Άνθρακας με λίγα λόγια

Ο άνθρακας είναι ένα εξαιρετικά πολύτιμο ορυκτό καύσιμο που χρησιμοποιείται εδώ και εκατοντάδες χρόνια στη βιομηχανία. Αποτελείται από οργανικά συστατικά. συγκεκριμένα, φυτική ύλη που έχει θαφτεί σε ένα ανοξείδωτο ή μη οξυγονωμένο περιβάλλον και έχει συμπιεστεί για εκατομμύρια χρόνια.

Επειδή είναι βιολογικά, ο άνθρακας αψηφά τα κανονικά πρότυπα ταξινόμησης για τους βράχους, τα ορυκτά και τα απολιθώματα:

• Ένα απολίθωμα είναι οποιαδήποτε απόδειξη της ζωής που έχει διατηρηθεί σε βράχο. Τα φυτά που παραμένουν που αποτελούν τον άνθρακα έχουν «μαγειρευτεί υπό πίεση» για εκατομμύρια χρόνια. Επομένως, δεν είναι ακριβές να λέμε ότι έχουν διατηρηθεί.
• Τα ορυκτά είναι ανόργανα, φυσικά στερεά. Ενώ ο άνθρακας είναι φυσικό στερεό, αποτελείται από οργανικό φυτικό υλικό.
• Οι βράχοι, φυσικά, αποτελούνται από ορυκτά.

Συζητήστε με έναν γεωλόγο, όμως, και θα σας πουν ότι ο άνθρακας είναι οργανικός ιζηματογενής βράχος. Παρόλο που δεν πληροί τεχνικά τα κριτήρια, μοιάζει με βράχο, αισθάνεται σαν βράχος και βρίσκεται ανάμεσα σε φύλλα (ιζηματογενή) βράχο. Έτσι, στην περίπτωση αυτή, είναι ένας βράχος.

Η γεωλογία δεν είναι σαν τη χημεία ή τη φυσική με τους σταθερούς και συνεπείς κανόνες της. Είναι μια επιστήμη της Γης. και όπως η Γη, η γεωλογία είναι γεμάτη "εξαιρέσεις στον κανόνα".

Οι πολιτικοί νομοθέτες αγωνίζονται και με αυτό το θέμα: η Γιούτα και η Δυτική Βιρτζίνια απαριθμούν τον άνθρακα ως δικό τους επίσημο rock κράτος ενώ το 1998 ο Kentucky ονόμασε τον άνθρακα ως κρατικό ορυκτό.

Ο άνθρακας διαφέρει από κάθε άλλο είδος βράχου, καθώς είναι κατασκευασμένος από οργανικό άνθρακα: τα πραγματικά υπολείμματα νεκρών φυτών, όχι μόνο απολιθωμένα απολιθώματα. Σήμερα, η συντριπτική πλειοψηφία των νεκρών φυτικών ουσιών καταναλώνεται από τη φωτιά και τη φθορά, επιστρέφοντας τον άνθρακα της στην ατμόσφαιρα ως διοξείδιο του άνθρακα αερίου. Με άλλα λόγια, είναι οξειδωμένο. Ο άνθρακας στον άνθρακα, ωστόσο, διατηρήθηκε από την οξείδωση και παραμένει σε χημικώς μειωμένη μορφή, διαθέσιμη για οξείδωση.

Οι γεωλόγοι άνθρακα μελετούν το θέμα τους με τον ίδιο τρόπο που άλλοι γεωλόγοι μελετούν άλλους βράχους. Αλλά αντί να μιλάμε για τα ορυκτά που συνθέτουν το βράχο (επειδή δεν υπάρχουν, μόνο κομμάτια οργανικής ύλης), οι γεωλόγοι άνθρακα αναφέρονται στα συστατικά του άνθρακα macerals. Υπάρχουν τρεις ομάδες ιξώδους: αδρανής, λιτινίτη και βιρινίτης. Για την απλούστευση ενός πολύπλοκου υποκειμένου, ο αδρανής είναι γενικά προερχόμενος από φυτικούς ιστούς, λιπτινίτη από γύρη και ρητίνες και βιτρινίτη από χούμο ή τεταμένη φυτική ύλη.

Το παλιό ρητό στη γεωλογία είναι ότι το παρόν είναι το κλειδί για το παρελθόν. Σήμερα, μπορούμε να βρούμε φυτική ύλη που διατηρείται σε ανοξείδωτες θέσεις: τύρφη όπως αυτές της Ιρλανδίας ή υγρότοπους όπως το Everglades της Φλόριντα. Και αρκετά σίγουρα, τα απολιθωμένα φύλλα και το ξύλο βρίσκονται σε μερικά κάρβουνα. Ως εκ τούτου, οι γεωλόγοι έχουν από καιρό υποθέσει ότι ο άνθρακας είναι μια μορφή τύρφης που δημιουργείται από τη θερμότητα και την πίεση της βαθιάς ταφής. Η γεωλογική διαδικασία μετατροπής της τύρφης σε άνθρακα ονομάζεται "εξόρυξη".

Τα κάρβουνα είναι πολύ, πολύ μεγαλύτερα από τα τύρφη, μερικά από τα δεκάδες μέτρα σε πάχος, και εμφανίζονται σε όλο τον κόσμο. Αυτό λέει ότι ο αρχαίος κόσμος πρέπει να είχε τεράστιους και μακρόβιους ανόξους υγροτόπους κατά την παραγωγή του άνθρακα.

Ενώ ο άνθρακας έχει αναφερθεί σε πετρώματα τόσο παλιά όσο και Proterozoic (πιθανώς 2 δισεκατομμύρια έτη) και τόσο νέος όσο το Pliocene (2 εκατομμύρια ετών), η μεγάλη πλειονότητα του παγκόσμιου άνθρακα καθορίστηκε κατά τη διάρκεια της περιόδου άνθρακα, μια έκταση 60 εκατομμυρίων ετών (359-299 m.y.a.) όταν η στάθμη της θάλασσας ήταν υψηλή και δάση ψηλών φτέρες και κυκλάδων μεγάλωσαν σε γιγάντιους τροπικούς βάλτους.

Το κλειδί για τη διατήρηση της νεκράς ύλης των δασών ήταν η ταφή του. Μπορούμε να πούμε τι συνέβη από τα βράχια που περικλείουν τα κρεβάτια άνθρακα: υπάρχουν ασβεστόλιθοι και σχιστόλιθοι στην κορυφή, που τοποθετούνται σε ρηχές θάλασσες, και οι ψαμμίτες κάτω από τον ποταμό δέλτα.

Προφανώς, οι βάλτοι του άνθρακα πλημμύρισαν από τις προόδους στη θάλασσα. Αυτό επέτρεψε σχιστόλιθος και ασβεστόλιθο που θα εναποτεθεί πάνω από αυτά. Τα απολιθώματα στο σχιστόλιθο και τον ασβεστόλιθο αλλάζουν από αβαθείς οργανισμούς σε είδη βαθέων υδάτων και στη συνέχεια σε ρηχές μορφές. Στη συνέχεια, οι ψαμμίτες εμφανίζονται ως ποτάμια δέλτα προχωρούν στην ρηχή θάλασσα και ένα άλλο κρεβάτι άνθρακα τοποθετείται στην κορυφή. Αυτός ο κύκλος τύπων βράχων καλείται a cyclothem.

Εκατοντάδες cyclothems εμφανίζονται στη ροκ ακολουθία των Carboniferous. Μόνο μια αιτία μπορεί να το κάνει αυτό - μια μακρά σειρά παγετών που αυξάνει και μειώνει το επίπεδο της θάλασσας. Και σίγουρα, στην περιοχή που βρισκόταν στον νότιο πόλο εκείνη την εποχή, το βράχο δείχνει άφθονα στοιχεία παγετώνες.

Αυτό το σύνολο των συνθηκών δεν έχει επανέλθει ποτέ, και οι άνθρακες του Carboniferous (και η εποχή των Περμιών) είναι οι αδιαφιλονίκητοι πρωταθλητές του είδους τους. Έχει υποστηριχθεί ότι περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια πριν, ορισμένα είδη μυκήτων εξελίχθηκαν στην ικανότητα να αφομοιώσουν το ξύλο, και αυτό ήταν το τέλος της μεγάλης ηλικίας του άνθρακα, αν και υπάρχουν νεώτερες κοιλότητες άνθρακα. Μια μελέτη γονιδιώματος στο Επιστήμη έδωσε αυτή τη θεωρία περισσότερη υποστήριξη το 2012. Εάν το ξύλο είχε ανοσία στην σήψη πριν από 300 εκατομμύρια χρόνια, τότε ίσως δεν ήταν πάντοτε απαραίτητες ανόξιες συνθήκες.

Ο άνθρακας έρχεται σε τρεις κύριους τύπους ή βαθμούς. Κατ 'αρχάς, η βάλτο τύρφη συμπιέζεται και θερμαίνεται για να σχηματίσει καφέ, μαλακό άνθρακα που ονομάζεται λιγνίτης. Στη διαδικασία, το υλικό απελευθερώνει υδρογονάνθρακες, οι οποίοι μεταναστεύουν και τελικά γίνονται πετρέλαιο. Με περισσότερη θερμότητα και πιέσεις λιγνίτης απελευθερώνει περισσότερους υδρογονάνθρακες και γίνεται υψηλότερος λιθάνθρακα. Ο ασφαλτούχος άνθρακας είναι μαύρος, σκληρός και συνήθως θαμπός έως γυαλιστερός στην εμφάνιση. Ακόμη μεγαλύτερη απόδοση θερμότητας και πίεσης ανθρακίτης, ο υψηλότερος βαθμός άνθρακα. Στη διαδικασία, ο άνθρακας απελευθερώνει μεθάνιο ή φυσικό αέριο. Ο ανθρακίτης, μια γυαλιστερή, σκληρή μαύρη πέτρα, είναι σχεδόν καθαρός άνθρακας και καίει με μεγάλη ζέστη και λίγο καπνό.

Εάν ο άνθρακας υποβληθεί σε ακόμα περισσότερη θερμότητα και πίεση, γίνεται μεταμορφωμένος βράχος, καθώς οι μάζες τελικά κρυσταλλώνονται σε ένα πραγματικό ορυκτό, γραφίτη. Αυτό το ολισθηρό μέταλλο καίει ακόμα, αλλά είναι πολύ πιο χρήσιμο ως λιπαντικό, συστατικό σε μολύβια και άλλους ρόλους. Ακόμη πιο πολύτιμη είναι η τύχη του βαθιά θαμμένου άνθρακα, ο οποίος υπό συνθήκες που βρίσκονται στο μανδύα μετατρέπεται σε μια νέα κρυσταλλική μορφή: διαμάντι. Ωστόσο, ο άνθρακας πιθανώς οξειδώνει πολύ πριν να μπει στο μανδύα, οπότε μόνο ο Σούπερμαν θα μπορούσε να εκτελέσει αυτό το τέχνασμα.