale, nu doar fosilele mineralizate, ale plantelor moarte. Astăzi, marea majoritate a materiei vegetale moarte este consumată de foc și de descompunere, întorcându-și carbonul în atmosferă ca dioxid de carbon de gaz. Cu alte cuvinte, este oxidat. Carbonul din cărbune, însă, a fost păstrat de la oxidare și a rămas într-o formă redusă chimic, disponibil pentru oxidare.

Geologii de cărbune își studiază subiectul la fel ca alți geologi studiază alte roci. Dar, în loc să vorbească despre mineralele care formează roca (pentru că nu există, doar niște bucăți de materie organică), geologii de cărbune se referă la componentele cărbunelui ca macerals. Există trei grupuri de macerale: inertinite, liptinite și vitrinite. Pentru a simplifica un subiect complex, inertinima este, în general, derivată din țesuturile plantelor, liptinina din polen și rășini, și vitrinita din humus sau materia vegetală descompusă.

Vechiul cuvânt în geologie este că prezentul este cheia trecutului. Astăzi, putem găsi că materialele vegetale sunt păstrate în locuri anoxice: turbări ca cele din Irlanda sau zone umede precum Everglades din Florida. Și destul de sigur, frunzele fosile și lemnul se găsesc în unele straturi de cărbune. Prin urmare, geologii au presupus mult timp că cărbunele este o formă de turbă creată de căldura și presiunea îngropării adânci. Procesul geologic de transformare a turbei în cărbune se numește „coalificare”.

Paturile de cărbune sunt mult, mult mai mari decât turbinele, cu o grosime de zeci de metri și apar în toată lumea. Acest lucru spune că lumea antică trebuie să fi avut umede anoxice enorme și de lungă durată atunci când se făcea cărbunele.

În timp ce cărbunele a fost raportat în roci la fel de vechi ca Proterozoic (posibil 2 miliarde de ani) și mai tânăr ca Pliocenul (2 milioane de euro) ani), marea majoritate a cărbunelui mondial a fost depusă în perioada carboniferă, o perioadă de 60 de milioane de ani (359-299 m.y.a.) când nivelul mării era ridicat și pădurile de ferigi înalte și cicloade au crescut în mlaștini tropicale gigantice.

Cheia păstrării materiei moarte a pădurilor a fost îngroparea ei. Putem spune ce s-a întâmplat din rocile care înconjoară albiile de cărbune: pe deasupra sunt calcare și șisturi, așezate în mări puțin adânci și pietre de nisip sub pământul deltei râului.

Evident, mlaștinile de cărbune au fost inundate de avansuri în mare. Acest lucru a permis sist și calcar care trebuie depus deasupra lor. Fosilele din șist și calcar se schimbă de la organismele de apă superficială la speciile de ape adânci, apoi se întorc la forme superficiale. Apoi, pietrele de nisip apar pe măsură ce delta râurilor avansează în mările superficiale și un alt pat de cărbune este așezat deasupra. Acest ciclu de tipuri de roci se numește a cyclothem.

Sute de cicloteme apar în secvența de roci a carboniferului. O singură cauză poate face asta - o serie lungă de vârste de gheață crescând și coborând nivelul mării. Și destul de sigur, în regiunea care s-a aflat la polul sud în acea perioadă, recordul de rocă arată dovezi abundente ghețarilor.

Acest ansamblu de circumstanțe nu a reapărut niciodată, iar cărbunii Carboniferului (și perioada următoare Permiană) sunt campionii incontestabili de acest tip. S-a susținut că în urmă cu aproximativ 300 de milioane de ani, unele specii de ciuperci au evoluat capacitatea de a digera lemn și că aceasta a fost sfârșitul marii epoci a cărbunelui, deși există paturi de cărbune mai tinere. Un studiu al genomului în Ştiinţă a oferit acestei teorii mai mult sprijin în 2012. Dacă lemnul era imun la putregai înainte de 300 de milioane de ani în urmă, atunci poate că condițiile anoxice nu erau întotdeauna necesare.

Cărbunele vine în trei tipuri sau grade principale. În primul rând, turbă mlăștinoasă este stoarsă și încălzită pentru a forma cărbune moale, moale numit lignit. În acest proces, materialul eliberează hidrocarburi, care migrează departe și în cele din urmă devin petrol. Cu mai multă căldură și presiune, lignitul degajă mai multe hidrocarburi și devine de grad superior carbune bituminos. Cărbunele bituminoase sunt negre, tari și, de obicei, plictisitoare până la aspect lucios. Randamente și căldură mai mari antracit, cel mai înalt grad de cărbune. În acest proces, cărbunele eliberează metan sau gaz natural. Antracitul, o piatră neagră strălucitoare, este aproape pur de carbon și arde cu căldură mare și cu puțin fum.

Dacă cărbunele este supus încă mai multă căldură și presiune, devine o rocă metamorfică pe măsură ce maceralele se cristalizează în final într-un adevărat mineral, grafitul. Acest mineral alunecos arde în continuare, dar este mult mai util ca lubrifiant, ingredient în creioane și alte roluri. Tot mai valoroasă este soarta carbonului adânc îngropat, care în condiții găsite în manta este transformat într-o nouă formă cristalină: diamantul. Cu toate acestea, cărbunele se oxidează probabil cu mult înainte ca acesta să poată intra în manta, așa că numai Superman ar putea efectua acel truc.