סלעים

פחם



מהי פחם ואיך היא נוצרת?


פחם ביטומני: פחם ביטומני הוא בדרך כלל סלע משקע חבוש. בתמונה זו תוכלו לראות להקות בהירות ומשעממות של חומר פחם המכוון אופקית לרוחב הדגימה. הלהקות הבהירות הינן חומר וודי שמור היטב, כמו ענפים או גבעולים. הלהקות העמומות יכולות להכיל חומר מינרלי שנשטף בביצה על ידי נחלים, פחם המיוצר על ידי שריפות בביצה, או חומרים צמחיים מבולבלים. דגימה זו רוחבת כשלושה סנטימטרים. צילום הסקר הגיאולוגי והכלכלי במערב וירג'יניה.

מהי פחם?

פחם הוא סלע משקע אורגני אשר נוצר מהצטברות ושמירה של חומרים צמחיים, לרוב בסביבת ביצות. פחם הוא סלע דליק, ולצד נפט וגז טבעי הוא אחד משלושת הדלקים המאובנים החשובים ביותר. בפחם מגוון רחב של שימושים; השימוש החשוב ביותר הוא לייצור חשמל.

סביבות היווצרות פחם: תרשים כללי של ביצה, המראה כיצד עומק המים, תנאי השימור, סוגי הצמחים ופריון הצמח יכולים להשתנות בחלקים שונים של הביצה. וריאציות אלה יניבו סוגים שונים של פחם. איור של הסקר הגיאולוגי והכלכלי במערב וירג'יניה.

כבול: מסת שהצטברה לאחרונה לפסולת צמחית מוגזמת חלקית. חומר זה בדרך להפוך לפחם, אך עדיין ניתן לזהות את מקור פסולת הצמח שלו.

ערכות רוק ומינרלים: השג ערכת סלע, ​​מינרלים או מאובנים כדי ללמוד יותר על חומרי כדור הארץ. הדרך הטובה ביותר ללמוד על סלעים היא לספק דגימות לבדיקה ובדיקה.

כיצד נוצרת פחם?

צורות פחם מהצטברות של פסולת צמחית, לרוב בסביבת ביצות. כאשר צמח מת ונופל לביצה, המים העומדים בביצה מגנים עליו מפני ריקבון. מי ביצות לוקים בדרך כלל בחמצן, אשר יגיבו עם פסולת הצמח ויגרמו להתפרקות. מחסור בחמצן זה מאפשר לנקוט בפסולת הצמח. בנוסף, חרקים ואורגניזמים אחרים העלולים לצרוך את פסולת הצומח ביבשה אינם שורדים היטב מתחת למים בסביבה חסרת חמצן.

כדי ליצור את השכבה העבה של פסולת צמחים הנדרשת לייצור תפר פחם, קצב הצטברות הפסולת הצמחית חייב להיות גדול משיעור הריקבון. ברגע שנוצרת שכבה עבה של פסולת צמחית, היא חייבת להיות קבורה על ידי משקעים כמו בוץ או חול. אלה נשטפים בדרך כלל בביצה על ידי נהר שיטפון. משקלם של חומרים אלה דוחס את פסולת הצמח ומסייע בהפיכתם לפחם. כעשרה מטרים של פסולת צמחית ידחסו למטר פחם אחד בלבד.

פסולת צמחים מצטברת לאט מאוד. אז, צבירת עשרה מטרים של פסולת צמחית תארך זמן רב. חמישים מטרים של פסולת צמחים הדרושים לייצור תפר פחם בעובי מטר וחצי ידרשו אלפי שנים להצטבר. במהלך זמן רב זה, על פני המים של הביצה להישאר יציבה. אם המים נעשים עמוקים מדי, צמחי הביצה יטבעו, ובמידה ושום כיסוי המים לא יישמר, פסולת הצמח תתפורר. כדי ליצור תפר פחם, יש לשמור על התנאים האידיאליים של עומק מים מושלם למשך זמן רב מאוד.

אם אתה קורא חריף אתה בטח תוהה: "איך יכולות להצטבר חמישים רגל של פסולת צמחים במים בעומק של כמה מטרים?" התשובה לשאלה זו היא הסיבה העיקרית להיווצרות תפר פחם הוא תופעה חריגה ביותר. זה יכול להתרחש רק בתנאי משני תנאים: 1) מפלס מים עולה העומד בקצב מושלם עם קצב הצטברות הפסולת הצמחית; או, 2) נוף שוכך שעומד בקצב מושלם עם קצב הצטברות הפסולת. נראה כי מרבית תפרי הפחם נוצרו במצב מס '2 בסביבת דלתא. על דלתא מופקדים כמויות גדולות של משקעי נהר על שטח קטן בקרום כדור הארץ, ומשקלם של אותם משקעים גורם לשפלות.

על מנת שתיפר תפר פחם, תנאים מושלמים של הצטברות פסולת צמחית ותנאים מושלמים של שקיעה חייבים להתרחש על נוף השומר על איזון מושלם זה לאורך זמן רב. קל להבין מדוע התנאים ליצירת פחם התרחשו רק מספר קטן של פעמים לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ. היווצרות פחם דורשת צירוף מקרים של אירועים בלתי סבירים ביותר.

דרגה
(מהנמוכים ביותר
לגבוה ביותר)
נכסים
כבולמסת שהצטברה לאחרונה לפסולת צמחית מוגזמת חלקית. כבול הוא משקע אורגני. קבורה, דחיסה וקואליציה יהפכו אותה לפחם, לסלע. יש לו תכולת פחמן של פחות מ- 60% על בסיס נטול אפר יבש.
ליגניטליגניט הוא הדרג הנמוך ביותר של פחם. זהו כבול שהפך לסלע, והסלע הזה הוא פחם חום-שחור. הליניט מכיל לעיתים מבנים צמחיים ניתנים לזיהוי. בהגדרה יש לו ערך חימום של פחות מ- 8300 יחידות תרמיות בריטיות לכל קילוגרם על בסיס חומר מינרלי נטול חומר. יש לו תכולת פחמן בין 60 ל- 70% על בסיס נטול אפר יבש. באירופה, אוסטרליה ובריטניה, כמה ליגניטים ברמה נמוכה נקראים "פחם חום".
תת ביטומניפחם תת-ביטומיני הוא ליגניט שעבר רמה מוגברת של מטמורפיזם אורגני. מטמורפיזם זה סילק חלק מהחמצן והמימן בפחם. הפסד זה מייצר פחם עם אחוז פחמן גבוה יותר (71 עד 77% על בסיס יבש ללא אפר). לפחם הביטומני המשני יש ערך חימום בין 8300 ל 13000 יחידות תרמיות בריטיות לכל קילו על בסיס נטול מינרלים. על בסיס ערך החימום, הוא מחולק לתארים תת-ביטומניים A, תת-ביטומני B ו- תת-ביטומני C.
ביטומניביטומני הוא הדרגה השופעת ביותר בפחם. הוא מהווה כ- 50% מהפחם המיוצר בארצות הברית. פחם ביטומני נוצר כאשר פחם תת-ביטומי משנה נתון לרמות מוגברות של מטמורפיזם אורגני. יש לו תכולת פחמן בין 77 ל- 87% על בסיס נטול אפר יבש וערך חימום שהוא גבוה בהרבה מליגניט או פחם תת ביטומני תת. על בסיס תוכן נדיף, מחולקים גחלים ביטומניים לחלקי ביטומין נדיפים נמוכים, בינונית-נדיפים וביטומניים נדיפים גבוהה. פחם ביטומני מכונה לעתים קרובות "פחם רך"; עם זאת, ייעוד זה הוא מונח הדיוט ואין לו כל קשר לקשיות הסלע.
אנתרציטאנתרציט הוא הדרגה הגבוהה ביותר של פחם. בניגוד לסוגים אחרים של פחם, זה בדרך כלל נחשב לסלע מטמורפי. יש לו תכולת פחמן של מעל 87% על בסיס נטול אפר יבש. פחם אנתרציט בדרך כלל ערך החימום הגבוה ביותר לטון על בסיס חומר מינרלי נטול חומר. לעתים קרובות הוא מחולק למחצית אנתרציט, אנתרציט ומטא אנתרציט על בסיס תוכן פחמן. אנתרציט מכונה לעתים קרובות "פחם קשה"; עם זאת, זהו מונח הדיוט ואין לו קשר קשיח לסלע.

פחם אנתרציט: אנתרציט הוא הדרגה הגבוהה ביותר של פחם. יש לו ברק בהיר ונשבר עם שבר חצי קונכואידי.

מהו "דרגת" פחם?

פסולת צמחית היא חומר שביר בהשוואה לחומרים המינרליים המרכיבים סלעים אחרים. כשפסולת צמחים נחשפת לחום ולחץ הקבורה, היא משתנה בהרכב ובתכונותיה. "דרגת" הפחם היא מדד לכמה שינוי חל. לפעמים משתמשים במונח "מטמורפיזם אורגני" לשינוי זה.

בהתבסס על הרכב ותכונות, גחלים מוקצים להתקדמות דרגה שתואמת את רמת המטמורפיזם האורגני שלהם. התקדמות הדרגה הבסיסית מסוכמת בטבלה כאן.

ליגניט: הדרגה הנמוכה ביותר של פחם היא "ליגניט." זה כבול שנדחס, מיובש והוכשר לסלע. לעתים קרובות הוא מכיל מבנים צמחיים ניתנים לזיהוי.

מהם השימושים בפחם?

ייצור החשמל הוא השימוש העיקרי בפחם בארצות הברית. מרבית הפחם שנכרות בארצות הברית מועבר לתחנת כוח, נמחץ לגודל חלקיקים קטן מאוד ונשרף. החום מהפחם הבוער משמש לייצור קיטור, ההופך את הגנרטור לייצור חשמל. מרבית החשמל הנצרך בארצות הברית מיוצר משריפת פחם.

תחנת כוח מופעלת פחם: תמונה של תחנת כוח בה נשרפים פחם לייצור חשמל. שלוש הערימות הגדולות הינן מגדלי קירור בהם מקוררים מים המשמשים בתהליך ייצור החשמל לפני השימוש בהם או שחרורם לסביבה. פליטת הזרימה מהערמה הימנית ביותר היא אדי מים. מוצרי הבעירה משריפת הפחם משוחררים לערימה הגבוהה והדקה שמימין. בתוך אותה ערימה נמצאים מגוון של סופגים כימיים לספיגת גזים מזהמים הנוצרים בתהליך הבעירה. תמונה של זכויות יוצרים / Michael Utech.

בפחם יש שימושים רבים אחרים. הוא משמש כמקור חום לתהליכי ייצור. לדוגמא, לבנים ומלט מיוצרים בכבנים המחוממים על ידי בעירה של סילון של פחם אבקה. פחם משמש גם כמקור כוח למפעלים. שם הוא משמש לחימום אדים, והקיטור משמש להנעה של מכשירים מכניים. לפני כמה עשורים שימש רוב הפחם לחימום חלל. כיום משתמשים בכמה פחם ככה, אך כיום משתמשים במקום בדלקים אחרים ובחשמל המיוצר מפחם.

ייצור הקולה נותר שימוש חשוב בפחם. הקולה מיוצרת על ידי חימום פחם בתנאים מבוקרים בהיעדר אוויר. זה מגרש חלק מהחומרים הנדיפים ומרכז את תכולת הפחמן. לאחר מכן משתמשים בקוק כדלק עשיר בפחמן לעיבוד מתכות ושימושים אחרים שבהם יש צורך בלהבה בוערת במיוחד.

פחם משמש גם בייצור. אם מחממים פחם, ניתן להשתמש בגזים, טארים ושאריות המיוצרים בכמה תהליכי ייצור. פלסטיקה, קירוי, לינולאום, גומי סינטטי, קוטלי חרקים, מוצרי צבע, תרופות, ממסים וסיבים סינטטיים כולם כוללים כמה תרכובות שמקורן בפחם. אפשר להמיר פחם לדלקים נוזליים וגזים; עם זאת, שימושים אלה בפחם הם בעיקר ניסויים ונעשים בקנה מידה קטן.