كرة الفحم

كرة الفحمهي نوع منالكتل المتحجرة، تتفاوت في الشكل من كرة غير كاملة إلى بلاطة مسطحة غير منتظمة. تشكلت كرات الفحم في مستنقعاتالعصر الفحميعندما تسببت كميةالكالسيتالعالية المحيطةبالخثبعرقلةِ عملية تحوّله إلى فحم؛ فتسبب ذلكبتحوله إلى حجربدلاً من ذلك. على هذا النحو، ورغم أنها غير مصنوعة منالفحم، فإن كرة الفحم تدين بهذا الاسم لأصولها المشابهة وشكلها المماثل للفحم الحجري.
تحافظ كرات الفحم غالبًا على سجل رائع لهيكل الأنسجة المجهرية للمستنقعات الكربونية ونباتاتمستنقعات الخث(المير)، والتي كان من الممكن أن تتدمر بالكامل إن لم يكن بفضل كرات الفحم. إن حفظها الفريد للنباتات الكربونية يجعلها ذات قيمة عالية للعلماء، حيث يقوم العلماء بتقطيع كرات الفحم وتقشيرها للبحث في الماضي الجيولوجي.
في عام 1855، قدم عالمان إنجليزيان،جوزيف دالتون هوكر،وإدوارد ويليام بيني، أولوصف علميلكرات الفحم في إنجلترا، وأجري البحث الأولي حول كرات الفحم فيأوروباحينها. بينما اكتُشفت كرات الفحم فيأمريكا الشماليةفي عام 1922. كما عثر على كرات الفحم في بلدان أخرى، مما أدى إلى اكتشاف مئاتالأنواعوالأجناس. ويمكن العثور على كرات الفحم في طبقات الفحم في جميع أنحاء أمريكا الشماليةوأوراسيا، إلا أن كرات الفحم الموجودة في أمريكا الشمالية تعتبر أكثر انتشارًاطبقيًاوجيولوجيًا، من تلك الموجودة في أوروبا. وأقدم كرات الفحم المعروفة تعود إلى المرحلةالناموريةمن الكربونية حيث عُثر عليها في ألمانيا وعلى أراضي تشيكوسلوفاكيا السابقة.
قدم كل من السيرجوزيف دالتون هوكروإدوارد ويليام بينيأولوصف علميلكرات الفحم في عام 1855، وتحدثا عن أمثلة في طبقات الفحم فييوركشايرولانكشاير، إنجلترا. حيث أجرى العلماء الأوروبيون الكثير من الأبحاث المبكرة.
عثر على كرات الفحم فيأمريكا الشماليةلأول مرة في طبقات الفحم فيولاية أيوافي عام 1894،لم يتم الربط بينها وبين كرات الفحم الأوروبية حتى عام 1922 وذلك بفضلأدولف كارل نويالذي استوحى الرابطة في دراستهِ لكرة الفحم التي عثر عليها جيلبرت كادي.جدد عمل نوي الاهتمام بكرات الفحم، وبحلول عقد الثلاثينيات من القرن الماضي، استقطب علماء الأحياء منأوروباإلى حوض إلينوي بحثًا عنهم.
تحاول نظريتان - وهما نظرية الأصل (في الموقع) ونظرية الأرض من مكان آخر (الإنجراف) - تفسير تكوين كريات الفحم، على الرغم من أن كل هذهِ النظريات هي مجرد تكهنات.
يعتقد أنصار نظرية (في الموقع) أن كرات الفحم تشكلت عن طريق تراكم المادة العضوية بالقرب منمستنقعات الخثالقريبة نسبياً من موقع كرات الفحم الحالي، ومن ثم خضعت هذه المادة لعمليةتمعدنبعد فترة قصيرة من دفنها، فتسربت المعادن في المادة العضوية وشكلت التوزيع الداخلي.ودفن الماء ذي المحتوى المعدني العالي الذائب مع المادة النباتية في مستنقع الخث عندما تبلورت الأيونات الذائبة، فترسخت المادة المعدنية. وقد أدى ذلك إلى تكوين وحفظ التحجير المحتوي على مواد نباتية في شكل كتل حجرية مستديرة. وبالتالي توقفالتفحُّمبالحفاظ على الخث (الجفت) وأصبح في نهاية المطاف كرة من الفحم.عثر على معظم كرات الفحم في رواسب الفحمالقيري، الفحم الأنتراسيت،في المواقع التي لم يتم فيها ضغط الخث بشكل كاف لتحويل المادة إلى فحم.
حلل كل من ماري ستوبس وديفيد واتسون عينات من كرات الفحم وقرروا تشكيل كرات الفحمفي الموقع. وشددوا على أهمية التفاعل مع مياه البحر، معتقدين أن ذلك ضروري لتشكيل كرات الفحم.يعتقد بعض مؤيدي النظريةفي الموقعأن اكتشاف ستوبس وواتسون لساقنباتييمتد عبر كرات فحم متعددة يدل على أن كرات الفحم تشكلتفي الموقع، مشيرة إلى أن نظرية الانجراف تفشل في تفسير ملاحظة ستوبس وواتسون. كما يشيرون إلى ظهور قطع هشة من المواد العضوية خارج بعض كرات الفحم، بدعوى أنه إذا كانت نظرية الانجراف صحيحة، كانت النتوءات قد دمرت،وبعض كرات الفحم الكبيرة ضخمة بما فيه الكفاية بحيث لا يمكن نقلها أبدا.
تقول نظرية الانجراف أن المادة العضوية لم تتشكل في موقعها الحالي أو بالقرب منه. بدلاً من ذلك، تؤكد أن المادة التي ستصبح كرة فحم نقلت من موقع آخر عن طريقفيضانأوعاصفة.ويعتقد بعض مؤيدي النظرية، مثل سيرجيوس ماماي وإيليس يوشيلسون، أن وجود حيوانات بحرية في كرات الفحم قد أثبت أن المواد نقلت من بيئة بحرية إلى بيئة غير بحرية.ويعتقد إدوارد سي. جيفري، أن النظريةفي الموقع«ليس لديها دليل جيد»، ويعتقد أن تكوين كرات الفحم من المواد المنقولة كان مرجحًا لأن كرات الفحم غالبًا ما شملت المواد التي شكلها النقل والترسبات في المياه المفتوحة.
إن كرات الفحم ليست مصنوعة من مادة الفحم.فهي غير قابلة للاشتعال وغير مجدية للاستفادة منها كوقود. فكرات الفحم عبارة عن أشكال حياة معدنية غنية بالكالسيوم،تحتوي في الغالب علىكربوناتالكالسيومكربونات المغنسيوموكربوناتالمغنيسيوموالبيريتوالكوارتز.كما أن المعادن الأخرى، بما في ذلكالجبس،والألمايت،والكاولينيت، والليبيدوسروكيتتظهر أيضًا في كرات الفحم، وإن كانت بكميات أقل.بالرغم من أن كرات الفحم عادة ما تكون بحجم قبضة الرَّجُل،فإن أحجامها تختلف اختلافًا كبيرًا، وتتراوح من حجمحبة الجوزإلى 3 قدم (1 م) في القطر.وقد عثر على كرات الفحم التي كانت أصغر منالكشتبان.تحتوي كرات الفحم عادةً علىالدولوميتوالأراغونيتوكتل المواد العضوية في مراحل مختلفة منالتحلل.حلل هوكر وبني كرة فحم فوجدوا «نقصًا في خشبالمخروطيات... وسعف السرخس» ولاحظوا أن المادة النباتية المكتشفة «يبدو كما لو أنها سقطت من النباتات التي أنتجتها» أو بعبارة أخرى «يبدو أنه قد تم ترتيبها تمامًا كما سقطت من النباتات التي أنتجتها».فعادةً لا تحتفظ كرات الفحمبأوراقالنباتات.
في عام 1962، اكتشف سيرجوس ماما وإيليس يوتشيلسون علامات لكائنات بحرية في كرات الفحم من أمريكا الشمالية.مما أدّى ذلك إلى تصنيف كرات الفحم إلى ثلاثة أنواع:
تقسم كرات الفحم المختلطة إلى نوعين: غير متجانسة، حيث فصلت المواد النباتية والحيوانية بشكل واضح؛ وإلى كرات متجانسة والتي تفتقر إلى هذا الانفصال.
تختلف جودة الحفظ في كرات الفحم من عدم الحفظ إلى درجة القدرة على تحليل هيكل الخلايا.تحتوي بعض كرات الفحم على شعر جذر محفوظ،حبوب اللقاح،وأبواغ،وتوصف بأنها "تقريبًا محفوظة بشكل مثالي"،وتحتوي على ما ليس هو بالمَأْلُوفٌ ان يكون عليه النبات"، ولكن بالأحرى، "النبات نفسه في حالته الأصلية".تم العثور على كرات أخرى "لا قيمة لها من الناحية النباتية"،مع تدهور المادة العضوية قبل أن تصبح كرة فحم.كرات الفحم ذات المحتويات المحفوظة جيدًا مفيدة لعلماء الأحياء.وقد استخدموا لتحليل التوزيع الجغرافي للغطاء النباتي: على سبيل المثال، تقديم أدلة على أن النباتات الأوكرانيةوأوكلاهميةكانت ذات يوم من الحزام الاستوائي.الأبحاث على كرات الفحم أيضًا أدت إلى اكتشاف أكثر من 130جنسًاو 350نوعًا.
تحدد ثلاثة عوامل رئيسية جودة المواد المحفوظة في كرة الفحم: المكونات المعدنية، وسرعة عملية الدفن، ودرجةالانضغاطقبل الخضوع لعملية التمعدن.بشكل عام، يتم الحفاظ على كرات الفحم الناتجة عن البقايا ذات الدفن السريع مع القليل من التحلل والضغط، على الرغم من أن بقايا النباتات في معظم كرات الفحم تظهر دائمًا علامات مختلفة على الانحلال والانهيار.لدى كرات الفحم التي تحتوي على كميات منكبريتيد الحديدنسبة حفظ أقل بكثير من كرات الفحم التي يتم تعدينها بواسطة المغنيسيوم أو كربونات الكالسيوم،والتي اكتسبت كبريتيد الحديد عنوان «لعنة كبيرة لصياد كرات الفحم».
عثر على كرات الفحم لأول مرة في إنجلترا،وفي وقت لاحق في أجزاء أخرى من العالم، بما في ذلك أستراليا،بلجيكا وهولنداوتشيكوسلوفاكياالسابقة وألمانيا وأوكرانيا،الصين،واسبانياكما وجدت في أمريكا الشمالية، حيث تنتشر جغرافياً مقارنة بأوروبا.وعثر في الولايات المتحدة على كرات الفحم فيكانساسإلىحوض إلينويإلى منطقةالآبالاش.
إن أقدم كرة من كرات الفحم كانت من النهاية المبكرة للمرحلةالنامورية(326 إلى 313 مليون سنة) واكتشفت في ألمانيا وتشيكوسلوفاكيا السابقة،ولكن أعمارهم تتراوح عمومًا منالعصر البرمي(299 إلى 251 مليون سنة) إلىالعصر البنسلفاني(حوالي 319 إلى 299 مليون سنة).بعض كرات الفحم من الولايات المتحدة تختلف في العمر من نهاية مرحلةواستفالين(حوالي 313 إلى 304 مليون سنة) إلى نهاية مرحلةستيفانيان(حوالي 304 إلى 299 مليون سنة). في العموم تعود كرات الفحم الأوروبية إلى النهاية المبكرة من مرحلة ويستفاليان.
في طبقات الفحم، كرات الفحم مُحاطة تماماً بالفحم.غالبًا ما توجد بشكل عشوائي في جميع أنحاء التماس في مجموعات معزولة،عادةً في النصف العلوي من التماس. يمكن أن يكون تواجدها في طبقات الفحم إما متفرقًا للغاية أو منتظمًا؛ وعثر على العديد من طبقات الفحم لا تحتوي على كرات الفحم،في حين يعثر على طبقات أخرى تحتوي على الكثير من كرات الفحم مما يجعل عمال المناجم يتجنبون المنطقة بالكامل.
كانالتشريح الرقيقإجراءً مبكرًا يُستخدم لتحليل المواد المتحجرة الموجودة في كرات الفحم.تتطلب العملية قطع كرة فحمبمنشار ماسي، ثم تسطيح وتلميع الشريحة الرقيقة باستخدام مادة كاشطة.ثم تلصق على شريحة شفافة وتوضع تحتالمجهر البتروجرافيللفحص.إن امكانية استخدام الآلات في هذه العملية، وكذلك المدة الزمنية الطويلة المطلوبة لها مع النوعية الرديئة من العينات الناتجة عنها تفسح المجال لاستعمال طريقة أكثر ملاءمة.
استبدلت تقنية التشريح الرقيق بتقنية التقشير السائل الشائعة الآن في عام 1928.في هذه التقنية، نحصل على القشورعن طريق قطع سطح كرة الفحم بمنشار ألماسي، وجلخ السطح المقطوع على صفيحة زجاجيةبكربيد السيليكونحتى يصبح أملساً، وحفر القَطع والسطحبحمض الهيدروكلوريك.حتى يُذوِّب الحمض المادة المعدنية من كرة الفحم، تاركًا ورائه طبقة من الخلايا النباتية. وبعد تطبيقالأسيتون، توضع قطعة منخلات السليلوزعلى كرة الفحم. وهذا ليُضمِّن الخلايا المحفوظة في كرة الفحم في خلات السليلوز. وبعد التجفيف، تُزال خلات السليلوز من كرة الفحم بشفرة الحلاقة ثمتُصبغالقشور المتحصل عليها بمُلوِّن منخفض الحموضة، وتُلاحظ تحتالمجهر. بهذه الطريقة يمكن استخراج حتى 50 قشرة  من 2 مليمتر (0.079 بوصة) من كرة الفحم.
ومع ذلك، فإن القشور تتحلل بمرور الوقت إذا كانت تحتوي على أي كبريتيد الحديد (البايرايتأوالماركاسيت).عالجشيا شيتاليهذه المشكلة من خلال مراجعة تقنية للتقشير السائل لفصل المواد العضوية المحفوظة بواسطة كرة الفحم عن المعادن غير العضوية، بما في ذلك كبريتيد الحديد.هذا يسمح للقشور بالاحتفاظ بجودتها لفترة أطول.تبدأ مراجعات شيتالي بعد جلخ سطح كرة الفحم حتى النهاية الملساء.تستلزم عمليتها تسخينًا ومن ثم إجراء تطبيقات متعددةللبارافينالمُنحل في زيت الخشب(الزيلين)على كرة الفحم.يحتوي كل تطبيق لاحق على تركيز أكبر من البارافينالمُنحلفي الزيلين للسماح للشمع بأن ينتشر بالكامل في كرة الفحم.يتم تطبيقحمض النيتريك، ثمالأسيتون، على كرة الفحم.بعد ذلك، تندمج العملية مرة أخرى في تقنية التقشير السائل.
كما يستعملحيود الأشعة السينيةلتحليل كرات الفحم.فترسل الأشعة السينية بطول موجي محدد مسبقًا من خلال عينة لفحص بنيتها. هذا يكشف عن معلومات حول التركيبالبلوريوالتركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للمادة المدروسة. وتلاحظ وتحللكثافة التبعثرلنمط الأشعة السينية، مع قياسات تتألف من زاوية متقطعة ومتناثرة، والاستقطاب، وطول الموجة أو الطاقة.