كيفية تشكُّل الفحم

2009 الموسوعة العلمية للصخور والمعادن

KFAS

تشكُّل الفحم علوم الأرض والجيولوجيا

يُعد الفحم صخراً رسوبياً فريداً للغاية. فهو لا يحترق فحسب ، مما يجعله وقوداً نافعاً جداً ، بل يكاد يكون عضوياً بالكامل.

 ولا يتألف الفحم من حبيبات من المعادن كما الرسوبيات الأخرى ، ولكن من بقايا النباتات التي نمت في مستنقعات استوائية منذ مئات الملايين من السنين، وتحوّلت إلى كربون صلب أسود أو بُنّي اللون أثناء انطمارها.

 

تشكُّل الفحم Coal formation

تشكلت معظم منابع الفحم في أميركا الشمالية وأوروبا وشرقي آسيا في العصر الكربوني (Carboniferous) وأوائل العصر البرمي (Permian) ، منذ نحو 300 مليون سنة خلت.

وكانت هذه القارات آنذاك تقع في المدار الاستوائي تقريباً ، وقد غطت مستنقعات مشبعة بالبخار مساحات شاسعة نمت فيها خدريات (club mosses) عملاقة وسراخس الشجر (tree ferns) بغزارة.

وكان الماء يتحرك في هذه المستنقعات بركود. وهكذا ، فعندما هلكت النباتات تكدست بقاياها على قاع المستنقع وتعفنت ببطء في الماء الراكد الفقير بالأكسجين . وبدأت الميكروبات تحوّل البقايا إلى خُث (peat).

يتألف الخُث بمقدار النصف تقريباً من الكربون، وهو وقود نافع عند تجفيفه إذا كان دخانياً. ولكن، لكي يتحول الخث إلى فحم يجب أن يكون مطموراً عميقاً ، وعلى الأقل على عمق 4كلم/2,5 ميل.

وعلى مدى ملايين السنين ، انطمر الخث من المستنقعات الكربونية تحت طبقات من الرواسب المتراكمة حتى انحشر إلى أن جف تماماً وبدأ ينطهي كذلك بفعل حرارة جوف الأرض.

 

ولم يؤد الطهور الحراري إلى إتلاف الألياف النباتية فحسب ، بل إلى طرد الهيدروجين والنيتروجين والكبريت على هيئة غازات، كما حوّل عناصر الكربون في النباتات تدريجياً إلى كربون نقي. وكلما كان انطمار الخث أعمق وأطول وازداد سخونة، تحول المزيد من النباتات إلى كربون.

والخث طري جداً وبني اللون ويتألف بما نسبته 60 في المائة تقريباً  من الكربون؛ بينما يكون الأنثارسيت  (anthracite)، وهو النوع الأعمق والأقدم من الفحم ،  صلداً وأسود اللون ويتألف بما نسبته 95 في المائة من الكربون.

وتأتي بينهما " مَراتب "متوسطة من الفحم ، وهي الفحم أو الليغنيت (lignite) الذي يتألف بما نسبته 73 في المائة من الكربون، والفحم البيتوميني (bituminous c coal) الأسود الباهت الذي يتألف بما نسبتة 85 في المائة من الكربون .

 

يعود منشأ معظم الفحم الأسود إلى العصر الكربوني وأوائل العصر البرمي. وتوجد أكبر منابع هذا النوع من الفحم في روسيا وأوكرانيا اللتين تحتويان على نصف كامل احتياطي العالم من الفحم تقريباً، بيد أنّ هناك طبقات هائلة كذلك من الفحم الأسود في الولايات المتحدة الأميركية.

وإلى جانب الفحم الأسود، هناك أنواع من الفحم البني تشكلت في فترة أقرب، وعلى وجه الخصوص في الزمن الثلاثي  (Tertiary)، منذ 1,6 إلى 64 مليون سنة خلت.

ومع أن هذه الأنواع من الفحم أقل غنى بالكربون لكنها واسعة الانتشار، وتوجد في الصين وأميركا الشمالية وآلاسكا على وجه الخصوص، وكذلك في جنوبي فرنسا ووسط أوروبا واليابان وإندونيسيا .

 

حجم الحبيبات : دقيق الحبيبات، شبيه بالصخور الطينية .

النسيج : يتنوع وفقاً لمرتبة الفحم . تحتوي أنواع الفحم الأدنى مرتبة على الكثير من بقايا النبات المتبدلة جزئياً فقط ؛ فيما تحتوي أنواع الفحم الأعلى مرتبة على القليل جداً منها . ويحتوي الخث على نباتات غير متحللة .

البنية : يوجد الفحم على طباقيات (beds) أو طبقات (seams) فحم متداخلة التراصص مع صخور رسوبية أخرى، وغالباً مع طبقة رقيقة من المادة المتأثرة كربونياً تسمى "مقعد أرضي" (seat – earth)  إلى الأسفل .

تبلغ سماكة طبقات الفحم (seams) عموماً بضعة أمتار فحسب لكنها قد تمتد إلى الأمتار.

 يتشكل الفحم في بيئات راكدة ولذلك لا يُظهر أي تطبّق متقاطع  (croos – bedding) ، لكن الفحم الدُبالي(humic coals )  (انظر التشكيل أدناه) يحتوي على أربطة تتراوح سماكتها ما بين 1- 10 ملم / 0,039- 0,39 بوصة. ولكل طبقة فحم توصيف ترابطها الخاص ، مما يساعد في تعريفها مثل بصمة الإصبع تقريباً .

اللون : بني، أسود .

التشكيل : معظم الفحم دُبالي ، ويتشكل عندما تتكدس المادة النباتية في موضعها في مستنقعات ساحلية استوائية ثم تنطمر عميقاً وتتحول بفعل الحرارة إلى كربون.

يتشكل فحم السابروبيل (sapropelic) (الردغي العضوي ) الأكثر ندرة عندما يتكدس الحطام النباتي والبوغ (spores) والطلَع (pollen) والطحالب (algae) بعيداً عن مصدرها الأصلي .

أماكن تواجد ملحوظة : يوجد بعض أكبر احتياطي العالم من الفحم في قلب سيبيريا في روسيا وفي كازاخستان وأوكرانيا. كما يوجد احتياطي رئيسي من الفحم الأسود في شمالي أوروبا ووادي دامودار في الهند وجبال الآبالاش والغرب الأوسط لأميركا الشمالية. وتمتلك ألمانيا والصين موارداً هائلة من الفحم البني. وتشتهر بنسلفانيا بمكامن الأنثراسيت .

 

الخُث Peat :

قد يكون كل الفحم قد بدأ على هيئة خث. وإذا كان الحال كذلك فلا بد أن خث الفحم القديم قد تشكل في مستنقعات استوائية. يتشكل الخث اليوم فقط في مستنقعات في أماكن باردة.

وهنا ، يكون تحلل المادة النباتية بطيئاً جداً بحيث يمكن لطبقات سميكة أن تتجمع قبل أن تتعفن النباتات تماماً.

وتشرع الميكروبات في عملها مع ذلك لتحوّل نصف المادة النباتية على الأقل إلى كربون بينما تصبح ملتزة.

 

الليغنيت Lignite :

 بمجرد أن يُطمر الخث عميقاً تبدأ عملية التفحم (coalification). ويتوقف النشاط الميكروبي   (microbial)، لكن الضغط والحرارة يبدآن بتحول المزيد من بقايا النبات إلى كربون .

ينتُج الليغنيت أو الفحم البني في المرحلة الأولى. ويتفتت عند تعرضه إلى الهواء ويكون له نسيج شبيه بالخث الخشبي (wood peat) .

معظم الليغنيت أحدثُ زمناً من الفحم الأسود ، ويعود إلى الزمن الثلاثي ( حقبة الحياة الحديثة).

ويوجد أقرب إلى السطح من الفحم الأسود ، لكنه أقل غنى بالكربون، ويحترق مولداً حرارةً أقل ودخاناً أكثر .

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]