Węgiel w pigułce

Węgiel jest niezwykle cennym paliwem kopalnym stosowanym od setek lat w branży. Składa się z komponentów organicznych; w szczególności materia roślinna, która została zakopana w beztlenowym lub niedotlenionym środowisku i sprężona przez miliony lat.

Ponieważ węgiel jest organiczny, węgiel nie spełnia norm norm klasyfikacji skał, minerałów i skamielin:

• Skamielina to każdy dowód życia, który został zachowany w skale. Pozostałości instalacji, z których składa się węgiel, były „gotowane pod ciśnieniem” przez miliony lat. Dlatego nie można powiedzieć, że zostały zachowane.
• Minerały są nieorganicznymi, naturalnie występującymi ciałami stałymi. Podczas gdy węgiel jest naturalnie występującym ciałem stałym, składa się z organicznego materiału roślinnego.
• Skały są oczywiście zbudowane z minerałów.

Porozmawiaj jednak z geologiem, a powiedzą ci, że węgiel jest organiczny osadowy skała. Mimo że technicznie nie spełnia kryteriów, wygląda jak skała, wydaje się jak skała i znajduje się między warstwami skały (osadowej). Więc w tym przypadku jest to kamień.

Geologia nie przypomina chemii ani fizyki z ich niezachwianymi i konsekwentnymi zasadami. To nauka o Ziemi; i podobnie jak Ziemia, geologia jest pełna „wyjątków od reguły”.

Prawodawcy stanowi również zmagają się z tym tematem: Utah i Wirginia Zachodnia wymieniają węgiel jako swój oficjalna skała państwowa podczas gdy Kentucky nazwał węgiel swoim stanowym minerałem w 1998 roku.

Węgiel różni się od każdego innego rodzaju skały tym, że jest wykonany z węgla organicznego: rzeczywiste pozostałości, nie tylko zmineralizowane skamieliny, martwych roślin. Dziś ogromna większość martwej materii roślinnej jest zużywana przez ogień i rozkład, a węgiel zawraca do atmosfery jako gazowy dwutlenek węgla. Innymi słowy tak jest utleniony. Węgiel w węglu został jednak zachowany przed utlenianiem i pozostaje w postaci chemicznie zredukowanej, dostępnej do utleniania.

Geolodzy węgla badają swój przedmiot w taki sam sposób, jak inni geolodzy badają inne skały. Ale zamiast mówić o minerałach, z których składa się skała (ponieważ nie ma żadnych, tylko kawałków materii organicznej) geolodzy węgla określają składniki węgla jako macerale. Istnieją trzy grupy macerali: inertinite, liptinite i vitrinite. Aby nadmiernie uprościć złożony obiekt, bezwładność pochodzi na ogół z tkanek roślinnych, liptinit z pyłków i żywic, a witrynit z próchnicy lub zepsutej materii roślinnej.

Stare powiedzenie w geologii mówi, że teraźniejszość jest kluczem do przeszłości. Dziś możemy znaleźć materię roślinną zachowaną w miejscach beztlenowych: torfowiskach takich jak Irlandia lub mokradłach takich jak Everglades na Florydzie. I rzeczywiście, w niektórych pokładach węgla znajdują się liście kopalne i drewno. Dlatego geologowie od dawna zakładali, że węgiel jest formą torfu powstającego w wyniku ciepła i ciśnienia głębokiego pogrzebu. Geologiczny proces przekształcania torfu w węgiel nazywa się „kodyfikacją”.

Złoża węgla są znacznie większe niż torfowiska o grubości kilkudziesięciu metrów i występują na całym świecie. To mówi, że starożytny świat musiał mieć ogromne i długowieczne niedotlenione mokradła podczas produkcji węgla.

Podczas gdy zgłaszano węgiel w skałach starych jak Proterozoik (prawdopodobnie 2 miliardy lat) i tak młodych jak pliocen (2 miliony lat), znaczna większość węgla na świecie została złożona w okresie karbonu, który trwał 60 milionów lat (359–299 m.r.a.), gdy poziom morza był wysoki, a lasy wysokich paproci i cykladów rosły w gigantycznych tropikalnych bagnach.

Kluczem do zachowania martwej materii lasów było zakopanie jej. Możemy powiedzieć, co się stało ze skał otaczających pokłady węgla: wapienie i łupki na szczycie, ułożone na płytkich morzach, i piaskowce poniżej, ułożone przez delty rzek.

Oczywiście bagna węglowe zostały zalane przez postępy w morzu. To pozwoliło łupek ilasty i wapień, który ma być na nich osadzony. Skamieliny w łupkach i wapieniu zmieniają się z organizmów płytkowodnych w gatunki głębinowe, a następnie z powrotem w formy płytkie. Następnie pojawiają się piaskowce, gdy delty rzek docierają do płytkich mórz, a na ich szczycie kładzie się kolejne koryto węgla. Ten cykl rodzajów skał nazywa się a cyklothem.

Setki cyklotemów występują w skalnej sekwencji karbonu. Może to zrobić tylko jedna przyczyna - długa seria epok lodowcowych podnoszących i obniżających poziom morza. I rzeczywiście, w regionie, który był w tym czasie na biegunie południowym, zapis skalny pokazuje liczne dowody lodowce.

Ten zestaw okoliczności nigdy się nie powtórzył, a węgle z karbonu (i następnego okresu permu) są niekwestionowanymi mistrzami tego typu. Argumentowano, że około 300 milionów lat temu niektóre gatunki grzybów rozwinęły zdolność do trawienia drewna, i to był koniec wielkiej epoki węgla, chociaż istnieją młodsze pokłady węgla. Badanie genomu w Nauka udzielił tej teorii większego wsparcia w 2012 r. Jeśli drewno było odporne na gnicie przed 300 milionami lat temu, być może warunki anoksyczne nie zawsze były konieczne.

Węgiel występuje w trzech głównych rodzajach lub gatunkach. Najpierw bagienny torf jest ściskany i podgrzewany w celu utworzenia brązowego, miękkiego węgla o nazwie węgiel brunatny. Podczas tego procesu materiał uwalnia węglowodory, które migrują i ostatecznie stają się ropą naftową. Przy większej ilości ciepła i ciśnienia węgiel brunatny uwalnia więcej węglowodorów i staje się wyższej jakości węgiel kamienny. Węgiel bitumiczny jest czarny, twardy i zwykle matowy do błyszczącego. Jeszcze większe uzyski ciepła i ciśnienia antracyt, najwyższa klasa węgla. W procesie węgiel uwalnia metan lub gaz ziemny. Antracyt, błyszczący, twardy czarny kamień, jest prawie czystym węglem i pali się wielkim ciepłem i niewielkim dymem.

Jeśli węgiel zostanie poddany jeszcze większej ilości ciepła i ciśnienia, staje się skałą metamorficzną, gdy macerały ostatecznie krystalizują w prawdziwy minerał, grafit. Ten śliski minerał wciąż płonie, ale jest o wiele bardziej przydatny jako smar, składnik ołówków i innych ról. Jeszcze bardziej cenny jest los głęboko zakopanego węgla, który w warunkach panujących w płaszczu przekształca się w nową krystaliczną formę: diament. Jednak węgiel prawdopodobnie utlenia się na długo, zanim dostanie się do płaszcza, więc tylko Superman mógł wykonać tę sztuczkę.