Kull i et nøtteskall

Kull er et enormt verdifullt fossilt brensel som har blitt brukt i hundrevis av år i industrien. Den består av organiske komponenter; spesifikt, plantestoff som har blitt gravlagt i et anoksisk eller ikke-oksygenrikt miljø og komprimert gjennom millioner av år.

Fordi det er organisk, trosser kull de normale standardene for klassifisering for bergarter, mineraler og fossiler:

• En fossil er alle bevis på liv som er bevart i fjellet. Anleggsrester som utgjør kull har vært "trykkkokt" i millioner av år. Derfor er det ikke nøyaktig å si at de er bevart.
• Mineraler er uorganiske, naturlig forekommende faste stoffer. Mens kull er et naturlig forekommende fast stoff, består det av organisk plantemateriale.
• Bergarter består selvfølgelig av mineraler.

Snakk med en geolog, men de vil fortelle deg at kull er et organisk sedimentære stein. Selv om det teknisk ikke oppfyller kriteriene, ser det ut som en stein, føles som en stein og finnes mellom ark (sedimentært) berg. Så i dette tilfellet er det en stein.

Geologi er ikke som kjemi eller fysikk med deres faste og konsistente regler. Det er en jordvitenskap; og i likhet med Jorden er geologien full av "unntak fra regelen."

Statlige lovgivere sliter også med dette emnet: Utah og West Virginia lister opp kull som sitt offisiell statsrock mens Kentucky kåret kullet til det statlige mineralet i 1998.

Kull skiller seg fra alle andre bergarter ved at det er laget av organisk karbon: de faktiske restene, ikke bare mineraliserte fossiler, av døde planter. I dag forbrukes det store flertallet av døde plantestoffer av brann og forråtnelse, og gir karbonet tilbake til atmosfæren som gass-karbondioksid. Det er det med andre ord oksydert. Kullet i kull ble imidlertid bevart fra oksidasjon og forblir i en kjemisk redusert form, tilgjengelig for oksidasjon.

Kullgeologer studerer faget sitt på samme måte som andre geologer studerer andre bergarter. Men i stedet for å snakke om mineralene som utgjør bergarten (fordi det ikke er noen, bare biter av organisk materiale), refererer kullgeologer til komponentene i kull som macerals. Det er tre grupper av makeraler: inertinitt, liptinitt og vitrinitt. For å forenkle et komplekst subjekt, er inertinitt vanligvis avledet fra plantevev, liptinitt fra pollen og harpikser, og vitrinitt fra humus eller nedbrutt plantestoff.

Det gamle ordtaket i geologi er at nåtiden er nøkkelen til fortiden. I dag kan vi finne plantemateriale som blir bevart på anoksiske steder: torvmyr som Irlands eller våtmarker som Everglades of Florida. Og sikkert, fossile blader og tre finnes i noen kullbed. Derfor har geologer lenge antatt at kull er en form for torv skapt av varmen og trykket ved dyp begravelse. Den geologiske prosessen med å gjøre torv til kull kalles "koalifisering".

Kullsenger er mye, mye større enn torvmyrer, noen av titalls meter i tykkelse, og de forekommer over hele verden. Dette sier at den eldgamle verden må ha hatt enorme og lang levende anoksiske våtmarker da kullet ble laget.

Mens det er rapportert kull i steiner så gamle som Proterozoic (muligens 2 milliarder år) og så unge som Pliocen (2 millioner år gammel) ble det store flertallet av verdens kull lagt ned i løpet av karbonperioden, en strekning på 60 millioner år (359-299 m.y.a.) da havnivået var høyt og skoger av høye bregner og syklader vokste i gigantiske tropiske sumper.

Nøkkelen til å bevare skogenes døde materie var å begrave den. Vi kan fortelle hva som skjedde fra steinene som omslutter kullbedene: det er kalkstein og skifer på toppen, lagt ned i grunne hav og sandsteiner under lagt ned av elvedeltas.

Åpenbart ble kullsumpene oversvømmet av fremskritt i havet. Dette tillot skifer og kalkstein som skal deponeres på toppen av dem. Fossilene i skifer og kalkstein endres fra gruntvannsorganismer til dyptvannsarter, deretter tilbake til grunne former. Da vises sandsteiner når elvedelta går ut i de grunne havene og en annen kullbed legges på toppen. Denne syklusen av bergtyper kalles a cyclothem.

Hundrevis av syklotemer forekommer i bergenssekvensen til karbon. Bare en årsak kan gjøre det - en lang rekke istider som hever og senker havnivået. Og sikker nok, i regionen som lå på sørpolen i løpet av den tiden, viser bergensprotokollen rikelig bevis på isbreer.

Dette settet med omstendigheter har aldri gjentatt seg, og kullene i karbonrøret (og den følgende permiske perioden) er de ubestridte mesterne av deres type. Det har blitt hevdet at for rundt 300 millioner år siden utviklet noen sopparter evnen til å fordøye tre, og det var slutten på den store kullalderen, selv om yngre kullbed eksisterer. En genomstudie i Vitenskap ga den teorien mer støtte i 2012. Hvis treverket var immun mot å råtne før for 300 millioner år siden, var kanskje ikke anoksiske forhold alltid nødvendig.

Kull kommer i tre hovedtyper eller karakterer. Først blir den sumpete torven klemt og oppvarmet for å danne brunt, mykt kull som heter lignitt. I prosessen frigjør materialet hydrokarboner, som vandrer bort og til slutt blir petroleum. Med mer varme og trykk frigjør lignitt mer hydrokarboner og blir av høyere kvalitet bituminøst kull. Bituminøst kull er svart, hardt og vanligvis kjedelig til blankt i utseendet. Fortsatt større varme og trykk gir antrasitt, den høyeste karakteren av kull. I prosessen slipper kullet metan eller naturgass. Anthracite, en skinnende, hard svart stein, er nesten rent karbon og brenner med stor varme og lite røyk.

Hvis kull blir utsatt for enda mer varme og trykk, blir det en metamorf bergart etter hvert som makeralene til slutt krystalliseres til et ekte mineral, grafitt. Dette glatte mineralet brenner fortsatt, men det er mye mer nyttig som smøremiddel, en ingrediens i blyanter og andre roller. Fortsatt mer verdifull er skjebnen til dypt nedgravd karbon, som ved forhold som finnes i mantelen, omdannes til en ny krystallinsk form: diamant. Imidlertid oksiderer kull antagelig lenge før den kan komme inn i mantelen, så bare Superman kunne utføre det trikset.