فحم حجري
الجيولوجيا > تشكيل - تكوين

يسمى تحويل الغطاء النباتي الميت إلى فحم بالتحالف. في أوقات مختلفة في الماضي الجيولوجي، كانت الأرض تحتوي على غابات كثيفة  في مناطق الأراضي الرطبة المنخفضة. في هذه الأراضي الرطبة، وبدأت عملية coalification عندما كان ميتا فعاش المواد النباتية محمى من التحلل والتأكسد، وعادة من الطين أو المياه الحمضية، وتحويلها إلى الجفت. أدى هذا إلى حبس الكربون في مستنقعات ضخمة دفنت في النهاية بعمق بواسطة الرواسب. ثم، على مدى ملايين السنين، تسببت حرارة وضغط الدفن العميق في فقدان الماء والميثان وثاني أكسيد الكربون وزيادة نسبة الكربون. الصف الفحم المنتجة تعتمد على الضغط الأقصى وصلت درجة الحرارة، مع الليغنيت (وتسمى أيضا «الفحم البني») المنتجة تحت ظروف معتدلة نسبيا، والفحم شبه القاري، الفحم الحجري، أو أنثراسايت (وتسمى أيضا «الفحم الصلب» أو «الفحم الأسود») ينتج بدوره مع زيادة درجة الحرارة والضغط.
من بين العوامل التي تدخل في عملية التحصين، تعتبر درجة الحرارة أكثر أهمية من الضغط أو وقت الدفن. يمكن أن يتشكل الفحم الحجري في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 35 إلى 80 درجة مئوية (95 إلى 176 درجة فهرنهايت) بينما يتطلب أنثراسيت درجة حرارة لا تقل عن 180 إلى 245 درجة مئوية (356 إلى 473 درجة فهرنهايت).
على الرغم من أن الفحم هو معروف عن معظم فترات الجيولوجية، أودعت 90٪ من جميع طبقات الفحم في فترات العصرالكربوني والعصر البرمي، والتي تمثل 2٪ فقط من التاريخ الجيولوجي للأرض.  ومن المفارقات أن هذا كان خلال العصر الجليدي المتأخر من حقب الحياة القديمة، وهو وقت التجلد العالمي. ومع ذلك، فإن الانخفاض في مستوى سطح البحر العالمي المصاحب للجليد كشف عن الجرف القاري الذي كان مغمورًا في السابق، وأضيف إليهادلتا الأنهار العريضة الناتجة عن زيادة التآكل بسبب الانخفاض في مستوى القاعدة. وفرت هذه المناطق الواسعة من الأراضي الرطبة ظروفًا مثالية لتكوين الفحم. انتهى التكوين السريع للفحم بفجوة الفحم فيحدث الانقراض بين العصر البرمي والترياسي، حيث يكون الفحم نادرًا.
الجغرافيا المواتية وحدها لا تفسر طبقات الفحم الكربونية الواسعة.  العوامل الأخرى التي ساهمت في سرعة الترسيب السريع للفحم كانت مستويات الأكسجين العالية، التي تزيد عن 30٪، والتي أدت إلى حرائق الغابات الشديدة وتكوين الفحم الذي كان غير قابل للهضم عن طريق الكائنات الحية المتحللة. ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون التي عززت نمو النبات؛ وطبيعة الغابات الكربونية، والتي تضمنت أشجار الليكوفيت التي يعني نموها المحدد أن الكربون لم يتم تقييده في خشب القلب من الأشجار الحية لفترات طويلة.
اقترحت إحدى النظريات أنه منذ حوالي 360 مليون سنة، طورت بعض النباتات القدرة على إنتاج اللجنين، وهو بوليمر معقد يجعل جذوع السليلوز أكثر صلابة وأكثر خشبية. أدت القدرة على إنتاج اللجنين إلى تطور الأشجار الأولى. لكن البكتيريا والفطريات لم تطور على الفور القدرة على تحلل اللجنين، لذلك لم يتحلل الخشب بالكامل ولكنه أصبح مدفونًا تحت الرواسب، وتحول في النهاية إلى فحم. منذ حوالي 300 مليون سنة، طور الفطر والفطريات الأخرى هذه القدرة، منهية فترة تكوين الفحم الرئيسية في تاريخ الأرض. ومع ذلك، دحضت دراسة أجريت عام 2016 هذه الفكرة إلى حد كبير، ووجدت أدلة واسعة على تدهور اللجنين خلال العصر الكربوني، وأن التحولات في وفرة اللجنين لم يكن لها أي تأثير على تكوين الفحم. اقترحوا أن العوامل المناخية والتكتونية كانت تفسيرًا أكثر منطقية.
الفحم معروف من طبقات ما قبل الكمبري، والتي تسبق النباتات الأرضية. يُفترض أن هذا الفحم قد نشأ من بقايا الطحالب.
في بعض الأحيان تكون طبقات الفحم (المعروفة أيضًا باسم طبقات الفحم) متداخلة مع رواسب أخرى في cyclothem. يُعتقد أن Cyclothems لها أصلها في الدورات الجليدية التي أنتجت تقلبات في مستوى سطح البحر، والتي كشفت بالتناوب ثم غمرت مساحات كبيرة من الجرف القاري.