الفحم باختصار

الفحم هو وقود أحفوري ذو قيمة هائلة تم استخدامه لمئات السنين في الصناعة. يتكون من مكونات عضوية. على وجه التحديد ، المواد النباتية التي تم دفنها في بيئة غير سامة ، أو غير مؤكسجة ، ومضغوطة على مدى ملايين السنين.

لأنه عضوي ، يتحدى الفحم معايير التصنيف العادية للصخور والمعادن والحفريات:

• الأحفورة هي أي دليل على الحياة تم حفظها في الصخر. المصنع لا يزال يشكل الفحم المطبوخ تحت الضغط لملايين السنين. لذلك ، ليس من الدقة القول أنه تم الحفاظ عليها.
• المعادن هي مواد صلبة غير عضوية ، تحدث بشكل طبيعي. في حين أن الفحم مادة صلبة تحدث بشكل طبيعي ، فإنه يتكون من مواد نباتية عضوية.
• تتكون الصخور بطبيعة الحال من معادن.

تحدث إلى أحد الجيولوجيين ، وسيخبرك أن الفحم عضوي رسوبي صخرة. على الرغم من أنها لا تلبي المعايير من الناحية الفنية ، إلا أنها تبدو وكأنها صخرة ، تبدو وكأنها صخرة وتوجد بين صفائح الصخور (الرسوبية). لذلك في هذه الحالة ، إنها صخرة.

الجيولوجيا ليست مثل الكيمياء أو الفيزياء بقواعدها الثابتة والمتسقة. إنه علم الأرض. ومثل الأرض ، فإن الجيولوجيا مليئة بـ "استثناءات القاعدة".

يناضل المشرعون في الولاية مع هذا الموضوع أيضًا: يوتا وجورجيا الغربية يسردان الفحم على أنهما صخرة الدولة الرسمية بينما سميت كنتاكي الفحم بمعادن الدولة في عام 1998.

يختلف الفحم عن كل نوع آخر من الصخور في أنه مصنوع من الكربون العضوي: البقايا الفعلية ، وليس فقط الحفريات المعدنية ، للنباتات الميتة. واليوم ، تستهلك النار والتسوس الغالبية العظمى من المواد النباتية الميتة ، مما يعيد الكربون إلى الغلاف الجوي مثل غاز ثاني أكسيد الكربون. وبعبارة أخرى ، إنها كذلك مؤكسد. ومع ذلك ، تم الحفاظ على الكربون في الفحم من الأكسدة ويبقى في شكل مخفض كيميائيًا ، متاح للأكسدة.

يدرس جيولوجيون الفحم موضوعهم بنفس الطريقة التي يدرسها الجيولوجيون الآخرون الصخور الأخرى. ولكن بدلاً من الحديث عن المعادن التي تتكون منها الصخور (لأنه لا يوجد شيء ، مجرد قطع من المواد العضوية) ، يشير جيولوجيون الفحم إلى مكونات الفحم على أنها المعادن. هناك ثلاث مجموعات من المعادن: inertinite و liptinite و vitrinite. لإفراط في تبسيط موضوع معقد ، يُشتق الجمود عمومًا من أنسجة النبات ، الليبتينيت من حبوب اللقاح والراتنجات ، والفيترينايت من الدبال أو المواد النباتية المتحللة.

المثل القديم في الجيولوجيا هو أن الحاضر هو مفتاح الماضي. اليوم ، يمكننا العثور على المواد النباتية التي يتم حفظها في أماكن ضارة: مستنقعات الخث مثل تلك الموجودة في أيرلندا أو الأراضي الرطبة مثل Everglades of Florida. ومن المؤكد أن أوراق الأحافير والخشب موجودة في بعض أحواض الفحم. لذلك ، افترض الجيولوجيون منذ فترة طويلة أن الفحم هو شكل من أشكال الخث الناتج عن حرارة وضغط الدفن العميق. تسمى العملية الجيولوجية لتحويل الخث إلى فحم "فحم".

أسرة الفحم أكبر بكثير من مستنقعات الخث ، وبعض سمك عشرات الأمتار ، وتحدث في جميع أنحاء العالم. هذا يشير إلى أن العالم القديم كان يجب أن يكون لديه أراضي رطبة ضارة طويلة العمر عندما صنع الفحم.

بينما تم الإبلاغ عن الفحم في الصخور القديمة مثل Proterozoic (ربما 2 مليار سنة) والشباب مثل Pliocene (2 مليون سنة) ، تم وضع الغالبية العظمى من فحم العالم خلال فترة الكربون ، والتي تمتد 60 مليون سنة (359-299 شهرًا) عندما كان مستوى سطح البحر مرتفعاً ونمت غابات السرخس الشاهقة وسيكادس ​​في مستنقعات استوائية عملاقة.

كان مفتاح الحفاظ على المواد الميتة من الغابات هو دفنها. يمكننا أن نقول ما حدث من الصخور التي تحيط بأسرة الفحم: هناك الحجر الجيري والصخر الزياني في الأعلى ، وموضعة في البحار الضحلة ، والحجارة الرملية تحتها دلتا الأنهار.

من الواضح أن مستنقعات الفحم غمرتها مياه البحر. هذا مسموح الصخري والحجر الجيري ليتم إيداعها فوقها. تتغير الحفريات في الصخر الزيتي والحجر الجيري من كائنات المياه الضحلة إلى أنواع المياه العميقة ، ثم تعود إلى الأشكال الضحلة. ثم تظهر الأحجار الرملية مع تقدم دلتا الأنهار في البحار الضحلة ويتم وضع طبقة فحم أخرى في الأعلى. هذه الدورة من أنواع الصخور تسمى أ سيكلوثيم.

تحدث المئات من cyclothems في تسلسل الصخور الكربونية. سبب واحد فقط يمكن أن يفعل ذلك - سلسلة طويلة من العصور الجليدية التي ترفع وتخفض مستوى سطح البحر. وبالتأكيد بما فيه الكفاية ، في المنطقة التي كانت في القطب الجنوبي خلال ذلك الوقت ، يظهر سجل الصخور أدلة وفيرة على ذلك أنهار جليدية.

لم تتكرر هذه المجموعة من الظروف أبدًا ، والفحم من الكربون الحجري (وفترة العصر البرمي التالية) هم الأبطال بلا منازع من نوعهم. وقد قيل أنه منذ حوالي 300 مليون سنة ، طورت بعض أنواع الفطريات القدرة على هضم الخشب ، وكانت هذه نهاية عصر الفحم الكبير ، على الرغم من وجود طبقات الفحم الأصغر. دراسة الجينوم في علم أعطت هذه النظرية المزيد من الدعم في عام 2012. إذا كان الخشب في مأمن من التعفن قبل 300 مليون سنة مضت ، فربما لم تكن الظروف المؤذية ضرورية دائمًا.

يأتي الفحم في ثلاثة أنواع أو درجات رئيسية. أولاً ، يتم ضغط الخث المستنقعي وتسخينه لتشكيل فحم بني ناعم يسمى اللجنيت. في هذه العملية ، تطلق المادة الهيدروكربونات ، التي تهاجر بعيدًا وتصبح في النهاية بترولًا. مع المزيد من الحرارة والضغط ، فإن اللجنيت يطلق المزيد من الهيدروكربونات ويصبح أعلى درجة الفحم الحجري. الفحم البيتوميني أسود ، صعب وعادة ما يكون باهتًا في المظهر. لا يزال ينتج حرارة وضغط أكبر أنثراسايت، أعلى درجة من الفحم. في هذه العملية ، يطلق الفحم الميثان أو الغاز الطبيعي. أنثراسايت ، حجر أسود لامع ، يكاد يكون من الكربون النقي ويحترق بحرارة كبيرة ودخان قليل.

إذا تعرض الفحم لمزيد من الحرارة والضغط ، فإنه يصبح صخرة متحولة حيث تتبلور المعادن أخيرًا في معدن حقيقي ، جرافيت. لا يزال هذا المعدن الزلق يحترق ، ولكنه أكثر فائدة كمواد تشحيم ، ومكون في أقلام الرصاص وغيرها من الأدوار. وما يزال أكثر قيمة هو مصير الكربون المدفون بعمق ، والذي يتحول في الظروف الموجودة في الوشاح إلى شكل بلوري جديد: الماس. ومع ذلك ، من المحتمل أن يتأكسد الفحم قبل وقت طويل من دخوله إلى الوشاح ، لذلك يمكن فقط لسوبرمان أداء هذه الخدعة.