Da dove viene il carbone?
Nelle paludi tropicali dell'antico Kentucky, nessuno era in giro per sapere se gli alberi che cadevano emettevano un suono. Circa 300 milioni di anni dopo, tuttavia, il rumore è inevitabile: quegli alberi sono ora carbone, un combustibile fossile che ha aiutato a lungo gli umani a generare elettricità, ma i cui demoni interni evocano anche i cambiamenti climatici.
Il carbone fornisce ancora una grande quantità di elettricità degli Stati Uniti, e poiché più di un quarto delle riserve globali si trova sotto il suolo americano, è una fonte di energia comprensibilmente allettante. La roccia organica è così potente e abbondante, infatti, che le risorse di carbone degli Stati Uniti hanno un contenuto energetico totale più elevato rispetto a tutto il petrolio recuperabile noto al mondo.

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e l'industria dell'energia elettrica hanno investito molto nel corso degli anni per ripulire il carbone, dal suo biossido di zolfo e ossidi di azoto ai suoi particolati e mercurio, con un certo successo. Le sue emissioni di gas serra, tuttavia, hanno finora sfidato gli sforzi di contenimento efficaci in termini di costi.
Con il carbone che ora genera quasi tutti i titoli dei megawatt, non ci sono molte possibilità di fermarsi a considerare da dove provenga tutta questa energia sotterranea. Ma per comprendere appieno i fantasmi a base di carbonio che tormentano la nostra atmosfera, aiuta a dare un'occhiata ai fossili dietro il carburante.
Come si forma il carbone?
La ricetta di base per qualsiasi buon combustibile fossile è semplice: mescolare la torba con acqua acida, ipossica, coprire con sedimenti e cuocere in alto per almeno 100 milioni di anni. Quando queste condizioni si sono verificate sulla terra in massa durante il periodo carbonifero - specialmente nelle vaste paludi di torba tropicale che hanno dato il nome al periodo - hanno avviato il lungo e lento processo di coalificazione.
"La maggior parte dei carboni si è formata vicino all'equatore durante il Carbonifero", afferma la geologa Leslie Ruppert, specializzata in chimica del carbone per il Geological Survey degli Stati Uniti. "Le masse terrestri che hanno questi carboni spessi erano vicine all'equatore e le condizioni erano quelle che chiamiamo" sempre bagnate ", che significa tonnellate e tonnellate di pioggia."


"La torba è stata sepolta abbastanza rapidamente e sepolta in un ambiente anaerobico, cosa che accade casualmente qua e là", afferma il geologo della ricerca USGS Paul Hackley. "Un ambiente anaerobico ha impedito il degrado batterico. Mentre la palude di torba continua a crescere, potresti avere centinaia di piedi di torba."
La stessa torba è stata a lungo utilizzata come fonte di combustibile in alcune parti del mondo, ma è ancora molto lontana dal carbone. Affinché tale trasformazione avvenga, i sedimenti devono eventualmente coprire la torba, spiega Hackley, comprimendola nella crosta terrestre. Quella sedimentazione può avvenire in vari modi e ha spazzato via molte paludi di torba quando il Periodo Carbonifero si è concluso circa 300 milioni di anni fa. Mentre i continenti si spostavano e i climi si spostavano, la torba veniva spinta ancora più in profondità, con la roccia che la schiacciava dall'alto e il calore geotermico che la arrostiva dal basso. Nel corso di milioni di anni, questo geologico Crock-Pot cotta depositi di torba a pressione per creare letti di carbone.
Mentre le miniere montuose degli Appalachi attingono ad alcuni dei letti di carbone più antichi, più grandi e più iconici del paese, il carbone americano non si è formato tutti in una volta, sottolinea Ruppert. Il periodo carbonifero, che ha preceduto i dinosauri, è stato il periodo di massimo splendore delle torbiere, ma la nuova coalizzazione è continuata molto tempo dopo e nell'età dei dinosauri.
"Negli Stati Uniti, molti depositi di carbone non sono carboniferi", afferma Ruppert. "Abbiamo carboni carboniferi più vecchi in Oriente - gli Appalachi, il Bacino dell'Illinois - mentre in Occidente i carboni sono molto più giovani".

"Il Nord America non era più all'equatore [quando si formarono i carboni occidentali], ma aveva anche bacini in rapido declino che erano tettonicamente attivi", dice. "Si formarono profondi bacini sedimentari e alla fine la vegetazione fu trasformata in torba perché i bacini erano così profondi e continuarono a placarsi per lungo tempo. Le piogge erano giuste, il clima era giusto e poi tutto fu sepolto."
Quali sono i tipi di carbone?
La coalizzazione è un processo in corso, con molti carboni che attualmente scaviamo e bruciamo ancora considerati "immaturi" dagli standard geologici. I quattro tipi principali sono elencati di seguito, in ordine di maturità:
• Lignite: questo fossile morbido, friabile e di colore chiaro è il prodotto di torba meno maturo da considerare carbone. Alcune delle più giovani ligniti contengono ancora frammenti visibili di corteccia e altre sostanze vegetali, anche se la geologa USGS Susan Tewalt afferma che è raro negli Stati Uniti. "Ci sono alcune ligniti in cui è ancora possibile vedere strutture legnose, ma la maggior parte della nostra lignite è un po 'più alta di quella", dice. Per cominciare, la lignite è un carbone di bassa qualità, contenente solo circa il 30 percento di carbonio poiché non ha sperimentato l'intenso calore e la pressione che hanno forgiato tipi più forti. Si trova in gran parte della pianura costiera del Golfo e delle Grandi Pianure settentrionali, ma ci sono solo 20 miniere di lignite statunitensi, la maggior parte in Texas e nel Dakota del Nord, poiché spesso non è economico scavare. La lignite costituisce circa il 9 percento delle riserve di carbone statunitensi dimostrate e il 7 percento della produzione complessiva, la maggior parte delle quali viene bruciata nelle centrali elettriche per generare elettricità.
• Sub-bituminoso: leggermente più duro e più scuro della lignite, il carbone sub-bituminoso è anche più potente (fino al 45% di contenuto di carbonio) e più vecchio, di solito risalente ad almeno 100 milioni di anni. Circa il 37 percento delle riserve di carbone dimostrate dagli Stati Uniti sono sub-bituminose, tutte situate a ovest del fiume Mississippi. Il Wyoming è il principale produttore del paese, ma i depositi sub-bituminosi sono sparsi nelle Grandi Pianure e nelle Montagne Rocciose orientali. Il bacino del fiume Powder, la più grande fonte singola di carbone statunitense, è un deposito sub-bituminoso.
• Bituminoso: come il tipo più abbondante di carbone trovato negli Stati Uniti, i bitumi rappresentano oltre la metà delle riserve dimostrate del paese. Costituito da temperature e pressioni estreme, può avere 300 milioni di anni e contenere un quantitativo di carbonio compreso tra il 45 e l'86 percento, che gli conferisce fino a tre volte il valore di riscaldamento della lignite. West Virginia, Kentucky e Pennsylvania sono i principali produttori di carbone bituminoso americano, che è principalmente concentrato ad est del Mississippi. È ampiamente utilizzato per generare elettricità ed è anche un importante combustibile e materia prima per l'industria siderurgica e del ferro.
• Antracite: il nonno dei carboni non è facile da trovare. L'antracite è il tipo più scuro, più duro e solitamente più vecchio, con un contenuto di carbonio dall'86 al 97 percento. È così raro negli Stati Uniti che rappresenta meno del mezzo percento della produzione complessiva di carbone negli Stati Uniti e solo l'1, 5 percento delle riserve dimostrate. Tutte le miniere antracite del paese si trovano nella regione del carbone della Pennsylvania nord-orientale.

Foto per gentile concessione della NASA, DOE, USGS