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.

Ma il carbone ha anche un lato oscuro: il suo alto contenuto di carbonio significa che emette più anidride carbonica rispetto ad altri combustibili fossili, dandogli un'impronta di carbonio sproporzionatamente grande. Aggiungi i costi ecologici della rimozione delle cime delle montagne, dello stoccaggio delle ceneri volanti e del trasporto di carbone, e il grumo nero perde ancora di più la sua lucentezza.

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."

Mentre a quel tempo un supercontinente chiamato Gondwanaland si impadroniva di gran parte della terra della Terra vicino al Polo Sud, alcuni vagabondi si aggiravano attorno all'equatore, in particolare Nord America, Cina ed Europa (vedi illustrazione a destra). Il clima caldo "sempre bagnato" ha contribuito a creare enormi paludi di torba in queste masse terrestri, che non sono casualmente alcuni dei principali produttori di carbone di oggi. In quelli che oggi sono gli Stati Uniti, le paludi di torba carbonifera coprivano gran parte della costa orientale e del Midwest, fornendo foraggio per le odierne operazioni di estrazione del carbone degli Appalachi e del Midwest.

La formazione del carbone inizia quando molte piante muoiono in paludi fitte e stagnanti come quelle carbonifere. I batteri sciamano per mangiare tutto, consumando ossigeno nel processo - a volte un po 'troppo per il loro bene. A seconda della quantità e della frequenza del banchetto batterico, le acque superficiali della palude possono impoverire l'ossigeno, spazzando via gli stessi batteri aerobici che l'hanno consumata. Con la scomparsa di questi microbi decompositori, la materia vegetale smette di decadere quando muore, accumulandosi invece in cumuli molli noti come torba.

"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".

In effetti, l'Occidente è ora la principale regione produttrice di carbone in America, sfornando un flusso costante di carboni meno maturi delle epoche mesozoica e cenozoica. Le miniere di carbone più prolifiche del paese si trovano nel bacino del fiume Powder, un bacino sotterraneo che si trova a cavallo del confine di stato del Montana-Wyoming. A differenza dei carboni carboniferi, dice Ruppert, i depositi più giovani in Occidente si sono formati principalmente all'interno di grandi bacini che si sono sollevati da mari poco profondi e sono gradualmente tornati sottoterra.

"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.

Gli Stati Uniti hanno le maggiori riserve di carbone conosciute al mondo, per un totale di quasi 264 miliardi di tonnellate. Mentre i minatori riesumano queste antiche paludi tropicali e le centrali elettriche rilasciano i loro vapori nell'aria, un clamore nazionale e globale si sta sviluppando sul futuro del carbone. Indipendentemente da ciò che accadrà con le future normative sull'energia, la non rinnovabilità del carbone alla fine alimenterà la ricerca di alternative se non altro, al momento attuale, anche le riserve statunitensi dovrebbero durare altri 225 anni.

Foto per gentile concessione della NASA, DOE, USGS

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