Rocce

Carbone



Che cos'è il carbone e come si forma?


Carbone bituminoso: Il carbone bituminoso è in genere una roccia sedimentaria fasciata. In questa foto puoi vedere bande luminose e opache di materiale carbonioso orientate orizzontalmente attraverso il campione. Le fasce luminose sono materiale legnoso ben conservato, come rami o steli. Le bande opache possono contenere materiale minerale lavato nella palude da corsi d'acqua, carbone prodotto dagli incendi nella palude o materiali vegetali degradati. Questo esemplare è largo circa tre pollici (7,5 centimetri). Foto del West Virginia Geological and Economic Survey.

Cos'è il carbone?

Il carbone è una roccia sedimentaria organica che si forma dall'accumulo e dalla conservazione dei materiali vegetali, di solito in un ambiente paludoso. Il carbone è una roccia combustibile e, insieme a petrolio e gas naturale, è uno dei tre combustibili fossili più importanti. Il carbone ha una vasta gamma di usi; l'uso più importante è per la generazione di elettricità.

Ambienti a formazione di carbone: Un diagramma generalizzato di una palude, che mostra come la profondità dell'acqua, le condizioni di conservazione, i tipi di piante e la produttività delle piante possano variare in diverse parti della palude. Queste variazioni produrranno diversi tipi di carbone. Illustrazione del West Virginia Geological and Economic Survey.

Torba: Una massa di detriti di piante parzialmente carbonizzati di recente accumulati. Questo materiale sta per diventare carbone, ma la sua fonte di detriti vegetali è ancora facilmente riconoscibile.

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Come si forma il carbone?

Il carbone si forma dall'accumulo di detriti vegetali, di solito in un ambiente paludoso. Quando una pianta muore e cade nella palude, l'acqua stagnante della palude la protegge dalla decomposizione. Le acque di palude sono generalmente carenti di ossigeno, che reagirebbe con i detriti delle piante e causerebbe la sua decomposizione. Questa mancanza di ossigeno consente ai detriti vegetali di persistere. Inoltre, gli insetti e altri organismi che potrebbero consumare i detriti delle piante sulla terra non sopravvivono bene sott'acqua in un ambiente carente di ossigeno.

Per formare lo spesso strato di detriti vegetali necessario per produrre una cucitura di carbone, il tasso di accumulo di detriti vegetali deve essere maggiore del tasso di decadimento. Una volta che si forma uno spesso strato di detriti vegetali, questo deve essere seppellito da sedimenti come fango o sabbia. Questi sono in genere lavati nella palude da un fiume inondato. Il peso di questi materiali compatta i detriti delle piante e favorisce la sua trasformazione in carbone. Circa dieci piedi di detriti vegetali si compattano in un solo piede di carbone.

I detriti vegetali si accumulano molto lentamente. Quindi, accumulare dieci piedi di detriti vegetali richiederà molto tempo. I cinquanta piedi di detriti di piante necessari per realizzare una giuntura di carbone spessa cinque piedi richiederebbero l'accumulo di migliaia di anni. Durante questo lungo periodo, il livello dell'acqua della palude deve rimanere stabile. Se l'acqua diventa troppo profonda, le piante della palude annegheranno e se la copertura dell'acqua non viene mantenuta, i detriti della pianta decadranno. Per formare una giuntura di carbone, le condizioni ideali di perfetta profondità dell'acqua devono essere mantenute per molto tempo.

Se sei un lettore astuto probabilmente ti starai chiedendo: "Come possono accumularsi cinquanta piedi di detriti vegetali in acqua profonda solo pochi piedi?" La risposta a questa domanda è la ragione principale per cui la formazione di una cucitura di carbone è un evento molto insolito. Può verificarsi solo in una di queste due condizioni: 1) un aumento del livello dell'acqua che tiene perfettamente il passo con il tasso di accumulo di detriti delle piante; oppure, 2) un paesaggio in calo che si adatta perfettamente al tasso di accumulo di detriti vegetali. Si pensa che la maggior parte delle cuciture di carbone si sia formata nella condizione n. 2 in un ambiente delta. Su un delta, grandi quantità di sedimenti fluviali vengono depositati su una piccola area della crosta terrestre e il peso di questi sedimenti provoca la subsidenza.

Affinché si formi una cucitura di carbone, devono verificarsi condizioni perfette di accumulo di detriti di piante e perfette condizioni di subsidenza su un paesaggio che mantiene questo equilibrio perfetto per molto tempo. È facile capire perché le condizioni per formare il carbone si siano verificate solo un piccolo numero di volte nel corso della storia della Terra. La formazione di un carbone richiede la coincidenza di eventi altamente improbabili.

Rango
(Dal più basso
al più alto)
Proprietà
TorbaUna massa di detriti di piante parzialmente carbonizzati di recente accumulati. La torba è un sedimento organico. Sepoltura, compattazione e coalizzazione lo trasformeranno in carbone, una roccia. Ha un contenuto di carbonio inferiore al 60% su una base asciutta e priva di ceneri.
LigniteLa lignite è il grado più basso di carbone. È una torba che è stata trasformata in una roccia e quella roccia è un carbone bruno-nero. La lignite contiene talvolta strutture vegetali riconoscibili. Per definizione ha un valore di riscaldamento inferiore a 8300 unità termiche britanniche per libbra su una base priva di sostanze minerali. Ha un contenuto di carbonio tra il 60 e il 70% su una base asciutta e priva di ceneri. In Europa, Australia e Regno Unito, alcune ligniti di basso livello sono chiamate "carbone bruno".
Sub BituminosoIl carbone sub bituminoso è una lignite che è stata sottoposta ad un aumento del livello di metamorfismo organico. Questo metamorfismo ha respinto parte dell'ossigeno e dell'idrogeno nel carbone. Tale perdita produce carbone con un contenuto di carbonio più elevato (dal 71 al 77% su una base priva di ceneri secche). Il carbone sub-bituminoso ha un valore di riscaldamento tra 8300 e 13000 Unità termiche britanniche per libbra su base priva di sostanze minerali. Sulla base del valore di riscaldamento, è suddiviso in gradi sub bituminosi A, sub bituminosi B e sub bituminosi C.
BituminosoBituminoso è il grado più abbondante di carbone. Rappresenta circa il 50% del carbone prodotto negli Stati Uniti. Il carbone bituminoso si forma quando un carbone sub-bituminoso è soggetto ad aumentati livelli di metamorfismo organico. Ha un contenuto di carbonio tra il 77 e l'87% su una base priva di ceneri secche e un valore di riscaldamento che è molto più alto della lignite o del carbone sub bituminoso. Sulla base del contenuto volatile, i carboni bituminosi sono suddivisi in bituminosi a bassa volatilità, bituminosi a media volatilità e bituminosi ad alta volatilità. Il carbone bituminoso viene spesso definito "carbone dolce"; tuttavia, questa designazione è un termine da laico e ha poco a che fare con la durezza della roccia.
AntraciteL'antracite è il più alto grado di carbone. A differenza di altri tipi di carbone, di solito è considerato una roccia metamorfica. Ha un contenuto di carbonio di oltre l'87% su una base asciutta priva di ceneri. Il carbone antracite ha generalmente il più alto valore di riscaldamento per tonnellata su una base priva di sostanze minerali. È spesso suddiviso in semi-antracite, antracite e meta-antracite sulla base del contenuto di carbonio. L'antracite viene spesso definito "carbone duro"; tuttavia, questo è un termine da laico e ha poco a che fare con la durezza della roccia.

Carbone antracite: L'antracite è il più alto grado di carbone. Ha una lucentezza brillante e si rompe con una frattura semi-concoidale.

Che cos'è il "rango" del carbone?

I detriti vegetali sono un materiale fragile rispetto ai materiali minerali che compongono altre rocce. Poiché i detriti vegetali sono esposti al calore e alla pressione della sepoltura, cambiano in composizione e proprietà. Il "rango" di un carbone è una misura di quanti cambiamenti si sono verificati. A volte il termine "metamorfismo organico" viene utilizzato per questo cambiamento.

In base alla composizione e alle proprietà, i carboni sono assegnati a una progressione di rango corrispondente al loro livello di metamorfismo organico. La progressione del rango di base è riassunta nella tabella qui.

Lignite: Il livello più basso di carbone è "lignite". È la torba che è stata compressa, disidratata e litificata in una roccia. Spesso contiene strutture vegetali riconoscibili.

Quali sono gli usi del carbone?

La produzione di elettricità è l'uso principale del carbone negli Stati Uniti. La maggior parte del carbone estratto negli Stati Uniti viene trasportato in una centrale elettrica, frantumato fino a dimensioni molto piccole e bruciato. Il calore del carbone che brucia viene utilizzato per produrre vapore, che trasforma un generatore per produrre elettricità. Gran parte dell'elettricità consumata negli Stati Uniti viene prodotta bruciando carbone.

Centrale a carbone: Foto di una centrale elettrica in cui il carbone viene bruciato per produrre elettricità. Le tre grandi pile sono torri di raffreddamento in cui l'acqua utilizzata nel processo di generazione dell'elettricità viene raffreddata prima di essere riutilizzata o rilasciata nell'ambiente. L'emissione in streaming dallo stack più a destra è il vapore acqueo. I prodotti della combustione derivanti dalla combustione del carbone vengono rilasciati nella pila alta e sottile sulla destra. All'interno di quella pila sono presenti una varietà di assorbenti chimici per assorbire i gas inquinanti prodotti durante il processo di combustione. Immagine copyright iStockphoto / Michael Utech.

Il carbone ha molti altri usi. È usato come fonte di calore per i processi produttivi. Ad esempio, mattoni e cemento sono prodotti in forni riscaldati dalla combustione di un getto di carbone in polvere. Il carbone è anche usato come fonte di energia per le fabbriche. Qui viene utilizzato per riscaldare il vapore e il vapore viene utilizzato per pilotare dispositivi meccanici. Alcuni decenni fa la maggior parte del carbone veniva utilizzata per il riscaldamento degli ambienti. Un po 'di carbone viene ancora utilizzato in questo modo, ma ora vengono utilizzati altri combustibili ed elettricità prodotta dal carbone.

La produzione di coke rimane un uso importante del carbone. Il coke viene prodotto riscaldando il carbone in condizioni controllate in assenza di aria. Questo allontana alcuni dei materiali volatili e concentra il contenuto di carbonio. Il coke viene quindi utilizzato come combustibile ad alto tenore di carbonio per la lavorazione dei metalli e altri usi in cui è necessaria una fiamma a combustione calda.

Il carbone è anche usato nella produzione. Se il carbone viene riscaldato, i gas, i tar e i residui prodotti possono essere utilizzati in numerosi processi produttivi. Materie plastiche, coperture, linoleum, gomma sintetica, insetticidi, prodotti vernicianti, medicinali, solventi e fibre sintetiche comprendono tutti alcuni composti derivati ​​dal carbone. Il carbone può anche essere convertito in combustibili liquidi e gassosi; tuttavia, questi usi del carbone sono principalmente sperimentali e fatti su piccola scala.

Guarda il video: I combustibili: il carbone - Classi 3 (Giugno 2020).