Coal in een notendop

Steenkool is een enorm waardevolle fossiele brandstof die al honderden jaren in de industrie wordt gebruikt. Het bestaat uit organische componenten; met name plantaardig materiaal dat is begraven in een zuurstofloze of niet-zuurstofrijke omgeving en gedurende miljoenen jaren is samengeperst.

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

• Een fossiel is elk bewijs van leven dat in rotsen is bewaard. De fabrieksresten die steenkool vormen, zijn al miljoenen jaren '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 bestaan ​​natuurlijk uit mineralen.

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

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 steenkool als hun officiële staatsrots terwijl Kentucky steenkool in 1998 het mineraal van de staat noemde.

Steenkool verschilt van elk ander gesteente doordat het is gemaakt van organische koolstof: de eigenlijke overblijfselen, niet alleen gemineraliseerde fossielen, van dode planten. Tegenwoordig wordt de overgrote meerderheid van dood plantaardig materiaal verbruikt door vuur en verval, waardoor de koolstof als gas kooldioxide in de atmosfeer terechtkomt. Met andere woorden, dat is zo geoxideerd. De koolstof in steenkool werd echter bewaard tegen oxidatie en blijft in een chemisch gereduceerde vorm, beschikbaar voor oxidatie.

Kolengeologen 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 zijn, alleen stukjes organisch materiaal), verwijzen steenkoolgeologen naar de componenten van steenkool als maceralen. Er zijn drie groepen maceralen: inertiniet, liptiniet en vitriniet. Ter vereenvoudiging van een complex onderwerp wordt inertiniet over het algemeen afgeleid van plantenweefsels, liptiniet van stuifmeel en harsen, en vitriniet van humus of afgebroken plantenmateriaal.

Het oude gezegde in de geologie is dat het heden de sleutel tot het verleden is. Tegenwoordig kunnen we vinden dat plantmateriaal wordt bewaard op zuurstofloze plaatsen: venen zoals die van Ierland of wetlands zoals de Everglades van Florida. En inderdaad, fossiele bladeren en hout worden gevonden in sommige kolenbedden. Daarom hebben geologen lang aangenomen dat steenkool een vorm van turf is die wordt veroorzaakt door de hitte en druk van diepe begraving. Het geologische proces waarbij turf in steenkool wordt omgezet, wordt "coalificatie" genoemd.

Steenkoolbedden zijn veel, veel groter dan venen, enkele tientallen meters dik en komen overal ter wereld voor. Dit zegt dat de antieke wereld enorme en langlevende anoxische wetlands moet hebben gehad toen de steenkool werd gemaakt.

Terwijl steenkool is gerapporteerd in rotsen zo oud als proterozoïcum (mogelijk 2 miljard jaar) en zo jong als Plioceen (2 miljoen jaar oud), werd de overgrote meerderheid van de kolen in de wereld afgezet tijdens het Carboon, een periode van 60 miljoen jaar (359-299 m.a.w.) toen de zeespiegel hoog was en bossen met hoge varens en cycaden groeiden in gigantische tropische moerassen.

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

Het is duidelijk dat de steenkoolmoerassen werden overspoeld door oprukkende zee. Dit mag leisteen en kalksteen om bovenop te zetten. De fossielen in de schalie en kalksteen veranderen van organismen in ondiep water in soorten in diep water en vervolgens weer in ondiepe vormen. Dan verschijnen zandstenen terwijl rivierdelta's de ondiepe zeeën opgaan en een andere kolenbodem bovenop wordt gelegd. Deze cyclus van gesteentesoorten wordt a genoemd cyclothem.

Honderden cyclothems komen voor in de rotssequentie van het Carboon. Dat kan maar één oorzaak: een lange reeks ijstijden die de zeespiegel verhogen en verlagen. En inderdaad, in de regio die in die tijd aan de zuidpool lag, vertoont het rotsrecord overvloedig bewijs van gletsjers.

Die reeks omstandigheden is nooit teruggekomen en de kolen van het Carboon (en de volgende Perm-periode) zijn de onbetwiste kampioenen in hun type. Er wordt beweerd dat sommige schimmelsoorten ongeveer 300 miljoen jaar geleden het vermogen om hout te verteren ontwikkelden, en dat was het einde van het grote tijdperk van steenkool, hoewel er jongere steenkoollagen bestaan. Een genoomstudie in Wetenschap gaf die theorie meer steun in 2012. Als het hout 300 miljoen jaar geleden immuun was voor rot, dan waren misschien zuurstofloze omstandigheden niet altijd nodig.

Kolen zijn er in drie hoofdtypen of kwaliteiten. Eerst wordt de moerassige turf geperst en verwarmd om bruine, zachte steenkool te vormen bruinkool. Daarbij komen er koolwaterstoffen vrij die migreren en uiteindelijk petroleum worden. Bij meer warmte en druk komt bruinkool meer koolwaterstoffen vrij en wordt het van hogere kwaliteit bitumineuze kolen. Bitumineuze kolen zijn zwart, hard en zien er meestal mat tot glanzend uit. Nog grotere warmte- en drukopbrengsten antraciet, de hoogste kwaliteit kolen. Daarbij komt de kolen uit methaan of aardgas. Antraciet, een glanzende, harde zwarte steen, is bijna puur 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 tot een echt mineraal, grafiet. Dit gladde mineraal brandt nog steeds, maar het is veel nuttiger als smeermiddel, 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. Kolen oxideren echter waarschijnlijk lang voordat het in de mantel kan komen, dus alleen Superman kon die truc uitvoeren.