Skąd pochodzi węgiel?

Na tropikalnych bagnach starożytnego Kentucky nie było nikogo, kto mógłby usłyszeć, czy spadające drzewa wydają dźwięki. Jednak około 300 milionów lat później hałas jest nieunikniony - drzewa te są teraz węglem, paliwem kopalnym, które od dawna pomaga ludziom wytwarzać elektryczność, ale których demony wewnętrzne również wywołują zmiany klimatu.

Węgiel wciąż zapewnia dużą część amerykańskiej energii elektrycznej, a ponieważ ponad jedna czwarta światowych rezerw znajduje się pod amerykańską ziemią, jest to zrozumiałe kuszące źródło energii. Skała organiczna jest tak potężna i obfita, że ​​zasoby węgla w USA mają wyższą całkowitą zawartość energii niż wszystkie znane na świecie wydobywalne zasoby ropy.

Ale węgiel ma również ciemną stronę - jego wysoka zawartość węgla oznacza, że ​​emituje więcej dwutlenku węgla niż inne paliwa kopalne, co daje mu nieproporcjonalnie duży ślad węglowy. Dodaj koszty ekologiczne usuwania szczytu, przechowywania popiołu lotnego i transportu węgla, a czarna bryła traci jeszcze więcej blasku.

Amerykański Departament Energii i przemysł elektroenergetyczny przez lata inwestowały znaczne środki w oczyszczanie węgla, od dwutlenku siarki i tlenków azotu po cząstki stałe i rtęć, z pewnym powodzeniem. Jednak jego emisje gazów cieplarnianych były dotychczas sprzeczne z opłacalnymi działaniami ograniczającymi.

Ponieważ węgiel generuje teraz prawie tyle samo nagłówków co megawaty, nie ma zbyt wielu szans na zatrzymanie się i zastanowienie się, skąd wzięła się cała ta podziemna energia. Aby jednak w pełni zrozumieć duchy oparte na węglu prześladujące naszą atmosferę, warto przyjrzeć się skamielinom paliwa.

Jak powstaje węgiel?

Podstawowa recepta na każde dobre paliwo kopalne jest prosta: wymieszaj torf z kwaśną, niedotlenioną wodą, przykryj osadem i gotuj na wysokim poziomie przez co najmniej 100 milionów lat. Kiedy warunki te wystąpiły na lądzie masowo w okresie karbońskim - zwłaszcza na rozległych tropikalnych bagnach, które nadały temu okresowi nazwę - rozpoczęły długi, powolny proces koksowania.

„Większość węglów powstało blisko równika podczas karbonu”, mówi geolog Leslie Ruppert, który specjalizuje się w chemii węgla w US Geological Survey. „Masy lądowe, które mają te grube węgle, były zbliżone do równika, a warunki były tak zwane„ wiecznie mokre ”, co oznacza mnóstwo ton deszczu”.

Podczas gdy superkontynent zwany Gondwanalandem zajmował znaczną część ziemskiej ziemi w pobliżu Bieguna Południowego, kilku rówieśników krążyło wokół równika, zwłaszcza Ameryki Północnej, Chin i Europy (patrz ilustracja po prawej). Ciepła, „zawsze mokra” pogoda pomogła stworzyć ogromne bagna torfowe na tych obszarach, które nie są przypadkiem jednymi z największych producentów węgla. Na terenach dzisiejszych Stanów Zjednoczonych torfowiska karbońskie pokrywają znaczną część wschodniego wybrzeża i środkowego zachodu, zapewniając paszę dla dzisiejszych górniczych operacji w Appalachach i na środkowym zachodzie.

Formowanie węgla rozpoczyna się, gdy wiele roślin umiera w gęstych, stojących bagnach, takich jak karbońskie. Bakterie roją się, by zjeść wszystko, zużywając przy tym tlen - czasem trochę za dużo dla własnego dobra. W zależności od ilości i częstotliwości ucztowania przez bakterie, wody powierzchniowe bagna mogą zostać pozbawione tlenu, usuwając te same bakterie tlenowe, które je zużyły. Po zniknięciu tych drobnoustrojów rozkładających materia roślinna przestaje gnić, gdy umiera, zamiast tego gromadzi się w mulistych hałdach zwanych torfem.

„Torf został zakopany wystarczająco szybko i pochowany w środowisku beztlenowym, co zdarza się przypadkowo tu i tam”, mówi geolog badawczy USGS Paul Hackley. „Środowisko beztlenowe zapobiegało degradacji bakterii. W miarę wzrostu bagna torfowego możesz mieć setki stóp torfu”.

Sam torf był od dawna wykorzystywany jako źródło paliwa w niektórych częściach świata, ale wciąż daleko mu do węgla. Hackley wyjaśnia, że ​​aby doszło do tej transformacji, osad musi ostatecznie pokryć torf, ściskając go w skorupę ziemską. Ta sedymentacja może zachodzić na różne sposoby i przetoczyła się przez wiele bagien torfowych, kiedy okres karbonu zakończył się około 300 milionów lat temu. Gdy kontynenty dryfowały, a klimat się zmieniał, torf został zepchnięty jeszcze głębiej, a skały miażdżyły go z góry, a ciepło geotermalne prażyło z dołu. Przez miliony lat geologiczne Crock-Pot gotowane pod ciśnieniem złoża torfu tworzą złoża węgla.

Podczas gdy górzyste kopalnie Appalachii łączą się z jednymi z najstarszych, największych i najbardziej znanych pokładów węgla w kraju, amerykański węgiel nie powstał od razu, wskazuje Ruppert. Okres karboński, który był wcześniejszy niż dinozaury, był świetnym okresem torfowisk, ale nowe uwęglanie trwało jeszcze długo po epoce dinozaurów.

„W całych Stanach Zjednoczonych wiele złóż węgla nie jest karbońskich” - mówi Ruppert. „Mamy starsze, karbońskie węgle na Wschodzie - Appalachowie, dorzecze Illinois - podczas gdy na Zachodzie węgle są znacznie młodsze”.

W rzeczywistości Zachód jest obecnie największym amerykańskim regionem produkującym węgiel, wytwarzającym stały strumień mniej dojrzałych węgli z epoki mezozoicznej i kenozoicznej. Najbardziej płodne kopalnie węgla w kraju znajdują się w dorzeczu rzeki Powder River, podziemnej misce, która rozciąga się wzdłuż linii stanu Montana-Wyoming. W przeciwieństwie do węgla karbońskiego, Ruppert mówi, że młodsze złoża na Zachodzie powstawały głównie w dużych basenach, które wyrastały z płytkich mórz i stopniowo zsuwały się pod ziemię.

„Ameryka Północna nie była już na równiku [kiedy formowały się zachodnie węgle], ale miała także szybko opadające baseny, które były aktywne tektonicznie” - mówi. „Powstały głębokie baseny osadowe, a roślinność ostatecznie przekształciła się w torf, ponieważ baseny były tak głębokie i nadal opadały przez długi czas. Opady deszczu były prawidłowe, klimat był właściwy, a potem wszystko się zakopało”.

Jakie są rodzaje węgla?

Koalizacja jest procesem ciągłym, w którym wiele węgli, które obecnie wydobywamy i spalamy, nadal uważanych za „niedojrzałe” według standardów geologicznych. Cztery główne typy są wymienione poniżej, w kolejności dojrzałości:

• Węgiel brunatny: ta miękka, krucha i jasna skamielina jest najmniej dojrzałym produktem torfowym, który można uznać za węgiel. Niektóre z najmłodszych węgli brunatnych wciąż zawierają widoczne fragmenty kory i innych substancji roślinnych, chociaż geolog USGS Susan Tewalt twierdzi, że jest to rzadkie w Stanach Zjednoczonych. „Istnieje kilka rodzajów węgla brunatnego, w których nadal można zobaczyć struktury drzewne, ale większość naszego węgla brunatnego ma nieco wyższą klasę”, mówi. Węgiel brunatny to przede wszystkim węgiel niskiej jakości, zawierający jedynie około 30 procent węgla, ponieważ nie doświadczył intensywnego ciepła i ciśnienia, które wykuwały silniejsze typy. Występuje na większości Zatoki Przybrzeżnej Zatoki Perskiej i północnych Wielkich Równin, ale działa tylko 20 działających w USA kopalni węgla brunatnego, większość w Teksasie i Dakocie Północnej, ponieważ często wydobycie jest nieopłacalne. Węgiel brunatny stanowi około 9 procent wykazanych zasobów węgla w USA i 7 procent ogólnej produkcji, z czego większość jest spalana w elektrowniach w celu wytwarzania energii elektrycznej.

• Subbitumiczny: Nieco twardszy i ciemniejszy niż węgiel brunatny, węgiel subbitumiczny jest również mocniejszy (do 45 procent zawartości węgla) i starszy, zwykle datowany na co najmniej 100 milionów lat. Około 37 procent wykazanych przez Stany Zjednoczone zasobów węgla jest podbitumicznych, z których wszystkie znajdują się na zachód od rzeki Missisipi. Wyoming jest największym producentem w kraju, ale złoża podbitumiczne są rozproszone po Wielkich Równinach i wschodnich Górach Skalistych. Dorzecze Powder River, największe pojedyncze źródło węgla w USA, jest złożem subbitumicznym.

• Asfalt: jako najbogatszy rodzaj węgla występujący w Stanach Zjednoczonych, bitum ma ponad połowę wykazanych zasobów w kraju. Powstały w ekstremalnych temperaturach i ciśnieniach może mieć 300 milionów lat i zawierać od 45 do 86 procent węgla, co daje trzykrotność wartości opałowej węgla brunatnego. Zachodnia Wirginia, Kentucky i Pensylwania to główni producenci węgla bitumicznego w USA, który koncentruje się głównie na wschód od Missisipi. Jest szeroko stosowany do wytwarzania energii elektrycznej, a także jest ważnym paliwem i surowcem dla przemysłu stalowego i żelaznego.

• Antracyt: dziadek węgli nie jest łatwy do zdobycia. Antracyt jest najciemniejszym, najtwardszym i zwykle najstarszym typem, o zawartości węgla od 86 do 97 procent. W Stanach Zjednoczonych jest tak rzadki, że stanowi mniej niż pół procent ogólnej produkcji węgla w USA i zaledwie 1, 5 procent wykazanych zasobów. Wszystkie kopalnie antracytu w tym kraju znajdują się w północno-wschodnim regionie Coal w Pensylwanii.

Stany Zjednoczone dysponują największymi znanymi na świecie ogólnymi rezerwami węgla, w sumie prawie 264 miliardów ton. Gdy górnicy ekshumują te starożytne tropikalne bagna i elektrownie, uwalniają swoje opary w powietrze, narasta wrzawa narodowa i globalna o przyszłość węgla. Niezależnie od tego, co stanie się z przyszłymi przepisami energetycznymi, nieodnawialność węgla ostatecznie doprowadzi do poszukiwania alternatyw, jeśli nic innego się nie stanie - przy obecnym zużyciu oczekuje się, że nawet rezerwy w USA utrzymają się przez kolejne 225 lat.

Zdjęcia dzięki uprzejmości NASA, DOE, USGS

Podobne Artykuły