Alles wat u moet weten over kolen

Steenkool is een enorm waardevolle fossiele brandstof die al honderden jaren in de industrie wordt gebruikt. Het bestaat uit organische componenten; in het bijzonder plantmateriaal dat begraven is in een anoxische of niet-zuurstofrijke omgeving en gedurende miljoenen jaren is gecomprimeerd. 

Fossiel, mineraal of steen?

Omdat het organisch is, tart steenkool de normale classificatienormen voor rotsen, mineralen en fossielen: 

• Een fossiel is een bewijs van leven dat bewaard is gebleven in de rotsen. De overblijfselen van de steenkoolfabriek zijn miljoenen jaren lang onder druk gekookt. Daarom is het niet juist om te zeggen dat ze bewaard zijn gebleven. 
• Mineralen zijn anorganische, natuurlijk voorkomende vaste stoffen. Hoewel steenkool een natuurlijk voorkomende vaste stof is, is het samengesteld uit organisch plantaardig materiaal.
• Rotsen zijn natuurlijk opgebouwd uit mineralen. 

Praat echter met een geoloog en zij zullen je vertellen dat steenkool een organisch sedimentair gesteente is. Hoewel het technisch niet aan de criteria voldoet, ziet het eruit als een rots, voelt het als een rots en wordt het gevonden tussen vellen (sedimentair) gesteente. Dus in dit geval is het een rots. 

Geologie is niet zoals scheikunde of natuurkunde met hun standvastige en consistente regels. Het is een aardwetenschap; en net als de aarde zit de geologie vol met 'uitzonderingen op de regel'. 

Staatswetgevers worstelen ook met dit onderwerp: Utah en West Virginia noemen kolen als hun officiële staatsrots, terwijl Kentucky kolen zijn staatsmineraal noemde in 1998. 

Coal: the Organic Rock

Steenkool verschilt van alle andere soorten gesteente doordat het is gemaakt van organische koolstof: de werkelijke overblijfselen, niet alleen gemineraliseerde fossielen, van dode planten. Tegenwoordig wordt het overgrote deel van de dode plantenresten geconsumeerd door vuur en verval en brengt het zijn koolstof terug in de atmosfeer als het gas kooldioxide. Met andere woorden, het is geoxideerd. De koolstof in steenkool werd echter bewaard tegen oxidatie en blijft in een chemisch gereduceerde vorm, beschikbaar voor oxidatie.

Steenkoolgeologen bestuderen hun onderwerp op dezelfde manier als andere geologen andere rotsen bestuderen. Maar in plaats van te praten over de mineralen waaruit de rots bestaat (omdat er geen stukjes organisch materiaal zijn), verwijzen steenkoolgeologen naar de componenten van steenkool als maceralen. Er zijn drie groepen maceralen: inertiniet, liptiniet en vitriniet. Om een ​​complex onderwerp te vereenvoudigen, wordt inertiniet in het algemeen afgeleid van plantenweefsels, liptiniet van pollen en harsen en vitriniet van humus of afgebroken plantenmateriaal.

Waar kolen werden gevormd

Het oude gezegde in de geologie is dat het heden de sleutel tot het verleden is. Tegenwoordig zien we dat plantenmateriaal op anoxische plaatsen wordt bewaard: veengebieden zoals die van Ierland of wetlands zoals de Everglades van Florida. En ja hoor, fossiele bladeren en hout zijn te vinden in sommige kolenlagen. Daarom hebben geologen er al lang van uitgegaan dat steenkool een vorm van turf is dat is ontstaan ​​door de hitte en druk van diepe begraving. Het geologische proces om turf in steenkool te veranderen, wordt "coalificatie" genoemd.

Steenkoollagen zijn veel, veel groter dan veenmoerassen, sommige tientallen meters dik, en ze komen overal ter wereld voor. Dit zegt dat de oude wereld enorme en langlevende anoxische wetlands moet hebben gehad toen de steenkool werd gemaakt. 

Geologische geschiedenis van steenkool

Hoewel steenkool is gerapporteerd in gesteenten zo oud als Proterozoïcum (mogelijk 2 miljard jaar) en zo jong als Plioceen (2 miljoen jaar oud), werd de overgrote meerderheid van de steenkool in de wereld neergelegd tijdens het Carboon, een periode van 60 miljoen jaar stretch (359-299 mya) toen de zeespiegel hoog was en bossen van hoge varens en cycaden groeiden in gigantische tropische moerassen.

De sleutel tot het behoud van de dode materie van de bossen was het begraven. We kunnen zien wat er is gebeurd vanaf de rotsen die de kolenlagen omsluiten: er zijn kalkstenen en schalie bovenop, neergelegd in ondiepe zeeën en zandstenen onder neergelegd door rivierdelta's.

Het is duidelijk dat de koolmoerassen werden overspoeld door de opmars van de zee. Hierdoor konden leisteen en kalksteen erop worden afgezet. De fossielen in de schalie en kalksteen veranderen van ondiepwaterorganismen naar diepwatersoorten en vervolgens terug naar ondiepe vormen. Dan verschijnen zandstenen als rivierdelta's de ondiepe zeeën binnendringen en wordt er nog een kolenlaag op gelegd. Deze cyclus van rotstypes wordt a genoemd cyclotheem.

Honderden cyclothems komen voor in de rotssequentie van het Carboon. Slechts één oorzaak kan dat doen - een lange reeks ijstijden die de zeespiegel verhogen en verlagen. En ja hoor, in de regio die in die tijd aan de zuidpool was, vertoont het rotsrecord overvloedig bewijs van gletsjers.

Dat geheel van omstandigheden is nooit teruggekomen en de kolen van het Carboon (en de volgende Perm periode) zijn de onbetwiste kampioenen van hun type. Er is beweerd dat ongeveer 300 miljoen jaar geleden sommige schimmelsoorten het vermogen ontwikkelden om hout te verteren, en dat was het einde van de grote leeftijd van kolen, hoewel jongere kolenbedden bestaan. Een genoomonderzoek in Wetenschap gaf die theorie meer steun in 2012. Als het hout voor 300 miljoen jaar geleden immuun was voor rot, dan waren anoxische omstandigheden misschien niet altijd nodig.

Graden of Coal

Steenkool is er in drie hoofdtypen of kwaliteiten. Eerst wordt het moerassige veen geperst en verwarmd om een ​​bruine, zachte kool te vormen bruinkool. Tijdens het proces geeft het materiaal koolwaterstoffen af, die weg migreren en uiteindelijk aardolie worden. Bij meer warmte en druk geeft bruinkool meer koolwaterstoffen af ​​en wordt het van hogere kwaliteit bitumineuze kool. Bitumineuze kool is zwart, hard en ziet er meestal saai tot glanzend uit. Nog grotere warmte- en drukopbrengsten antraciet, de hoogste graad van steenkool. Daarbij komt bij de steenkool methaan of aardgas vrij. Antraciet, een glanzende, harde zwarte steen, is bijna pure koolstof en brandt met grote hitte en weinig rook. 

Als steenkool nog meer wordt blootgesteld aan hitte en druk, wordt het een metamorf gesteente terwijl de maceralen uiteindelijk kristalliseren in een echt mineraal, grafiet. Dit gladde mineraal brandt nog steeds, maar het is veel nuttiger als een glijmiddel, een ingrediënt in potloden en andere rollen. Nog waardevoller is het lot van diep begraven koolstof, dat onder omstandigheden in de mantel wordt omgezet in een nieuwe kristallijne vorm: diamant. Steenkool oxideert waarschijnlijk echter lang voordat het in de mantel kan komen, dus alleen Superman kon die truc uitvoeren.