كرة الفحم

كرة الفحم نوع من التكوينات الصخرية ، تتفاوت في شكلها من كرة غير منتظمة إلى لوح مسطح غير منتظم. تشكلت كرات الفحم في مستنقعات وأهوار العصر الكربوني ، عندما مُنع الخث من التحول إلى فحم بسبب الكمية الكبيرة من الكالسيت المحيطة به؛ مما أدى إلى تحوله إلى حجر . ولذلك، على الرغم من أنها ليست مصنوعة من الفحم فعليًا ، فإن كرة الفحم تستمد اسمها من أصولها المشابهة وشكلها المشابه للفحم الحقيقي.

غالباً ما تحتفظ كرات الفحم بسجلٍّ مذهلٍ لبنية الأنسجة المجهرية لنباتات المستنقعات والأهوار في العصر الكربوني، والتي كانت ستُدمَّر تماماً لولاها. ويجعل حفظها الفريد لنباتات العصر الكربوني منها ذات قيمةٍ كبيرةٍ للعلماء، الذين يقومون بتقطيعها وتقشيرها لدراسة الماضي الجيولوجي.

في عام 1855، قدّم العالمان الإنجليزيان جوزيف دالتون هوكر وإدوارد ويليام بيني أول وصف علمي لكرات الفحم في إنجلترا، وأُجريت الأبحاث الأولية حولها في أوروبا. وفي عام 1922 ، اكتُشفت كرات الفحم في أمريكا الشمالية ووُصفت. ومنذ ذلك الحين، عُثر على كرات الفحم في بلدان أخرى، مما أدى إلى اكتشاف مئات الأنواع والأجناس .

يمكن العثور على كرات الفحم في طبقات الفحم في جميع أنحاء أمريكا الشمالية وأوراسيا . وتنتشر كرات الفحم في أمريكا الشمالية على نطاق أوسع، من الناحيتين الطبقية والجيولوجية، مقارنةً بتلك الموجودة في أوروبا. ويعود تاريخ أقدم كرات الفحم المعروفة إلى مرحلة ناموريان من العصر الكربوني؛ وقد عُثر عليها في ألمانيا وعلى أراضي تشيكوسلوفاكيا السابقة.

أُجري أول وصف علمي لكرات الفحم عام 1855 على يد السير جوزيف دالتون هوكر وإدوارد ويليام بيني ، اللذين أبلغوا عن أمثلة في طبقات الفحم في يوركشاير ولانكشاير بإنجلترا . وقد قام علماء أوروبيون بمعظم الأبحاث المبكرة. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

عُثر على كرات الفحم في أمريكا الشمالية لأول مرة في طبقات الفحم في ولاية أيوا عام 1894، ^{[ 3 ] [ 4 ]} على الرغم من أن الربط بينها وبين كرات الفحم الأوروبية لم يُكتشف إلا بعد أن أجرى أدولف كارل نويه (الذي عثر جيلبرت كادي على كرة الفحم الخاصة به ^{[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]} ) مقارنة بينهما عام 1922. ^{[ 2 ]} وقد جدد عمل نويه الاهتمام بكرات الفحم، وبحلول ثلاثينيات القرن العشرين، اجتذب علماء النباتات القديمة من أوروبا إلى حوض إلينوي بحثًا عنها. ^{[ 7 ]}

هناك نظريتان  – نظرية التكوين الذاتي ( في الموقع ) ونظرية التكوين الخارجي (الانجراف)  – تحاولان تفسير تكوين كرات الفحم، على الرغم من أن الموضوع لا يزال في معظمه مجرد تكهنات. ^{[ 8 ]}

يعتقد مؤيدو نظرية التكوين الموضعي أن المواد العضوية تراكمت بالقرب من مستنقع الخث في موقعها الحالي ، وبعد دفنها بفترة وجيزة، خضعت لعملية التمعدن  - حيث تسربت المعادن إلى داخل المادة العضوية وشكلت قالبًا داخليًا. ^{[ 9 ] [ 10 ]} دُفنت المياه ذات المحتوى المعدني العالي مع المواد النباتية في مستنقع الخث. ومع تبلور الأيونات الذائبة، ترسبت المواد المعدنية. تسبب ذلك في تكوين كتل صخرية مستديرة تحتوي على مواد نباتية، وحفظها على شكل كتل صخرية مستديرة. وهكذا ^، مُنعت عملية التحول إلى فحم ، وحُفظ الخث ليصبح في النهاية كرة فحم. ^{[ 11 ]} توجد غالبية كرات الفحم في طبقات الفحم البيتوميني والأنثراسيت ، ^[ 12 ^] في مواقع لم يتعرض فيها الخث لضغط كافٍ لتحويله إلى فحم. ^{[ 11 ]}

حللت ماري ستوبس وديفيد واتسون عينات من كرات الفحم، وخلصا إلى أن هذه الكرات تتشكل في مكانها الأصلي . وقد أكدا على أهمية التفاعل مع مياه البحر، معتقدين أنه ضروري لتكوينها. ^{[ 13 ]} يعتقد بعض مؤيدي نظرية التكوّن في الموقع أن اكتشاف ستوبس وواتسون لساق نباتية تمتد عبر عدة كرات فحم يُثبت تكوّنها في الموقع ، مشيرين إلى أن نظرية الانجراف لا تُفسر ملاحظاتهما. كما يستشهدون بقطع هشة من مواد عضوية بارزة من بعض كرات الفحم، مؤكدين أنه لو كانت نظرية الانجراف صحيحة، لكانت هذه البروزات قد تلاشت. ^{[ 14 ]} كما أن بعض كرات الفحم الكبيرة ضخمة لدرجة يستحيل معها نقلها من الأساس. ^{[ 15 ]}

تفترض نظرية الانجراف أن المادة العضوية لم تتشكل في موقعها الحالي أو بالقرب منه. بل تفترض أن المادة التي ستتحول إلى كرة فحم قد نُقلت من موقع آخر عن طريق فيضان أو عاصفة. ^{[ 16 ]} اعتقد بعض مؤيدي نظرية الانجراف، مثل سيرجيوس ماماي وإيليس يوشيلسون ، أن وجود حيوانات بحرية في كرات الفحم يُثبت أن المادة نُقلت من بيئة بحرية إلى بيئة غير بحرية. ^{[ 17 ]} أما إدوارد سي. جيفري، الذي ذكر أن نظرية التكوين في الموقع "تفتقر إلى أدلة قوية"، فقد اعتقد أن تشكل كرات الفحم من مواد منقولة كان مرجحًا لأن كرات الفحم غالبًا ما تحتوي على مواد تشكلت بفعل النقل والترسيب في المياه المفتوحة. ^{[ 18 ]}

محتويات

كرات الفحم ليست مصنوعة من الفحم؛ ^{[ 19 ] [ 20 ]} فهي غير قابلة للاشتعال وغير صالحة للوقود. كرات الفحم عبارة عن أشكال حية غنية بالكالسيوم، ^{[ 21 ]} تحتوي في الغالب على كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم ، والبيريت ، والكوارتز . [ ^{22 ] [ 23 ] كما} تظهر معادن أخرى، بما في ذلك الجبس ، والإيليت ، والكاولينيت ، والليبيدوكروكيت، في كرات الفحم، وإن كانت بكميات أقل. ^{[ 24 ]} على الرغم من أن كرات الفحم عادة ما تكون بحجم قبضة يد الرجل، ^{[ 25 ]} إلا أن أحجامها تختلف اختلافًا كبيرًا، حيث تتراوح من حجم الجوزة إلى 3 أقدام ( متر واحد) في القطر. ^{[ 26 ]} وقد عُثر على كرات فحم أصغر من كشتبان . ^{[ 20 ]} 

تحتوي كرات الفحم عادةً على الدولوميت والأراغونيت وكتل من المواد العضوية في مراحل تحلل مختلفة . ^{[ 11 ]} قام هوكر وبيني بتحليل كرة فحم ووجدا "غيابًا للخشب الصنوبري ... وسعف السرخس" ، ولاحظا أن المواد النباتية المكتشفة "بدت وكأنها مرتبة تمامًا كما سقطت من النباتات التي أنتجتها". ^{[ 27 ]} عادةً لا تحتفظ كرات الفحم بأوراق النباتات. ^{[ 28 ]} 

في عام 1962، قام سيرجيوس ماماي وإيليس يوشيلسون بتحليل كرات الفحم في أمريكا الشمالية. ^{[ 29 ]} أدى اكتشافهما للكائنات البحرية إلى تصنيف كرات الفحم إلى ثلاثة أنواع: عادية (تُعرف أحيانًا بالكرات النباتية)، تحتوي على مواد نباتية فقط؛ وحيوانية، تحتوي على أحافير حيوانية فقط؛ ومختلطة، تحتوي على مواد نباتية وحيوانية. ^{[ 30 ]} تُقسم كرات الفحم المختلطة بدورها إلى غير متجانسة، حيث تكون المواد النباتية والحيوانية منفصلة بوضوح؛ ومتجانسة، تفتقر إلى هذا الفصل. ^{[ 31 ]}

تتفاوت جودة حفظ كرات الفحم من انعدام الحفظ إلى درجة تسمح بتحليل التراكيب الخلوية. ^{[ 10 ]} تحتوي بعض كرات الفحم على شعيرات جذرية محفوظة، ^{[ 32 ]} وحبوب لقاح، ^{[ 33 ]} وأبواغ، ^{[ 33 ]} وتوصف بأنها "محفوظة بشكل مثالي تقريبًا"، ^{[ 34 ]} إذ لا تحتوي على "ما كان عليه النبات"، بل على النبات نفسه. ^{[ 35 ]} بينما وُجد أن كرات أخرى "عديمة القيمة من الناحية النباتية"، ^{[ 36 ]} حيث تدهورت المادة العضوية قبل أن تتحول إلى كرة فحم. ^{[ 37 ]} تُعد كرات الفحم ذات المحتويات المحفوظة جيدًا مفيدة لعلماء النباتات القديمة. ^{[ 38 ]} وقد استُخدمت لتحليل التوزيع الجغرافي للنباتات: على سبيل المثال، تقديم دليل على أن نباتات أوكرانيا وأوكلاهوما في الحزام الاستوائي كانت في الأصل واحدة. ^{[ 39 ]} كما أدت الأبحاث التي أجريت على كرات الفحم إلى اكتشاف أكثر من 130 جنسًا و350 نوعًا . ^{[ 1 ]}

ثلاثة عوامل رئيسية تحدد جودة المواد المحفوظة في كرات الفحم: المكونات المعدنية، وسرعة عملية الدفن، ودرجة الضغط قبل التمعدن. ^{[ 40 ]} عمومًا، تكون كرات الفحم الناتجة عن بقايا دُفنت بسرعة مع قليل من التحلل والضغط محفوظة بشكل أفضل، على الرغم من أن البقايا النباتية في معظم كرات الفحم تُظهر دائمًا علامات مختلفة للتحلل والانهيار. ^{[ 11 ]} تتميز كرات الفحم التي تحتوي على كميات من كبريتيد الحديد بحفظ أقل بكثير من كرات الفحم المتمعدنة بكربونات المغنيسيوم أو الكالسيوم، ^{[ 11 ] [ 41 ] [ 42 ]} مما أكسب كبريتيد الحديد لقب "اللعنة الرئيسية لصائدي كرات الفحم". ^{[ 32 ]}

عُثر على كرات الفحم لأول مرة في إنجلترا، ^{[ 43 ]} ثم لاحقًا في مناطق أخرى من العالم، بما في ذلك أستراليا، ^{[ 16 ] [ 44 ]} وبلجيكا وهولندا وتشيكوسلوفاكيا السابقة وألمانيا وأوكرانيا، ^{[ 45 ]} والصين، ^{[ 46 ]} وإسبانيا. ^{[ 47 ]} كما وُجدت أيضًا في أمريكا الشمالية، حيث تنتشر جغرافيًا على نطاق واسع مقارنةً بأوروبا؛ ^{[ 1 ]} ففي الولايات المتحدة، عُثر على كرات الفحم من كانساس إلى حوض إلينوي وصولًا إلى منطقة الأبلاش . ^{[ 33 ] [ 48 ]}

عُثر على أقدم كرات الفحم في ألمانيا وتشيكوسلوفاكيا السابقة، ويعود تاريخها إلى بداية العصر الناموري (منذ 326 إلى 313 مليون سنة)، ^{[ 1 ]} إلا أن أعمارها تتراوح عمومًا بين العصر البرمي (منذ 299 إلى 251 مليون سنة) والعصر الكربوني العلوي . ^{[ 49 ]} وتختلف أعمار بعض كرات الفحم من الولايات المتحدة، حيث تتراوح من نهاية العصر الويستفالي (منذ حوالي 313 إلى 304 مليون سنة) إلى نهاية العصر الستيفاني (منذ حوالي 304 إلى 299 مليون سنة). أما كرات الفحم الأوروبية، فتعود عمومًا إلى بداية العصر الويستفالي. ^{[ 1 ]}

في طبقات الفحم، تُحاط كرات الفحم بالفحم تمامًا. ^{[ 50 ]} غالبًا ما توجد متناثرة عشوائيًا في جميع أنحاء الطبقة في مجموعات معزولة، ^{[ 38 ]} وعادةً ما تكون في النصف العلوي من الطبقة. يمكن أن يكون وجودها في طبقات الفحم متقطعًا للغاية أو منتظمًا؛ فقد وُجد أن العديد من طبقات الفحم لا تحتوي على كرات فحم، ^{[ 19 ] [ 42 ]} بينما وُجد أن طبقات أخرى تحتوي على الكثير من كرات الفحم لدرجة أن عمال المناجم يتجنبون المنطقة تمامًا. ^{[ 48 ]}

كان التقطيع الرقيق إجراءً مبكرًا يُستخدم لتحليل المواد المتحجرة الموجودة في كرات الفحم. ^{[ 51 ]} تتطلب هذه العملية قطع كرة الفحم بمنشار ماسي ، ثم تسوية وتلميع الشريحة الرقيقة بمادة كاشطة. ^{[ 52 ]} تُلصق الشريحة على شريحة زجاجية وتُوضع تحت مجهر بتروغرافي للفحص. ^{[ 53 ]} على الرغم من إمكانية إجراء هذه العملية باستخدام آلة، إلا أن الوقت الطويل اللازم وضعف جودة العينات الناتجة عن التقطيع الرقيق أديا إلى ظهور طريقة أكثر ملاءمة. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

استُبدلت تقنية الشرائح الرقيقة بتقنية التقشير السائل الشائعة حاليًا في عام 1928. ^{[ 8 ] [ 51 ] [ 54 ]} في هذه التقنية، ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]} تُحضّر الشرائح عن طريق قطع سطح كرة الفحم بمنشار ماسي، ثم صقل السطح المقطوع على لوح زجاجي باستخدام كربيد السيليكون للحصول على سطح أملس، ثم حفر القطع والسطح بحمض الهيدروكلوريك . ^{[ 55 ]} يُذيب الحمض المادة المعدنية من كرة الفحم، تاركًا طبقة بارزة من الخلايا النباتية. بعد إضافة الأسيتون ، تُوضع قطعة من أسيتات السليلوز على كرة الفحم. يؤدي ذلك إلى غمر الخلايا المحفوظة في كرة الفحم داخل أسيتات السليلوز. عند التجفيف، يُمكن إزالة أسيتات السليلوز من كرة الفحم بشفرة حلاقة، ثم تُصبغ الشريحة الناتجة بصبغة منخفضة الحموضة وتُفحص تحت المجهر .  يمكن استخلاص ما يصل إلى 50 قشرة من 2 مليمتر (0.079 بوصة) من كرة الفحم بهذه الطريقة. ^{[ 55 ]} 

مع ذلك، تتلف قشور الفحم بمرور الوقت إذا احتوت على أي كبريتيد حديد ( البيريت أو الماركاسيت ). عالجت شيا شيتالي هذه المشكلة بتعديل تقنية التقشير السائل لفصل المواد العضوية المحفوظة داخل كرة الفحم عن المعادن غير العضوية، بما في ذلك كبريتيد الحديد. يسمح هذا للقشرة بالاحتفاظ بجودتها لفترة أطول. ^{[ 59 ]} تبدأ تعديلات شيتالي بعد صقل سطح كرة الفحم حتى يصبح ناعمًا. تتضمن عمليتها أساسًا تسخين كرة الفحم ثم وضع محاليل البارافين في الزيلين عليها عدة مرات. تحتوي كل طبقة لاحقة على تركيز أعلى من البارافين في الزيلين للسماح للشمع بالتغلغل في كرة الفحم بالكامل. يُضاف حمض النيتريك ، ثم الأسيتون ، إلى كرة الفحم. ^{[ 60 ]} بعد ذلك، تعود العملية إلى تقنية التقشير السائل.

استُخدم حيود مسحوق الأشعة السينية أيضًا لتحليل كرات الفحم. ^{[ 61 ]} تُمرر أشعة سينية ذات طول موجي محدد مسبقًا عبر عينة لفحص بنيتها. يكشف هذا عن معلومات حول البنية البلورية والتركيب الكيميائي والخواص الفيزيائية للمادة المدروسة. تُلاحظ شدة الأشعة السينية المتشتتة وتُحلل، وتشمل القياسات زاوية السقوط وزاوية التشتت والاستقطاب والطول الموجي أو الطاقة. ^{[ 62 ]}

• خشب متحجر

• أندروز، هنري ن. (فبراير 1942). "مساهمات في معرفتنا بنباتات العصر الكربوني الأمريكي" . حوليات حديقة ميسوري النباتية . 29 (1): 1-12 ، 14، 16، 18. doi : 10.2307/2394237 . JSTOR 2394237 . 
• أندروز، هنري ن. (1980). صائدو الأحافير: بحثًا عن النباتات القديمة . مطبعة جامعة كورنيل . ISBN 978-0-8014-1248-6. OCLC 251684423 . 
• باروود، هنري ل (1995). "علم المعادن وأصل كرات الفحم". الجمعية الجيولوجية الأمريكية، القسم الشمالي الأوسط والجنوبي الأوسط : 37.
• بيرد، جيمس ت.، محرر. (1922). "تكوين طبقات الفحم". عصر الفحم. 21. ماكجرو هيل: 699-701 .{{cite journal}}: Cite journal requires |journal=( help ) This article includes text from this source, it is in the public domain .
• كلارك، جيمس ألبرت، محرر. (1875). وادي وايومنغ، أعالي نهر سسكويهانا، ومنطقة لاكاوانا للفحم: بما في ذلك مناظر طبيعية لشمال بنسلفانيا: من فترة سكن الهنود الحمر حتى عام 1875. ص 236. متوفر على كتب جوجل .  تتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
• كونانت، بلاندينا (1873). ريبلي، جورج؛ دانا، تشارلز أ. (محرران). الموسوعة الأمريكية: قاموس شعبي للمعرفة العامة . المجلد  4. أبليتون. الموسوعة الأمريكية: قاموس شعبي للمعرفة العامة، المجلد 4 على كتب جوجل .تتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
• ديميشيل، ويليام أ.؛ فيليبس، توم ل. (1988). "علم البيئة القديمة لمستنقع هيرين للفحم (إلينوي) من العصر البنسلفاني الأوسط بالقرب من نظام نهري معاصر، قناة والشفيل القديمة". مراجعة علم النبات القديم وعلم حبوب اللقاح . 56 ( 1-2 ): 151-176 . Bibcode : 1988RPaPa..56..151D . doi : 10.1016/0034-6667(88)90080-2 . hdl : 10088/7152 .
• هولمز، ج؛ سكوت، أندرو س. (1981). "ملاحظة حول وجود بقايا حيوانات بحرية في كرة فحم من لانكشاير (ويستفاليان أ)" . المجلة الجيولوجية . 118 (3): 307-308 . Bibcode : 1981GeoM..118..307H . doi : 10.1017/S0016756800035809 .
• جيفري، إدوارد سي. (1915). "طريقة نشأة الفحم" . مجلة الجيولوجيا . 23 (3): 218-230 . رمز Bibcode : 1915JG.....23..218J . doi : 10.1086/622227 . مجلة الجيولوجيا، المجلد 23، متوفرة على كتب جوجل .تتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
• مارتن، روبرت إي. (1999). علم الحفريات: منهج العملية (  طبعة مصورة). مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0-521-59833-0.
• "الأحافير  - نافذة على الماضي (التمعدن)" . مؤرشف من الأصل في 31 مايو 2013. تم الاطلاع عليه في 8 يوليو 2011 .