Conţinut
- Ce este cărbunele?
- Cum se formează cărbunele?
- Ce este „rangul” cărbunelui?
- Care sunt utilizările cărbunelui?
Carbune bituminos: Cărbunele bituminoase este de obicei o rocă sedimentară cu bandă. În această fotografie puteți vedea benzi luminoase și plictisitoare de material de cărbune orientate orizontal pe întregul eșantion. Benzele luminoase sunt material lemnos bine conservat, cum ar fi ramuri sau tulpini. Benzile plictisitoare pot conține material mineral spălat în mlaștină de fluxuri, cărbune produs de incendiile din mlaștină sau materiale vegetale degradate. Acest exemplar are o lungime de aproximativ 3 inci (7,5 centimetri). Fotografie realizată de Studiul Geologic și Economic din Virginia de Vest.
Ce este cărbunele?
Cărbunele este o rocă sedimentară organică care se formează din acumularea și conservarea materialelor vegetale, de obicei într-un mediu mlastinos. Cărbunele este o rocă combustibilă și, împreună cu petrolul și gazele naturale, este unul dintre cei mai importanți combustibili fosili. Cărbunele are o gamă largă de utilizări; cea mai importantă utilizare este pentru generarea de energie electrică.
Medii de formare a cărbunelui: Diagrama generalizată a unei mlaștini, care arată modul în care adâncimea apei, condițiile de conservare, tipurile de plante și productivitatea plantelor pot varia în diferite părți ale mlaștinii. Aceste variații vor produce diferite tipuri de cărbune. Ilustrație de Studiul Geologic și Economic din Virginia de Vest.
Turbă: O masă de deșeuri vegetale acumulate recent la parțial carbonizate. Acest material este pe cale de a deveni cărbune, dar sursa de resturi vegetale este încă ușor de recunoscut.
Truse rock & minerale: Obțineți un kit de rocă, minerale sau fosile pentru a afla mai multe despre materialele Pământului. Cea mai bună metodă de a afla despre roci este de a avea exemplare disponibile pentru testare și examinare.
Cum se formează cărbunele?
Cărbunele se formează din acumularea de resturi vegetale, de obicei într-un mediu mlastinos. Când o plantă moare și cade în mlaștină, apa permanentă a mlaștinii o protejează de degradare. Apele mlăștinoase sunt de obicei deficiente de oxigen, care ar reacționa cu resturile plantei și ar determina ca aceasta să se descompună. Această lipsă de oxigen permite să rămână resturile vegetale. În plus, insectele și alte organisme care ar putea consuma resturile vegetale pe uscat nu supraviețuiesc bine sub apă într-un mediu cu deficit de oxigen.
Pentru a forma stratul gros de resturi vegetale necesare pentru producerea unei cusături de cărbune, rata acumulării de resturi vegetale trebuie să fie mai mare decât rata de degradare. Odată format un strat gros de resturi vegetale, acesta trebuie îngropat de sedimente precum noroi sau nisip. Acestea sunt de obicei spălate în mlaștină de un râu inundabil. Greutatea acestor materiale compactează resturile vegetale și ajută la transformarea sa în cărbune. Aproximativ zece metri de resturi vegetale se vor compacta într-un singur picior de cărbune.
Resturile vegetale se acumulează foarte lent. Așadar, acumularea a zece metri de resturi vegetale va dura mult timp. Cei cincizeci de metri de reziduuri vegetale necesare pentru a face o cusătură de cărbune groasă de cinci metri ar necesita acumulare de mii de ani. În această perioadă lungă de timp, nivelul apei mlaștinii trebuie să rămână stabil. Dacă apa devine prea adâncă, plantele mlaștinii se vor îneca, iar în cazul în care nu este menținută acoperirea cu apă, resturile vegetale vor ceda. Pentru a forma o cusătură de cărbune, condițiile ideale de adâncime perfectă a apei trebuie menținute pentru o perioadă foarte lungă de timp.
Dacă sunteți un cititor astept, vă întrebați probabil: „Cum se pot acumula cincizeci de metri de resturi vegetale în apa care este la doar câțiva metri adâncime?” Răspunsul la această întrebare este motivul principal pentru care formarea unei cusături de cărbune este o întâmplare extrem de neobișnuită. Poate să apară numai în una din cele două condiții: 1) un nivel al apei în creștere, care ține perfect ritmul cu acumularea resturilor de plante; sau, 2) un peisaj care se potrivește perfect cu ritmul acumulării de reziduuri vegetale. Cele mai multe cusături de cărbune s-au format în condițiile nr. 2 într-un mediu delta. Pe o deltă, se depun cantități mari de sedimente de râu pe o mică suprafață a scoarței terestre, iar greutatea acestor sedimente provoacă subzistența.
Pentru ca o cusătură de cărbune să se formeze, trebuie să apară condiții perfecte de acumulare a resturilor de plante și condiții perfecte de subzistență pe un peisaj care menține acest echilibru perfect pentru o perioadă foarte lungă de timp. Este ușor de înțeles de ce condițiile pentru formarea cărbunelui au apărut doar de un număr mic de-a lungul istoriei Pământului. Formarea unui cărbune necesită coincidența evenimentelor extrem de improbabile.
Cărbune antracit: Antracitul este cel mai înalt rang de cărbune. Are un luciu strălucitor și se rupe cu o fractură semi-conchoidă.
Ce este „rangul” cărbunelui?
Molozul vegetal este un material fragil în comparație cu materialele minerale care alcătuiesc alte roci. Deoarece resturile plantelor sunt expuse la căldură și presiunea îngropării, se modifică în compoziție și proprietăți. „Rangul” unui cărbune este o măsură a câtor schimbări s-au produs. Uneori, pentru această schimbare este folosit termenul „metamorfism organic”.
Pe baza compoziției și a proprietăților, cărbunii sunt repartizați într-o progresie de rang care corespunde nivelului lor de metamorfism organic. Progresia de rang de bază este rezumată în tabelul de aici.
Lignit: Cel mai scăzut rang de cărbune este „lignitul”. Este turbă care a fost comprimată, dezgropată și litificată într-o stâncă. Conține adesea structuri vegetale recunoscute.
Care sunt utilizările cărbunelui?
Producția de energie electrică este utilizarea principală a cărbunelui în Statele Unite. Cea mai mare parte a cărbunelui extras din Statele Unite este transportat la o centrală electrică, zdrobit la o dimensiune de particule foarte mică și ars. Căldura din cărbunele arzător este folosită pentru producerea aburului, care transformă un generator pentru a produce energie electrică. Cea mai mare parte a energiei electrice consumate în Statele Unite se produce prin arderea cărbunelui.
Centrala electrică cu cărbune: Fotografie a unei centrale electrice în care este ars cărbune pentru a produce energie electrică. Cele trei stive mari sunt turnuri de răcire unde apa folosită în procesul de producere a energiei electrice este răcită înainte de reutilizarea sau eliberarea în mediu. Emisiile care curg de pe stiva cel mai drept sunt vaporii de apă. Produsele de ardere din arderea cărbunelui sunt eliberate în stiva înaltă și subțire din dreapta. În cadrul acestei stive se găsesc o varietate de absorbți chimici pentru a absorbi gazele poluante produse în timpul procesului de ardere. Drepturi de autor asupra imaginii iStockphoto / Michael Utech.
Cărbunele are multe alte utilizări. Este utilizat ca sursă de căldură pentru procesele de fabricație. De exemplu, cărămizile și cimentul sunt produse în cuptoare încălzite prin arderea unui jet de cărbune pudră. Cărbunele este folosit și ca sursă de energie pentru fabrici. Acolo este folosit pentru a încălzi aburul, iar aburul este folosit pentru a conduce dispozitive mecanice. În urmă cu câteva decenii, cel mai mult cărbune era folosit pentru încălzirea spațiului. Unele cărbune este încă utilizat în acest fel, dar în schimb sunt folosiți alți combustibili și electricitate produsă de cărbune.
Producția de cocs rămâne o utilizare importantă a cărbunelui. Coca este produsă prin încălzirea cărbunelui în condiții controlate în absența aerului. Aceasta elimină o parte din materialele volatile și concentrează conținutul de carbon. Coca este apoi utilizată ca combustibil cu conținut ridicat de carbon pentru prelucrarea metalelor și alte utilizări în care este nevoie de o flacără care arde mai ales.
Cărbunele este folosit și la fabricație. Dacă se încălzește cărbunele, gazele, straturile și reziduurile produse pot fi utilizate într-o serie de procese de fabricație. Materialele plastice, acoperișurile, linoleumul, cauciucul sintetic, insecticidele, produsele pentru vopsea, medicamentele, solvenții și fibrele sintetice includ toate compuși derivați de cărbune. Cărbunele poate fi transformat și în combustibili lichizi și gazosi; cu toate acestea, aceste utilizări ale cărbunelui sunt în principal experimentale și se fac la scară mică.