În mlaștinile tropicale din vechiul Kentucky, nimeni nu era prezent pentru a auzi dacă copacii care cădeau produceau vreun sunet. Aproximativ 300 de milioane de ani mai târziu, totuși, zgomotul este inevitabil – acei copaci sunt acum cărbune, un combustibil fosil care a ajutat mult timp oamenii să genereze electricitate, dar ale cărui demoni interiori invocă și schimbările climatice.
Cărbunele încă asigură o mare parte din electricitatea Statelor Unite, iar din moment ce peste un sfert din rezervele globale se află sub solul american, este o sursă de energie în mod firesc tentantă. Roca organică este atât de potentă și abundentă, de fapt, încât resursele de cărbune ale Statelor Unite au un conținut energetic total mai mare decât tot petrolul recuperabil cunoscut din lume.
Dar cărbunele are și o latură întunecată – conținutul său ridicat de carbon înseamnă că emite mai mult dioxid de carbon decât alți combustibili fosili, conferindu-i o amprentă de carbon disproporționat de mare. Adăugați costurile ecologice ale îndepărtării vârfurilor de munte, depozitării cenușii volante și transportului cărbunelui, iar bulgărele negru își pierde și mai mult din strălucire.
Departamentul Energiei al Statelor Unite și industria energiei electrice au investit masiv de-a lungul anilor pentru a curăța cărbunele, de la dioxidul de sulf și oxizii de azot, la particule și mercur, cu un oarecare succes. Cu toate acestea, emisiile sale de gaze cu efect de seră au sfidat până acum eforturile de izolare rentabile.
Acum cărbunele generează aproape la fel de multe titluri ca și megawați, nu există multe șanse să ne oprim și să ne gândim de unde a venit toată această energie subterană în primul rând. Dar pentru a înțelege pe deplin fantomele pe bază de carbon care bântuie acum atmosfera noastră, este util să aruncăm o privire asupra fosilelor din spatele combustibilului.
Cum se formează cărbunele?
Rețeta de bază pentru orice bun combustibil fosil este simplă: amestecați turba cu apă acidă, hipoxică, acoperiți cu sedimente și gătiți la foc mare timp de cel puțin 100 de milioane de ani. Când aceste condiții au apărut pe uscat în masă în timpul Perioadei Carbonifere – în special în vastele mlaștini tropicale de turbă care au dat numele perioadei – au lansat procesul lung și lent de cărbunificare.
„Majoritatea cărbunilor s-au format aproape de Ecuator în timpul Carboniferului”, spune geologul Leslie Ruppert, care este specializată în chimia cărbunelui la Serviciul Geologic al Statelor Unite (USGS). „Masele continentale care conțin acești cărbuni groși erau aproape de Ecuator, iar condițiile erau ceea ce noi numim ‘pururea umede’, adică tone și tone de ploaie.”
În timp ce un supercontinent numit Gondwanaland ocupa o mare parte din uscatul Pământului în apropierea Polului Sud la acea vreme, câteva fragmente au plutit în jurul Ecuatorului, în special America de Nord, China și Europa (vezi ilustrația din dreapta). Vremea caldă, „pururea umedă”, a ajutat la crearea unor mlaștini enorme de turbă pe aceste mase continentale, care nu întâmplător sunt unele dintre cele mai mari producătoare de cărbune din zilele noastre. Pe teritoriul actual al Statelor Unite, mlaștinile de turbă din Carbonifer au acoperit o mare parte din Coasta de Est și Midwest, furnizând materie primă pentru operațiunile miniere de cărbune din Apalași și Midwest de astăzi.
Formarea cărbunelui începe când multe plante mor în mlaștini dense, stagnante, precum cele din Carbonifer. Bacteriile se adună pentru a mânca totul, consumând oxigen în acest proces – uneori puțin prea mult pentru binele lor. În funcție de cantitatea și frecvența ospățului bacterian, apele de suprafață ale mlaștinei pot deveni epuizate de oxigen, distrugând aceleași bacterii aerobe care l-au folosit pe tot. Odată dispărute aceste microbii descompunători, materia vegetală nu mai putrezește când moare, ci se acumulează în grămezi mâloase cunoscute sub numele de turbă.
„Turba a fost îngropată suficient de rapid și îngropată într-un mediu anaerob, ceea ce se întâmplă întâmplător ici și colo”, spune geologul de cercetare USGS Paul Hackley. „Un mediu anaerob a prevenit degradarea bacteriană. Pe măsură ce mlaștina de turbă continuă să crească, poți avea sute de metri de turbă.”
Turba însăși a fost folosită mult timp ca sursă de combustibil în unele părți ale lumii, dar este încă departe de a fi cărbune. Pentru ca acea transformare să aibă loc, sedimentele trebuie în cele din urmă să acopere turba, explică Hackley, comprimând-o în scoarța terestră. Această sedimentare poate avea loc în diverse moduri și a acoperit multe mlaștini de turbă când Perioada Carboniferă s-a încheiat, acum aproximativ 300 de milioane de ani. Pe măsură ce continentele au derivat și climatele s-au schimbat, turba a fost împinsă și mai adânc, cu roca zdrobind-o de sus și căldura geotermală coacând-o de jos. Pe parcursul a milioane de ani, această oală sub presiune geologică a gătit depozitele de turbă pentru a crea straturi de cărbune.
În timp ce minele montane din Apalași exploatează unele dintre cele mai vechi, mai mari și mai iconice straturi de cărbune din țară, cărbunele american nu s-a format tot odată, subliniază Ruppert. Perioada Carboniferă, care a precedat dinozaurii, a fost apogeul mlaștinilor de turbă, dar noua cărbunificare a continuat mult timp în timpul și după epoca dinozaurilor.
„În Statele Unite, multe zăcăminte de cărbune nu sunt Carbonifere”, spune Ruppert. „Avem cărbuni Carboniferi mai vechi în Est – Apalașii, Bazinul Illinois – în timp ce în Vest, cărbunii sunt mult mai tineri.”
De fapt, Vestul este acum cea mai mare regiune producătoare de cărbune din America, generând un flux constant de cărbuni mai puțin maturi din erele Mezozoică și Cenozoică. Cele mai prolifice mine de cărbune din țară se află în Bazinul Powder River, un bazin subteran care se întinde peste granița statelor Montana-Wyoming. Spre deosebire de cărbunii din Carbonifer, spune Ruppert, depozitele mai tinere din Vest s-au format în mare parte în bazine mari care au ieșit din mări puțin adânci și au alunecat treptat înapoi sub pământ.
„America de Nord nu se mai afla la Ecuator [când s-au format cărbunii din Vest], dar avea și bazine care se scufundau rapid, tectonice active”, spune ea. „S-au format bazine sedimentare adânci, iar vegetația a fost în cele din urmă transformată în turbă deoarece bazinele erau atât de adânci și au continuat să se scufunde mult timp. Ploaia era potrivită, clima era potrivită, iar apoi totul a fost îngropat.”
Tipuri de cărbune
Cărbunificarea este un proces continuu, mulți dintre cărbunii pe care îi extragem și îi ardem în prezent fiind considerați încă „imaturi” după standarde geologice. Cele patru tipuri principale sunt enumerate mai jos, în ordinea maturității:
Lignitul
Acest fosil moale, sfărâmicios și de culoare deschisă este cel mai puțin matur produs de turbă considerat cărbune. Unele dintre cele mai tinere lignituri conțin încă bucăți vizibile de scoarță și altă materie vegetală, deși geologul USGS Susan Tewalt spune că acest lucru este rar în Statele Unite. „Există unele lignituri unde încă poți vedea structuri lemnoase, dar majoritatea lignitului nostru este de o calitate puțin mai înaltă”, spune ea. Lignitul este un cărbune de calitate scăzută de la început, conținând doar aproximativ 30 de procente carbon deoarece nu a experimentat căldura și presiunea intense care au forjat tipuri mai puternice. Se găsește în mare parte în Câmpia Coastei Golfului și în nordul Marilor Câmpii, dar există doar 20 de mine de lignit operaționale în Statele Unite, majoritatea în Texas și Dakota de Nord, deoarece adesea nu este economic să fie excavat. Lignitul reprezintă aproximativ 9 procente din rezervele demonstrate de cărbune ale Statelor Unite și 7 procente din producția totală, majoritatea fiind arsă în centralele electrice pentru a genera electricitate.
Cărbunele sub-bituminos
Puțin mai dur și mai închis la culoare decât lignitul, cărbunele sub-bituminos este și mai puternic (până la 45 de procente conținut de carbon) și mai vechi, datând de obicei de cel puțin 100 de milioane de ani. Aproximativ 37 de procente din rezervele demonstrate de cărbune ale Statelor Unite sunt sub-bituminoase, toate fiind situate la vest de râul Mississippi. Wyoming este cel mai mare producător din țară, dar zăcămintele sub-bituminoase sunt răspândite în Marile Câmpii și în estul Munților Stâncoși. Bazinul Powder River, cea mai mare sursă unică de cărbune din Statele Unite, este un zăcământ sub-bituminos.
Cărbunele bituminos
Ca cel mai abundent tip de cărbune găsit în Statele Unite, cărbunele bituminos reprezintă mai mult de jumătate din rezervele demonstrate ale țării. Format sub căldură și presiune extremă, poate avea o vechime de 300 de milioane de ani și poate conține între 45 și 86 de procente carbon, conferindu-i de până la trei ori valoarea calorică a lignitului. Virginia de Vest, Kentucky și Pennsylvania sunt principalii producători de cărbune bituminos din Statele Unite, care este concentrat în mare parte la est de Mississippi. Este utilizat pe scară largă pentru a genera electricitate și este, de asemenea, un combustibil și o materie primă importantă pentru industriile siderurgice și ale fierului.
Antracitul
Bunicul cărbunilor nu este ușor de găsit. Antracitul este cel mai închis la culoare, cel mai dur și de obicei cel mai vechi tip, cu un conținut de carbon de 86 până la 97 de procente. Este atât de rar în Statele Unite încât reprezintă mai puțin de jumătate de procent din producția totală de cărbune a Statelor Unite și doar 1,5 procente din rezervele demonstrate. Toate minele de antracit din țară se află în Regiunea Cărbunelui din nord-estul Pennsylvaniei.
Statele Unite dețin cele mai mari rezerve totale de cărbune cunoscute din lume, un total de aproape 264 de miliarde de tone metrice. Pe măsură ce minerii exhumează aceste mlaștini tropicale antice și centralele electrice eliberează vaporii în aer, se dezvoltă o agitație națională și globală cu privire la viitorul cărbunelui. Indiferent de ce se întâmplă cu reglementările energetice viitoare, neregenerabilitatea cărbunelui va alimenta în cele din urmă căutarea alternativelor, dacă nimic altceva nu o face – la utilizarea actuală, chiar și rezervele Statelor Unite sunt așteptate să dureze doar încă 225 de ani.
Fotografii oferite de NASA, DOE, USGS
