Въглища в ядка

Въглищата са изключително ценно изкопаемо гориво, което се използва от стотици години в индустрията. Той е съставен от органични компоненти; по-специално растителна материя, която е била погребана в аноксична или не-оксигенирана среда и компресирана в продължение на милиони години.

Тъй като е органичен, въглищата не подлежат на нормалните стандарти за класификация на скали, минерали и вкаменелости:

• Вкаменелост е всяко доказателство за живот, който се е запазил в скалата. Останалите растения, които съставляват въглища, са били „приготвени под налягане“ от милиони години. Следователно не е точно да се каже, че са се запазили.
• Минералите са неорганични, естествени вещества. Докато въглищата са естествено вещество, то е съставено от органичен растителен материал.
• Скалите, разбира се, са изградени от минерали.

Говорете с геолог обаче и те ще ви кажат, че въглищата са органични утаечен рок. Въпреки че технически не отговаря на критериите, той изглежда като скала, чувства се като скала и се намира между листове от (утаечна) скала. Така че в случая това е скала.

Геологията не е като химията или физиката с техните непоколебими и последователни правила. Това е наука за Земята; и като Земята, геологията е пълна с „изключения от правилото“.

Държавните законодатели също се борят с тази тема: Юта и Западна Вирджиния изброяват въглищата като свои официален държавен рок докато Кентъки нарече въглищата свой държавен минерал през 1998 г.

Въглищата се различават от всеки друг вид скала по това, че са направени от органичен въглерод: действителните останки, а не само минерализирани вкаменелости, от мъртви растения. Днес по-голямата част от мъртвата растителна материя се консумира от огън и гниене, връщайки въглерода си в атмосферата като газовия въглероден диоксид. С други думи, така е окислява. Въглеродът във въглищата обаче се запазва от окисляване и остава в химически редуцирана форма, налична за окисляване.

Въглищните геолози изучават темата си по същия начин, както другите геолози изучават други скали. Но вместо да говорят за минералите, които съставляват скалата (тъй като няма такива, а само парченца органична материя), геолозите за въглища отнасят компонентите на въглищата като macerals. Има три групи мацерали: инертинит, липтинит и витринит. За да се опрости сложната тема, инертинитът обикновено се получава от растителни тъкани, липтинит от цветен прашец и смоли и витринит от хумус или разградена растителна материя.

Старата поговорка в геологията е, че настоящето е ключът към миналото. Днес можем да открием, че растителната материя се съхранява на аноксични места: торфени блата като тези на Ирландия или влажните зони като Everglades на Флорида. И сигурно достатъчно, изкопаеми листа и дървесина се намират в някои въглищни легла. Следователно геолозите отдавна приемат, че въглищата са форма на торф, създадена от топлината и налягането при дълбоко погребение. Геологичният процес на превръщане на торфа във въглища се нарича "коализация".

Въглищните легла са много, много по-големи от торфените блата, някои от дебелините на десетки метра и те се срещат по целия свят. Това казва, че древният свят трябва да е имал огромни и дълголетни аноксични влажни зони, когато въглеродът е бил направен.

Докато въглищата са докладвани в скали, стари като протерозойски (вероятно 2 милиарда години) и толкова млади, колкото плиоцен (2 милиона) години), по-голямата част от световните въглища са положени през въглеродния период, 60-милионна година (359-299 m.y.a.) когато морското равнище беше високо и горите от високи папрати и цикади растяха в гигантски тропически блата.

Ключът към запазването на мъртвата материя на горите беше погребването му. Можем да разберем какво се е случило от скалите, които заграждат въглищните корита: отгоре има варовици и шисти, положени в плитки морета, и пясъчници отдолу, заложени от реки.

Очевидно е, че въглищните блата са били наводнени от напредъка в морето. Това позволи шист и варовик, който да се отлага върху тях. Вкаменелостите в шистите и варовиците се променят от плитководни организми до дълбоководни видове, след това обратно към плитки форми. Тогава пясъчниците се появяват, когато делтата на реката навлизат в плитките морета, а отгоре е положено друго въглищно легло. Този цикъл от типове скали се нарича a cyclothem.

Стотици циклотеми се срещат в скалната последователност на карбона. Само една причина може да направи това - дълга поредица от ледени епохи, повишаващи и понижаващи морското равнище. И сигурно достатъчно, в региона, който през това време е бил на южния полюс, скалният запис показва многобройни доказателства за това ледниците.

Този набор от обстоятелства никога не се е повтарял и въглищата на въглеродните (и следващия пермски период) са безспорните шампиони от техния тип. Твърди се, че преди около 300 милиона години някои видове гъби са еволюирали способността да усвояват дървесина и това е краят на голямата епоха на въглищата, въпреки че съществуват по-млади въглищни легла. Изследване на геном в наука даде на тази теория повече подкрепа през 2012 г. Ако дървесината е била имунизирана срещу гниене преди 300 милиона години, тогава може би аноксичните състояния не винаги са били необходими.

Въглищата се предлагат в три основни вида или степени. Първо, блатистият торф се прецежда и загрява до образуване на кафяви, меки въглища, наречени лигнит. В процеса материалът отделя въглеводороди, които мигрират далеч и в крайна сметка се превръщат в нефт. С повече топлина и налягане лигнитът отделя повече въглеводороди и става по-висок клас битумни въглища. Битумните въглища са черни, твърди и обикновено тъпи на лъскав външен вид. Още по-голяма топлина и налягане антрацит, най-високата степен на въглища. В процеса на въглищата се отделя метан или природен газ. Антрацитът, лъскав, твърд черен камък, е почти чист въглерод и гори с голяма топлина и малко дим.

Ако въглищата са подложени на все още повече топлина и налягане, тя се превръща в метаморфна скала, докато мацералите най-накрая кристализират в истински минерал, графит. Този хлъзгав минерал все още гори, но е много по-полезен като смазка, съставка в моливи и други роли. Още по-ценна е съдбата на дълбоко заровен въглерод, който при условия, открити в мантията, се трансформира в нова кристална форма: диамант. Обаче въглищата вероятно се окисляват много преди да навлезе в мантията, така че само Супермен би могъл да изпълни този трик.