¿Qué es el carbón y cómo se forma?
Carbón bituminoso: El carbón bituminoso es típicamente una roca sedimentaria en bandas. En esta foto se pueden ver bandas brillantes y opacas de material de carbón orientadas horizontalmente a través del espécimen. Las bandas brillantes son material leñoso bien conservado, como ramas o tallos. Las bandas opacas pueden contener material mineral arrastrado al pantano por los arroyos, carbón vegetal producido por los incendios en el pantano o materiales vegetales degradados. Este espécimen mide aproximadamente tres pulgadas (7,5 centímetros). Foto del Servicio Geológico y Económico de Virginia Occidental.
¿Qué es el carbón?
El carbón es una roca sedimentaria orgánica que se forma a partir de la acumulación y preservación de materiales vegetales, generalmente en un ambiente pantanoso. El carbón es una roca combustible y, junto con el petróleo y el gas natural, es uno de los tres combustibles fósiles más importantes. El carbón tiene una amplia gama de usos; el más importante es la generación de electricidad.
Entornos de formación de carbón: Un diagrama generalizado de un pantano, que muestra cómo la profundidad del agua, las condiciones de conservación, los tipos de plantas y la productividad de las plantas pueden variar en diferentes partes del pantano. Estas variaciones darán lugar a diferentes tipos de carbón. Ilustración del Servicio Geológico y Económico de Virginia Occidental.
Carbón: Una masa de restos vegetales recientemente acumulados a parcialmente carbonizados. Este material está en camino de convertirse en carbón, pero su fuente de restos vegetales sigue siendo fácilmente reconocible.
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¿Cómo se forma el carbón?
El carbón se forma a partir de la acumulación de restos vegetales, normalmente en un entorno pantanoso. Cuando una planta muere y cae en el pantano, el agua estancada del pantano la protege de la descomposición. Las aguas de los pantanos suelen ser deficientes en oxígeno, que reaccionaría con los restos vegetales y provocaría su descomposición. Esta falta de oxígeno permite que los restos vegetales persistan. Además, los insectos y otros organismos que podrían consumir los restos vegetales en tierra no sobreviven bien bajo el agua en un entorno con falta de oxígeno.
Para formar la gruesa capa de restos vegetales necesaria para producir una veta de carbón, la tasa de acumulación de restos vegetales debe ser mayor que la tasa de descomposición. Una vez que se forma una capa gruesa de restos vegetales, debe ser enterrada por sedimentos como el lodo o la arena. Éstos suelen ser arrastrados al pantano por la crecida de un río. El peso de estos materiales compacta los restos vegetales y ayuda a su transformación en carbón. Unos tres metros de restos vegetales se compactan en un solo metro de carbón.
Los restos vegetales se acumulan muy lentamente. Por lo tanto, acumular tres metros de restos vegetales llevará mucho tiempo. Los quince metros de restos vegetales necesarios para formar una veta de carbón de un metro y medio de grosor necesitarían miles de años para acumularse. Durante ese largo tiempo, el nivel de agua del pantano debe permanecer estable. Si el agua se vuelve demasiado profunda, las plantas del pantano se ahogarán, y si la cubierta de agua no se mantiene, los restos vegetales se descompondrán. Para formar una veta de carbón, las condiciones ideales de profundidad perfecta del agua deben mantenerse durante mucho tiempo.
Si usted es un lector astuto probablemente se pregunte: “¿Cómo pueden acumularse quince metros de restos vegetales en un agua que sólo tiene unos pocos metros de profundidad?”. La respuesta a esa pregunta es la razón principal por la que la formación de una veta de carbón es un hecho muy inusual. Sólo puede ocurrir bajo una de estas dos condiciones 1) un aumento del nivel del agua que sigue perfectamente el ritmo de la acumulación de restos vegetales; o, 2) un paisaje en descenso que sigue perfectamente el ritmo de la acumulación de restos vegetales. Se cree que la mayoría de los filones de carbón se formaron bajo la condición nº 2 en un entorno de delta. En un delta, se depositan grandes cantidades de sedimentos fluviales en una pequeña zona de la corteza terrestre, y el peso de esos sedimentos provoca el hundimiento.
Para que se forme una veta de carbón, deben darse las condiciones perfectas de acumulación de restos vegetales y las condiciones perfectas de hundimiento en un paisaje que mantenga este equilibrio perfecto durante mucho tiempo. Es fácil entender por qué las condiciones para la formación del carbón se han dado sólo un pequeño número de veces a lo largo de la historia de la Tierra. La formación de un carbón requiere la coincidencia de eventos altamente improbables.
Carbón de antracita: La antracita es el rango más alto del carbón. Tiene un brillo intenso y se rompe con una fractura semiconcoidea.
¿Qué es el “rango” del carbón?
Los restos vegetales son un material frágil en comparación con los materiales minerales que componen otras rocas. A medida que los restos vegetales se exponen al calor y a la presión del enterramiento, cambian su composición y sus propiedades. El “rango” de un carbón es una medida de cuánto cambio se ha producido. A veces se utiliza el término “metamorfismo orgánico” para este cambio.
Basándose en la composición y las propiedades, los carbones se asignan a una progresión de rango que corresponde a su nivel de metamorfismo orgánico. La progresión básica de rangos se resume en la siguiente tabla.
Lignito: El rango más bajo de carbón es el “lignito”. Se trata de una turba que ha sido comprimida, deshidratada y litificada en una roca. A menudo contiene estructuras vegetales reconocibles.
¿Cuáles son los usos del carbón?
La producción de electricidad es el principal uso del carbón en Estados Unidos. La mayor parte del carbón extraído en Estados Unidos se transporta a una central eléctrica, se tritura hasta alcanzar un tamaño de partícula muy pequeño y se quema. El calor del carbón quemado se utiliza para producir vapor, que hace girar un generador para producir electricidad. La mayor parte de la electricidad que se consume en Estados Unidos se produce quemando carbón.
Central eléctrica de carbón: Foto de una central eléctrica donde se quema carbón para producir electricidad. Las tres grandes chimeneas son torres de refrigeración en las que se enfría el agua utilizada en el proceso de generación de electricidad antes de reutilizarla o liberarla al medio ambiente. La emisión que sale de la chimenea de la derecha es vapor de agua. Los productos de la combustión del carbón se liberan en la chimenea alta y fina de la derecha. Dentro de esa chimenea hay una variedad de absorbentes químicos para absorber los gases contaminantes producidos durante el proceso de combustión. Derechos de autor de la imagen iStockphoto / Michael Utech.
El carbón tiene muchos otros usos. Se utiliza como fuente de calor para los procesos de fabricación. Por ejemplo, los ladrillos y el cemento se producen en hornos calentados por la combustión de un chorro de carbón en polvo. El carbón también se utiliza como fuente de energía para las fábricas. Allí se utiliza para calentar el vapor, y éste se emplea para accionar dispositivos mecánicos. Hace unas décadas, la mayor parte del carbón se utilizaba para la calefacción. Todavía se utiliza algo de carbón, pero ahora se utilizan otros combustibles y la electricidad producida con carbón.
La producción de coque sigue siendo un uso importante del carbón. El coque se produce calentando el carbón en condiciones controladas y en ausencia de aire. De este modo, se eliminan algunos de los materiales volátiles y se concentra el contenido de carbono. El coque se utiliza entonces como combustible con alto contenido de carbono para el procesamiento de metales y otros usos en los que se necesita una llama especialmente caliente.
El carbón también se utiliza en la fabricación. Si se calienta el carbón, los gases, alquitranes y residuos producidos pueden utilizarse en varios procesos de fabricación. Los plásticos, las cubiertas, el linóleo, el caucho sintético, los insecticidas, los productos de pintura, los medicamentos, los disolventes y las fibras sintéticas incluyen algunos compuestos derivados del carbón. El carbón también puede convertirse en combustibles líquidos y gaseosos; sin embargo, estos usos del carbón son principalmente experimentales y se realizan a pequeña escala.
