Sisältö
Asfalttihiili: Bitumin hiili on tyypillisesti sidottua sedimenttikiviä. Tässä valokuvassa näet kirkkaat ja tylsät hiilimateriaalinauhat, jotka on suunnattu vaakasuoraan näytteen poikki. Kirkkaat nauhat ovat hyvin säilyneitä puumateriaaleja, kuten oksia tai varret. Tylsät nauhat voivat sisältää mineraalimateriaalia, jotka on pesty suohon purojen kautta, suon tulipaloissa tuotettua puuhiiltä tai hajoavia kasvimateriaaleja. Tämä näyte on suunnilleen kolme tuumaa (7,5 senttimetriä). Kuva: West Virginia Geological and Economic Survey.
Mikä on hiili?
Hiili on orgaaninen sedimenttikivi, joka muodostuu kasvimateriaalien kertymisestä ja säilyttämisestä, yleensä soisessa ympäristössä. Hiili on palava kivi, ja se on öljyn ja maakaasun ohella yksi kolmesta tärkeimmästä fossiilisesta polttoaineesta. Hiilellä on laaja käyttöalue; tärkein käyttö on sähkön tuotannossa.
Hiiltä muodostavat ympäristö: Yleinen kaavio suosta, joka osoittaa kuinka veden syvyys, säilytysolosuhteet, kasvityypit ja kasvien tuottavuus voivat vaihdella suon eri osissa. Nämä variaatiot tuottavat erityyppisiä hiilejä. Kuva Länsi-Virginian geologisesta ja taloudellisesta tutkimuksesta.
Turve: Äskettäin kertynyt massa osittain hiilihapottuneeksi kasvinjäänteeksi. Tämä materiaali on tulossa hiilen muodostumiseen, mutta sen kasvijätteen lähde on silti helposti tunnistettavissa.
Rock- ja mineraalipakkaukset: Hanki kivi-, mineraali- tai fossiilisarja saadaksesi lisätietoja maan materiaaleista. Paras tapa oppia kiviä on olla näytteitä käytettävissä testausta ja tutkimusta varten.
Kuinka hiili muodostuu?
Hiili muodostuu kasvijätteiden kertymisestä, yleensä soiseen ympäristöön. Kun kasvi kuolee ja putoaa suoon, suon seisova vesi suojaa sitä rappeutumiselta. Soiden vesillä puuttuu yleensä happea, mikä reagoisi kasvin roskien kanssa ja aiheuttaisi sen rapistumisen. Tämän hapenpuutteen ansiosta kasvijätteet voivat pysyä. Lisäksi hyönteiset ja muut organismit, jotka saattavat kuluttaa kasvien roskat maassa, eivät selviä hyvin veden alla happea puutteellisessa ympäristössä.
Kivihiilisauman tuottamiseksi tarvittavan paksun kasviruokokerroksen muodostamiseksi kasvijätteiden kertymisnopeuden on oltava suurempi kuin hajoamisnopeuden. Kun paksu kerros kasvijätteitä on muodostunut, se on haudattava sedimenteillä, kuten mudalla tai hiekalla. Nämä pestään tyypillisesti suolla tulvajoen avulla. Näiden materiaalien paino tiivistää kasvijätteet ja auttaa muuntamaan niitä hiileksi. Noin kymmenen jalkaa kasvinjäännöksiä tiivistyy vain yhdeksi hiilen jalkaksi.
Kasvijäte kertyy hyvin hitaasti. Joten kasvien roskien kymmenen metrin kerääminen vie kauan. Viiden jalan paksun hiilisauman tekemiseen tarvittavat viisikymmentä jalkaa kasvinjäännöksiä edellyttäisivät tuhansien vuosien kerääntymistä. Tänä pitkän ajan suon vedenpinnan on pysyttävä vakaana. Jos vesi tulee liian syväksi, suon kasvit hukkuvat, ja jos vesikattoa ei ylläpidetä, kasvijätteet rapistuvat. Kivihiilisauman muodostamiseksi täydellisen vedensyvyyden ihanteelliset olosuhteet on ylläpidettävä hyvin pitkään.
Jos olet tarkka lukija, ihmettelet todennäköisesti: "Kuinka viisikymmentä jalkaa kasvijätteitä kerääntyy veteen, joka on vain muutaman metrin syvä?" Vastaus tähän kysymykseen on ensisijainen syy siihen, että kivihiilisauman muodostuminen on erittäin epätavallinen tapahtuma. Se voi tapahtua vain yhdessä kahdesta tilanteesta: 1) nouseva vedenpinta, joka pysyy täysin mukana kasvien jätteiden kertymisnopeuden kanssa; tai 2) heikentyvä maisema, joka pysyy täysin ajan tasalla kasvinjätteiden kertymisnopeuden kanssa. Useimpien hiilisaumojen ajatellaan muodostuneen olosuhteissa nro 2 deltaympäristössä. Delta-alueella suuria määriä jokisedimenttejä on kertynyt pienelle maapallonkuoren alueelle, ja näiden sedimenttien paino aiheuttaa vajoamisen.
Hiilisauman muodostumiseksi maisemissa, jotka ylläpitävät tätä täydellistä tasapainoa hyvin pitkään, on oltava täydelliset olosuhteet kasvijätteiden kertymiselle ja täydelliset laskuolosuhteet. On helppo ymmärtää, miksi hiilen muodostumisen olosuhteet ovat tapahtuneet vain vähän kertaa koko maapallon historiassa. Hiilen muodostuminen edellyttää erittäin epätodennäköisten tapahtumien sattumaa.
Antrasiittihiili: Antrasiitti on korkein kivihiilen arvo. Sillä on kirkas kiilto ja se katkeaa osittain kohoidisella murtumalla.
Mikä on hiilen "sijoitus"?
Kasvien roskat ovat herkkä materiaali verrattuna mineraalimateriaaleihin, jotka muodostavat muita kiviä. Kun kasvien roskat altistetaan hautaamisen lämmölle ja paineelle, niiden koostumus ja ominaisuudet muuttuvat. Hiilen "sijoitus" on mitta siitä, kuinka paljon muutosta on tapahtunut. Joskus termiä "orgaaninen metamorfismi" käytetään tähän muutokseen.
Koostumuksen ja ominaisuuksien perusteella hiilet luokitellaan asteittaiseen etenemiseen, joka vastaa niiden orgaanisen metamorfismin tasoa. Perusasteen eteneminen on esitetty yhteenvetona tässä taulukossa.
ruskohiili: Alin kivihiili on "ruskohiili". Se on turvetta, joka on puristettu, kuivattu ja lithified kallioksi. Se sisältää usein tunnistettavia kasvirakenteita.
Mitä hiiltä käytetään?
Sähköntuotanto on kivihiilen pääasiallinen käyttö Yhdysvalloissa. Suurin osa Yhdysvalloissa louhitusta hiilestä kuljetetaan voimalaitokseen, murskataan erittäin pieneksi hiukkaskokoksi ja poltetaan. Polttohiilen lämpöä käytetään höyryn tuottamiseen, joka kääntää generaattorin sähkön tuottamiseksi. Suurin osa Yhdysvalloissa kulutetusta sähköstä tuotetaan polttamalla hiiltä.
Hiilellä toimiva voimalaitos: Kuva voimalaitoksesta, jossa hiiltä poltetaan sähkön tuottamiseksi. Kolme suurta pinoa ovat jäähdytystornit, joissa sähköntuotannossa käytetty vesi jäähdytetään ennen uudelleenkäyttöä tai päästämistä ympäristöön. Päästövirta, joka virtaa oikeimmasta pinosta, on vesihöyry. Kivihiilen polttamisessa syntyvät palamistuotteet vapautuvat korkealle, ohuelle pinoon oikealla puolella. Pinossa on erilaisia kemiallisia sorbentteja absorboimaan polttoprosessin aikana tuotettuja pilaavia kaasuja. Kuvan tekijänoikeudet iStockphoto / Michael Utech.
Hiilellä on monia muita käyttötapoja. Sitä käytetään lämmönlähteenä valmistusprosesseissa. Esimerkiksi tiilet ja sementti tuotetaan polttouuneissa, joita kuumennetaan polttamalla jauhehiilen suihku. Hiiltä käytetään myös tehtaiden energialähteenä. Siellä sitä käytetään höyryn lämmittämiseen ja höyryä käytetään mekaanisten laitteiden ajamiseen. Muutama vuosikymmen sitten suurin osa kivihiilestä käytettiin tilan lämmitykseen. Jotkut hiilestä käytetään edelleen tällä tavalla, mutta sen sijaan käytetään nyt muita polttoaineita ja hiilestä tuotettua sähköä.
Koksin tuotanto on edelleen tärkeä kivihiilen käyttö. Koksi tuotetaan kuumentamalla hiiltä valvotuissa olosuhteissa ilman puuttuessa. Tämä poistaa osan haihtuvista materiaaleista ja keskittää hiilipitoisuuden. Koksia käytetään sitten korkean hiilipitoisuuden polttoaineena metallin työstöön ja muihin tarkoituksiin, joissa tarvitaan erityisen kuumapolttoa liekkiä.
Hiiltä käytetään myös valmistuksessa. Hiilen kuumentamisen yhteydessä syntyviä kaasuja, tervaa ja jäännöksiä voidaan käyttää useissa valmistusprosesseissa. Muovit, katto, linoleumi, synteettinen kumi, hyönteismyrkyt, maalituotteet, lääkkeet, liuottimet ja synteettiset kuidut sisältävät kaikki hiiltä johdettuja yhdisteitä. Hiili voidaan myös muuttaa nestemäiseksi ja kaasumaiseksi polttoaineeksi; nämä hiilen käytöt ovat kuitenkin pääasiassa kokeellisia ja tehdään pienessä mittakaavassa.