طبقة الفحم في بيتسبرغ

يُعدّ عرق فحم بيتسبرغ أسمك وأوسع طبقة فحم في حوض الأبلاش؛ ^{[ 1 ]} ولذلك، فهو أهم طبقة فحم من الناحية الاقتصادية في شرق الولايات المتحدة . تمتد طبقة فحم بيتسبرغ العليا من العصر البنسلفاني، التابعة لمجموعة مونونجاهيلا، على مساحة شاسعة ومتصلة، تزيد عن 11,000  ميل ^مربع عبر 53 مقاطعة. وتمتد من مقاطعة أليغاني في ولاية ماريلاند إلى مقاطعة بيلمونت في ولاية أوهايو، ومن مقاطعة أليغيني في ولاية بنسلفانيا جنوب غربًا إلى مقاطعة بوتنام في ولاية فرجينيا الغربية . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

سُمّي هذا المَنجم الفحمي نسبةً إلى نتوءه الصخريّ البارز على الواجهة الشمالية الشاهقة لجبل واشنطن في بيتسبرغ، بنسلفانيا ، ^{[ 4 ]} ويُعتقد أنه يُشكّل قاعدة طبقات الفحم العلوية لهضبة أليغيني ، ^{[ 5 ]} والمعروفة الآن باسم مجموعة مونونغاهيلا. ^{[ 6 ]} أول إشارة إلى طبقة فحم بيتسبرغ، التي سمّاها إتش دي رودجرز من هيئة المسح الجيولوجي الأولى في بنسلفانيا، ^{[ 7 ]} كانت على خريطة تعود لعام 1751. ^{[ 8 ]}

يُعرف الجزء من طبقة بيتسبرغ تحت وادي جورج كريك في غرب ماريلاند باسم "العرق الكبير" ^{[ 9 ].} وهو معزول عن بقية طبقة بيتسبرغ بواسطة جبل سافاج (جزء من طية دير بارك المحدبة)، وطية نيغرو ماونتن المحدبة، وطية لوريل هيل المحدبة، وطية تشيستنت ريدج المحدبة. وبين هذه الطيات المحدبة، كادت طبقات الفحم الحاملة لفحم بيتسبرغ أن تُطمس بفعل التعرية. والاستثناء الوحيد هو بقايا صغيرة في مقاطعة سومرست، بنسلفانيا ، في طية برلين المقعرة بين جبل نيغرو وجبل سافاج . ^{[ 10 ]}

يُعدّ فحم بيتسبرغ أحد طبقات الفحم القابلة للاستخراج العديدة التي ترسبت خلال العصر البنسلفاني (أواخر العصر الكربوني ) والعصر البرمي (منذ 330 إلى 265 مليون سنة) في حوض أمامي منخفض امتلأ برواسب تآكلت من كتلة أرضية قديمة تقع شرقًا. ^{[ 11 ]} ترسبت مجموعة مونونجاهيلا وغيرها من رواسب العصر البنسلفاني في شمال ووسط حوض الأبلاش (الشكل 1) على سهل ساحلي متراكم ومتقدم داخل حوض أمامي مجاور لحزام الطي والدفع الأليغيني. ^{[ 12 ]}

تشكلت طبقة الفحم في بيتسبرغ خلال فترة توقف في الترسيب الفتاتي النشط، مما أتاح تكوّن مستنقع خث ضخم. وكان من المقدر أن يصبح هذا الرواسب الخثية السميكة للغاية أحد أهم موارد الطاقة في العالم. وقد يكون توزيع بعض الرواسب، ولا سيما رمال القناة، خاضعًا جزئيًا لتأثير صدوع عميقة في قاعدة الصخور تعود إلى العصر الكامبري المبكر، والتي أعيد تنشيطها خلال حقبة تكوين جبال الأليغيني (روت وهوسكينز، 1977؛ روت، 1995).

تستقر أجزاء كبيرة من طبقة الطين الواقعة أسفل طبقة فحم بيتسبرغ مباشرةً على سطح عدم توافق ، أي سطح متآكل قديم. ^{[ 13 ]} ولهذا السبب، تُعتبر طبقة بيتسبرغ العضو القاعدي لمجموعة مونونجاهيلا. أما سطح التآكل السفلي فيُعتبر قمة مجموعة كونيمو، المعروفة سابقًا باسم طبقات بارين السفلى، نظرًا لاحتواء هذا التكوين على عدد قليل من طبقات الفحم.

تتكون طبقة مونونجاهيلا بشكل رئيسي من الحجر الرملي والحجر الجيري والدولوميت والفحم، ^{[ 14 ]} وتتألف من سلسلة تصل إلى عشر دورات رسوبية . خلال كل دورة رسوبية، غمرت المياه الأرض، مما سمح بتراكم رواسب بحرية مثل الصخر الزيتي والحجر الجيري والحجر الرملي . وعندما انخفض مستوى سطح البحر، تشكل الفحم من بقايا الأراضي المستنقعية. بعض طبقات الفحم في مجموعة مونونجاهيلا غير منتظمة، وأحيانًا لا تتجاوز كونها خطًا أسود في الصخر، بينما تتمتع طبقات أخرى بأهمية تجارية. ^{[ 15 ]}

يمتد عرق الفحم في بيتسبرغ أفقياً على نطاق واسع. ويتواجد عادةً في جنوب غرب ولاية بنسلفانيا على شكل طبقتين، وقد يتجاوز سمك الطبقة السفلية ستة أقدام. ^{[ 16 ]} أما طبقة فحم بيتسبرغ العلوية، التي تعلو الطبقة السفلية، فيتراوح سمكها بين صفر وثلاثة أقدام.

في عام ١٧٦٠، زار الكابتن توماس هاتشينز حصن بيت وأفاد بوجود منجم على تل الفحم، وهو الاسم الأصلي لجبل واشنطن الواقع على الضفة المقابلة لنهر مونونجاهيلا من الحصن. كان الفحم يُستخرج من مداخل مناجم أفقية في طبقة فحم بيتسبرغ، عند نتوء صخري على طول سفح التل على ارتفاع حوالي ٢٠٠ قدم فوق النهر. كان الفحم يُصب في خنادق محفورة في سفح التل، ثم يُدحرج إلى حافة النهر، ويُنقل بواسطة الزوارق والقوارب إلى الحامية العسكرية. في حوالي عام ١٧٦٥، اندلع حريق في هذا المنجم، واستمر مشتعلاً لسنوات، مما أدى إلى انهيار جزء من واجهة التل. تم شراء حقوق التعدين رسميًا من رؤساء الأمم الست في عام ١٧٦٨، ومنذ ذلك الحين، ساهم الفحم في النمو الهائل للصناعة في منطقة بيتسبرغ.

بحلول عام ١٧٩٦، امتدت مناجم الفحم على طول سفح جبل واشنطن لمسافة ٣٠٠ قامة (١٨٠٠  قدم)، متمركزةً عبر نهر مونونجاهيلا من شارع وود. ٤٠°٢٥′٥٥.٧٤″ شمالاً ٨٠°٠′٢٤.٠٨″ غرباً / ٤٠.٤٣٢١٥٠٠° شمالاً ٨٠.٠٠٦٦٨٨٩° غرباً / ٤٠.٤٣٢١٥٠٠؛ -٨٠.٠٠٦٦٨٨٩ ^{[ ١٧ ]} وبحلول عام ١٨١٤، كان هناك ما لا يقل عن ٤٠ منجم فحم في منطقة بيتسبرغ، تُستخرج من خلال أنفاق في واجهة طبقة الفحم باستخدام أساليب الغرف والأعمدة . ^{[ ١٨ ] [ ١٩ ]} وبحلول عام ١٨٣٠، كانت مدينة بيتسبرغ تستهلك أكثر من ٤٠٠ طن يومياً من الفحم الحجري للاستخدام المنزلي والصناعي الخفيف. ^{[ 20 ]} في أوائل القرن التاسع عشر، أصبح فحم بيتسبرغ المصدر الرئيسي للوقود في المدينة، حيث كان يُستهلك حوالي 250,000 بوشل (ما يُعادل 400 طن قصير تقريبًا) من الفحم يوميًا للاستخدام المنزلي والصناعي الخفيف. ^{[ 21 ]} كان السبب الرئيسي للتحول من الخشب إلى الفحم اقتصاديًا. ففي عام 1809، كان سعر حزمة الخشب 2.00 دولار أمريكي، بينما كان سعر بوشل الفحم 0.06 دولار أمريكي شاملًا التوصيل. كان الفحم متوفرًا بكثرة، وكان العمال الذين يعملون في المناجم الواقعة على بُعد ميل واحد من بيتسبرغ يكسبون حوالي 1.60 دولار أمريكي أسبوعيًا، وكان بإمكانهم إنتاج ما يصل إلى 100 بوشل من الفحم يوميًا. ^{[ 22 ]}

كان فحم بيتسبرغ المصدر الرئيسي لإنتاج الفحم في أمريكا خلال أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. ^{[ 23 ]} وكان فحم بيتسبرغ مثالياً لصناعة فحم الكوك ، وخاصةً لأفران صهر الحديد. وقد ساهم في تنمية جزء كبير من جنوب غرب ولاية بنسلفانيا، ولا سيما منطقة كونيلسفيل الواقعة ضمن فحم بيتسبرغ.

بدأ استغلال فحم طبقة بيتسبرغ ببطء. في البداية، كان الحدادون وعمال المسابك يحولون الفحم إلى فحم الكوك لاستخدامه في مواقدهم وأفرانهم الصغيرة. خلال أوائل القرن التاسع عشر، قام رواد الأعمال في غرب بنسلفانيا بتكييف ممارسات صناعة فحم الكوك البريطانية لإنتاج فحم الكوك لمصانع الحديد المحلية. ولصنع فحم الكوك، يُحرق الفحم في ظروف مضبوطة للتخلص من المواد المتطايرة (الغازات المنبعثة عند احتراق الفحم)، تاركًا الكربون والرماد من الفحم منصهرين معًا على شكل فحم الكوك. ^{[ 24 ]} كانوا يصنعون فحم الكوك في "تلال" مغطاة بالعشب، حيث كان الفحم يحترق ببطء وبدون أكسجين للتخلص من الشوائب. وقد حفز اعتماد أفران فحم الكوك على شكل خلايا النحل في ثلاثينيات القرن التاسع عشر استخدام فحم طبقة بيتسبرغ في أفران الحديد، وقد أنتجت هذه الأفران فحم كوك بجودة أفضل من تلك التي تنتجها التلال.

كان فحم طبقة بيتسبرغ، وخاصةً أجود أنواع الفحم الموجودة في منطقة كونيلسفيل، أفضل أنواع الفحم في أمريكا لصناعة فحم الكوك. فعند تحويله إلى فحم الكوك، كان يتمتع بقوة كافية لتحمل وزن خام الحديد الذي يُكدس مع فحم الكوك داخل أفران الحديد. يتميز هذا الفحم بنسبة عالية من الكربون، مما يُسرّع عملية الاحتراق، ونسبة منخفضة من الشوائب، بما في ذلك الرماد والرطوبة، التي تُبطئ عملية الاحتراق. كما يتميز فحم بيتسبرغ بانخفاض نسبة الكبريت فيه، وهو عنصر بالغ الأهمية لصناعة حديد عالي الجودة. إضافةً إلى ذلك، كانت طبقة بيتسبرغ تقع بالقرب من مدينة بيتسبرغ، التي كانت آنذاك مركز صناعة الحديد والصلب الأمريكية المتنامية. كان فحم الكوك يُنقل عبر الماء أو السكك الحديدية إلى أفران الحديد، وقد منح قرب طبقة بيتسبرغ من أفران الحديد هذه الطبقة ميزة تنافسية إضافية على طبقات الفحم الأبعد التي كانت قادرة على إنتاج فحم الكوك.

ازدهر استخراج فحم طبقة بيتسبرغ بعد عام 1860 مع التوسع السريع لصناعة الحديد والصلب التي اعتمدت على فحم الكوك. وشهد إنتاج صناعة الحديد والصلب نموًا هائلًا خلال أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين مع ازدياد الطلب على منتجات الصلب. ولتلبية الطلب المتزايد على فحم الكوك، رفعت مناجم طبقة بيتسبرغ إنتاجها بشكل كبير من 4.3 مليون طن من الفحم عام 1880 إلى ذروة بلغت 40 مليون طن عام 1916. وتركز معظم نمو إنتاج الفحم قبل عام 1900 في منطقة كونيلسفيل. إلا أن الطلب على صناعة الحديد والصلب ارتفع بسرعة كبيرة لدرجة أنه بات من الواضح بحلول عام 1900 أن هذه المنطقة لا تستطيع تلبية الطلب بمفردها. وخلال العقدين الأولين من القرن العشرين، استغلت شركات التعدين منطقة كونيلسفيل السفلى في طبقة بيتسبرغ، مما ساهم بشكل كبير في زيادة إجمالي الإنتاج. كان نمو تعدين طبقة بيتسبرغ هائلاً للغاية، ومتشابكاً بشكل كبير مع إنتاج فحم الكوك لصناعة الحديد والصلب، لدرجة أن أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين أطلق عليها اسم "العصر الذهبي لملك الفحم وملكة فحم الكوك وأميرة الصلب".

ابتداءً من عشرينيات القرن العشرين، أدت تغيرات تكنولوجية وصناعية هامة إلى تراجع أهمية طبقة بيتسبرغ للفحم. ففي الفترة من عام ١٩١٠ إلى عام ١٩٤٠، حلت أفران فحم الكوك التقليدية محل معظم أفران فحم الكوك التقليدية التي تنتج كميات أكبر من الكوك لكل طن من الفحم. وقد استخدمت هذه الأفران فحمًا أقل جودة من فحم طبقة بيتسبرغ، مما أدى إلى انخفاض كبير في الطلب عليه. كما ساهم الكساد الكبير بشكل كبير في انخفاض الإنتاج. واستمر إنتاج طبقة بيتسبرغ في التراجع بعد طفرة ما بعد الحرب العالمية الثانية ، حيث اعتمدت مصانع الصلب على أنواع وقود بديلة مثل الغاز الطبيعي والنفط، وحسّنت كفاءة الطاقة في أفران الحديد. وتلقت الطبقة ضربة قوية أخرى في أواخر سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين، عندما أغلقت صناعة الصلب الأمريكية العديد من مصانع الصلب في منطقة بيتسبرغ وغيرها. أدى تراجع تعدين الفحم في طبقة بيتسبرغ إلى تغييرات اجتماعية واقتصادية واسعة النطاق في جنوب غرب ولاية بنسلفانيا، حيث ارتفعت معدلات البطالة، وفقدت المنطقة سكانها بسبب الهجرة الخارجية، وأغلقت الشركات التي تعتمد على دخل عمال مناجم الفحم، وتراجعت القواعد الضريبية للبلديات. ^{[ 25 ]}

على الرغم من قرنين من التعدين، لا تزال هناك حوالي 16 مليار طن قصير من الموارد، مع وجود أكبر كتلة متبقية في جنوب غرب ولاية بنسلفانيا والمناطق المجاورة لها في ولاية فرجينيا الغربية. وتتميز معظم الموارد المتبقية جنوب مقاطعة ماريون في ولاية فرجينيا الغربية، وغربًا عبر معظم ولاية أوهايو، بارتفاع نسبة الرماد والكبريت فيها، ومن غير المرجح أن يتم استخراجها على نطاق واسع في المستقبل القريب في ظل الاتجاهات الاقتصادية الحالية. ^{[ 26 ]}