الصخور

فحم



ما هو الفحم وكيف تتشكل؟


الفحم الحجري: الفحم الحجري هو عادة صخرة رسوبية ذات نطاقات. في هذه الصورة ، يمكنك رؤية أشرطة مشرقة ومملة من مواد الفحم موجهة أفقياً عبر العينة. الأشرطة الساطعة عبارة عن مادة خشبية محفوظة جيدًا ، مثل الفروع أو السيقان. يمكن أن تحتوي الأشرطة المملة على مواد معدنية يتم غسلها في المستنقع بواسطة الجداول أو الفحم الناتج عن الحرائق في المستنقع أو المواد النباتية المتدهورة. يبلغ طول هذه العينة ثلاث بوصات تقريبًا (7.5 سم). صورة من المسح الجيولوجي والاقتصادي لولاية فرجينيا الغربية.

ما هو الفحم؟

الفحم هو صخرة رسوبية عضوية تتشكل من تراكم المواد النباتية والحفاظ عليها ، وعادة في بيئة المستنقعات. الفحم عبارة عن صخرة قابلة للاحتراق ، بالإضافة إلى النفط والغاز الطبيعي ، فهو أحد أهم أنواع الوقود الأحفوري. الفحم لديه مجموعة واسعة من الاستخدامات. الاستخدام الأكثر أهمية هو لتوليد الكهرباء.

بيئات تشكيل الفحم: رسم تخطيطي عام لمستنقع ، يوضح كيف يمكن أن يختلف عمق الماء ، وظروف المحافظة ، وأنواع النباتات ، وإنتاجية النبات في أجزاء مختلفة من المستنقع. هذه الاختلافات سوف تسفر عن أنواع مختلفة من الفحم. رسم توضيحي بواسطة المسح الجيولوجي والاقتصادي لولاية فرجينيا الغربية

الجفت: كتلة من المتراكمة في الآونة الأخيرة إلى بقايا النبات متفحمة جزئيا. هذه المواد في طريقها إلى أن تصبح فحمًا ، لكن مصدر حطام المصنع لا يزال من السهل التعرف عليه.

مجموعات الصخور والمعادن: احصل على مجموعة صخرية أو معدنية أو أحفورية لمعرفة المزيد عن مواد الأرض. أفضل طريقة للتعرف على الصخور هي إتاحة عينات للاختبار والفحص.

كيف شكل الفحم؟

يتكون الفحم من تراكم حطام النبات ، وعادة في بيئة المستنقعات. عندما تموت النبات وتسقط في المستنقع ، فإن المياه الدائمة للمستنقع تحميه من الانحلال. عادة ما تكون مياه المستنقعات ناقصة في الأكسجين ، والتي تتفاعل مع بقايا النبات وتتسبب في تحللها. هذا النقص في الأكسجين يسمح لحطام النبات بالاستمرار. بالإضافة إلى ذلك ، لا تعيش الحشرات والكائنات الأخرى التي قد تستهلك حطام النبات على الأرض جيدًا تحت الماء في بيئة تعاني من نقص الأكسجين.

لتكوين الطبقة السميكة من حطام النبات المطلوبة لإنتاج التماس الفحم ، يجب أن يكون معدل تراكم حطام النبات أكبر من معدل الانحلال. بمجرد تكوين طبقة سميكة من بقايا النبات ، يجب دفنها بواسطة الرواسب مثل الطين أو الرمل. يتم غسلها عادة في المستنقع عن طريق نهر الفيضانات. ثقل هذه المواد يضغط حطام النبات ويساعد في تحوله إلى الفحم. حوالي عشرة أقدام من بقايا النبات سوف تتحول إلى قدم واحدة فقط من الفحم.

حطام النبات يتراكم ببطء شديد. لذلك ، فإن تراكم عشرة أقدام من بقايا النبات سيستغرق وقتًا طويلاً. سوف يتطلب وجود خمسين قدمًا من حطام النبات اللازم لإنتاج خط فحم سميك بخمسة أقدام آلاف السنين للتراكم. خلال هذا الوقت الطويل ، يجب أن يظل مستوى المياه في المستنقع ثابتًا. إذا أصبح الماء عميقًا جدًا ، فسوف تغرق نباتات المستنقع ، وإذا لم يتم الحفاظ على الغطاء المائي ، فسوف تتحلل حطام النبات. لتشكيل التماس الفحم ، يجب الحفاظ على الظروف المثالية لعمق المياه المثالي لفترة طويلة جدا.

إذا كنت قارئًا ذكيًا ، فأنت تتساءل على الأرجح: "كيف يمكن أن تتراكم حطام النبات في المياه التي يبلغ عمقها بضعة أقدام؟" الجواب على هذا السؤال هو السبب الرئيسي الذي يجعل تكوين التماس الفحم حدثًا غير عادي للغاية. يمكن أن يحدث فقط في ظل أحد الشرطين التاليين: 1) ارتفاع منسوب المياه الذي يواكب تمامًا معدل تراكم حطام النبات ؛ أو ، 2) منظر طبيعي هابط يتماشى تمامًا مع معدل تراكم حطام النبات. ويعتقد أن معظم طبقات الفحم قد تشكلت تحت شرط رقم 2 في بيئة دلتا. على الدلتا ، يتم ترسيب كميات كبيرة من رواسب الأنهار على مساحة صغيرة من القشرة الأرضية ، ويتسبب وزن هذه الرواسب في الهبوط.

لكي تتشكل طبقة الفحم ، يجب أن تحدث الظروف المثالية لتراكم حطام النبات وظروف الهبوط المثالية في منظر طبيعي يحافظ على هذا التوازن المثالي لفترة طويلة جدًا. من السهل أن نفهم السبب في أن ظروف تكوين الفحم لم تحدث سوى عدد قليل من المرات على مدار تاريخ الأرض. يتطلب تكوين الفحم تزامنًا مع الأحداث غير المحتملة.

مرتبة
(من الأدنى
إلى الأعلى)
الخصائص
الجفتكتلة من المتراكمة في الآونة الأخيرة إلى بقايا النبات متفحمة جزئيا. الخث هو الرواسب العضوية. الدفن والضغط والتحويل سيحولها إلى فحم ، صخرة. يحتوي على نسبة كربون أقل من 60٪ على أساس خالي من الرماد الجاف.
الليجنيت ضرب من الفحم الحجرىLignite هو أدنى رتبة من الفحم. إنه خُث تحول إلى صخرة ، وهذه الصخرة هي فحم أسود اللون البني. يحتوي اللجنيت أحيانًا على هياكل نباتية معروفة. بحكم التعريف ، تبلغ قيمة التسخين أقل من 8300 وحدة حرارية بريطانية لكل رطل على أساس خالي من المواد المعدنية. يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 60 و 70٪ على أساس خالي من الرماد الجاف. في أوروبا وأستراليا والمملكة المتحدة ، تسمى بعض أنواع الفحم النباتي ذات المستوى المنخفض "الفحم البني".
شبه البيتومينالفحم تحت القار هو الفحم الحجري الذي تعرض لمستوى متزايد من التحول العضوي. لقد أدى هذا التحول إلى إزاحة بعض الأكسجين والهيدروجين في الفحم. تنتج هذه الخسارة الفحم الذي يحتوي على نسبة عالية من الكربون (71 إلى 77٪ على أساس خالية من الرماد الجاف). الفحم تحت القار له قيمة تسخين تتراوح بين 8300 و 13000 وحدة حرارية بريطانية لكل رطل على أساس خالي من المواد المعدنية. على أساس قيمة التسخين ، يتم تقسيمها إلى صفوف تحتية من البيتومين A ، تحتية من البيتومين B ، و تحتية من البيتومين C.
قارىالقار هو المرتبة الأكثر وفرة من الفحم. يمثل حوالي 50 ٪ من الفحم المنتج في الولايات المتحدة. يتكون الفحم القار عندما يتعرض الفحم البتيوميني الفرعي لمستويات متزايدة من التحول العضوي. يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 77 و 87 ٪ على أساس خالي من الرماد الجاف وقيمة تسخين أعلى بكثير من الفحم الحجري أو تحت القار. على أساس المحتوى المتطاير ، تنقسم أنواع الفحم الحجري إلى أنواع البيتومين منخفضة المتطايرة ، البيتومين متوسطة المتطايرة ، عالية البيتومين. وغالبا ما يشار الفحم الحجري باسم "الفحم اللين". ومع ذلك ، هذا التعيين هو مصطلح للشخص العادي وليس له علاقة تذكر بصلابة الصخرة.
فحم الإنتراسيتأنثراسايت هو أعلى رتبة من الفحم. على عكس الأنواع الأخرى من الفحم ، فإنه عادة ما يعتبر صخرة متحولة. يحتوي على نسبة كربون تزيد عن 87٪ على أساس خالي من الرماد الجاف. فحم أنثراسايت عمومًا لديه أعلى قيمة تسخين للطن على أساس خال من المواد المعدنية. غالبًا ما ينقسم إلى أنثراسايت وأنثراسايت وأنثراسايت شبه ميتا على أساس محتوى الكربون. وغالبا ما يشار إلى أنثراسايت باسم "الفحم الصلب" ؛ ومع ذلك ، هذا هو مصطلح للشخص العادي وليس له علاقة تذكر بصلابة الصخرة.

انثراسايت الفحم: أنثراسايت هو أعلى رتبة من الفحم. إنه ذو لمعان ساطع ويتكسر بكسر شبه مخروطي.

ما هو الفحم "رتبة"؟

الحطام النباتي مادة هشة مقارنة بالمواد المعدنية التي تشكل صخور أخرى. بما أن حطام النبات يتعرض للحرارة وضغط الدفن ، فإنه يتغير في التكوين والخواص. "رتبة" الفحم هو مقياس لمدى التغيير الذي حدث. في بعض الأحيان يستخدم مصطلح "التحول العضوي" لهذا التغيير.

استنادًا إلى التكوين والخواص ، يتم تعيين الفحم إلى درجة تقدم تتوافق مع مستواها من التحول العضوي. تم تلخيص تقدم الترتيب الأساسي في الجدول هنا.

البني الفحم: أدنى رتبة من الفحم هو "اللجنيت". إنه الخث الذي تم ضغطه وإزالته وصقله في صخرة. وغالبًا ما تحتوي على هياكل نباتية معروفة.

ما هي استخدامات الفحم؟

إنتاج الكهرباء هو الاستخدام الرئيسي للفحم في الولايات المتحدة. يتم نقل معظم الفحم الذي يتم تعدينه في الولايات المتحدة إلى محطة لتوليد الطاقة ، ويتم سحقه إلى حجم جسيم صغير للغاية ، ويتم حرقه. يتم استخدام الحرارة الناتجة عن حرق الفحم لإنتاج البخار الذي يحول المولد لإنتاج الكهرباء. معظم الكهرباء المستهلكة في الولايات المتحدة مصنوعة من حرق الفحم.

الفحم محطة للطاقة النار: صورة لمحطة توليد الطاقة حيث يتم حرق الفحم لإنتاج الكهرباء. المداخن الثلاثة الكبيرة هي أبراج تبريد حيث يتم تبريد المياه المستخدمة في عملية توليد الكهرباء قبل إعادة استخدامها أو إطلاقها في البيئة. تدفق الانبعاثات من أقصى اليمين هو بخار الماء. يتم إطلاق منتجات الاحتراق الناتجة عن حرق الفحم في الكومة الطويلة الرفيعة الموجودة على اليمين. يوجد داخل هذه المجموعة مواد ماصة كيميائية متنوعة لامتصاص الغازات الملوثة الناتجة أثناء عملية الاحتراق. حقوق الطبع والنشر للصور iStockphoto / Michael Utech.

الفحم له العديد من الاستخدامات الأخرى. يتم استخدامه كمصدر للحرارة لعمليات التصنيع. على سبيل المثال ، يتم إنتاج الطوب والإسمنت في الأفران التي يتم تسخينها بواسطة حرق نفاثة من الفحم المسحوق. يستخدم الفحم أيضًا كمصدر للطاقة للمصانع. هناك يتم استخدامه لتسخين البخار ، ويستخدم البخار لتشغيل الأجهزة الميكانيكية. قبل بضعة عقود ، كان معظم الفحم يستخدم لتسخين الفضاء. لا يزال يتم استخدام بعض الفحم بهذه الطريقة ، لكن أنواع الوقود والكهرباء المنتجة للفحم تستخدم الآن بدلاً من ذلك.

لا يزال إنتاج فحم الكوك من أهم استخدامات الفحم. يتم إنتاج فحم الكوك عن طريق تسخين الفحم في ظل ظروف خاضعة للرقابة في غياب الهواء. هذا يزيل بعض المواد المتطايرة ويركز محتوى الكربون. ثم يتم استخدام فحم الكوك كوقود عالي الكربون لمعالجة المعادن والاستخدامات الأخرى حيث تكون هناك حاجة إلى لهب ساخن بشكل خاص.

يستخدم الفحم أيضًا في التصنيع. إذا تم تسخين الفحم ، فيمكن استخدام الغازات والجرار والبقايا المنتجة في عدد من عمليات التصنيع. تشتمل جميع المركبات المشتقة من الفحم على المواد البلاستيكية والسقوف والمشمع والمطاط الصناعي والمبيدات الحشرية ومنتجات الطلاء والأدوية والمذيبات والألياف الصناعية. يمكن أيضًا تحويل الفحم إلى وقود سائل وغازي ؛ ومع ذلك ، فإن استخدامات الفحم هذه تجريبية بشكل أساسي ويتم على نطاق صغير.