Los humanos han estado quemando carbón durante miles de años. Desde la Revolución Industrial, el carbón se ha convertido en una fuente importante tanto de electricidad como del calentamiento global. Pero, ¿de dónde viene el carbón? Al estudiar cómo se forma el carbón, los científicos pueden aprender tanto sobre el pasado remoto como sobre qué esperar cuando se queman diferentes carbones.
El carbón se forma cuando las plantas de los pantanos se entierran, compactan y calientan para convertirse en roca sedimentaria en un proceso llamado carbonización. “Básicamente, el carbón son plantas fosilizadas”, dijo James Hower, petrólogo de la Universidad de Kentucky, a Live Science. La creación de estos fósiles de plantas implica “muchos accidentes de la geología”, dijo.
La formación de carbón comienza con las plantas vivas. “Cuando el árbol todavía está vivo, puede dañarse al quemarse o puede ser invadido por insectos”, dijo Hower. “Todas estas cosas aparecerán en el registro del carbón”. Los rastros de polen, hojas, raíces e incluso caca de insectos en el carbón, dijo Hower, pueden usarse para reconstruir ecosistemas antiguos. El daño por fuego, por ejemplo, da pistas sobre climas antiguos.
A continuación, las plantas mueren. “Si el carbón se conserva en absoluto, eso te está diciendo algo sobre el medio ambiente en general”, dijo Hower. Es poco probable que las plantas en las laderas de las montañas o en los desiertos se conviertan en carbón porque estos ambientes no son propicios para la formación de turba.
“De todos los carbones que vemos por ahí, un porcentaje muy, muy alto proviene de los pantanos”, dijo Hower.
Eso es porque cuando las plantas mueren en los humedales, quedan cubiertas por agua y protegidas del oxígeno. Como resultado, no se descomponen tan rápido como lo harían en tierra seca. En cambio, las plantas se acumulan en capas de turba en el fondo empapado del pantano. Esa turba, que a veces es un precursor del carbón, tiene su propia larga historia: es el hogar de insectos, hongos, bacterias e incluso raíces de árboles excavadores, todos los cuales ayudan a descomponer las plantas en un proceso llamado turbación. “Cualquier capa que veamos en un carbón podría ser un producto de decenas, cientos o miles de años”, dijo Hower.
Los minerales que se filtran en la turba del agua o que se forman a través de reacciones químicas también se capturan en el carbón. El carbón de arcilla refractaria en el este de Kentucky, dijo Hower, contiene elementos de tierras raras de una erupción volcánica hace millones de años. El Departamento de Energía de EE. UU. ahora está financiando tecnologías para extraer estos elementos de los desechos de carbón para usarlos en paneles solares, molinos de viento y baterías.
Pero los minerales del carbón también causan problemas. La turba expuesta al agua de mar, por ejemplo, a menudo contiene más azufre. Quemar carbón con azufre tiene un costo humano adicional. Si bien extraer carbón y respirar el humo del carbón son generalmente peligrosos, es más probable que los carbones con alto contenido de azufre entren en combustión espontánea en las minas y también pueden estar relacionados con enfermedades cardíacas.
No toda la turba se transforma en carbón; algunos se erosionan o se secan. Para comenzar el proceso de carbonificación, la turba debe estar cubierta por algo inorgánico, como el limo de un amplio delta de un río. “El río que va y viene durante millones de años, termina siendo su sistema de depósito”, dijo Hower, refiriéndose a las capas de sedimentos acumulados.
Con el tiempo geológico, la turba se entierra aún más. Las montañas se erosionan y llenan los valles de los ríos; los bosques crecen en la parte superior. Durante millones de años, surgen nuevas montañas. Durante estos milenios, la turba se descompone y se transforma gradualmente en carbón gracias a dos elementos: la presión y el calor. La mayoría de los carbones tienen entre 60 y 300 millones de años.
La presión hace que la turba sea más compacta. El calor reorganiza las moléculas reconocibles en las plantas, como los carbohidratos o la celulosa, y libera oxígeno e hidrógeno, dejando atrás el carbono y otros elementos.
Los carbones que están enterrados a mucha profundidad experimentan temperaturas más altas porque están más cerca del núcleo de la Tierra. Pero el calor geotérmico también puede llegar a la superficie de la Tierra a través de volcanes, fuentes termales y géiseres. La cantidad de presión y calor generalmente determina el rango del carbón: una medida de cuánto ha progresado el carbón en su viaje desde la turba empapada hasta la roca sólida.
El lignito es el rango más bajo de carbón; los lignitos y los carbones subbituminosos todavía contienen partes vegetales reconocibles. Los carbones bituminosos y subbituminosos se han compactado y calentado hasta que se endurecen. El carbón de antracita, el más raro y de mayor rango, es liso y brillante; se ha calentado hasta que se vuelve fluido en un proceso llamado metamorfismo. Para alcanzar el rango de antracita, dijo Hower, es suficiente alcanzar una temperatura alta brevemente, incluso una hora será suficiente.
Las antracitas arden sin producir hollín. Históricamente, fueron utilizados por barcos a carbón que intentaban evitar ser detectados en tiempos de guerra. Los lignitos y los carbones bituminosos se utilizan principalmente para la generación de energía. El lignito y los carbones subbituminosos liberan un poco más de dióxido de carbono que los carbones bituminosos cuando se queman.
Sin embargo, esas diferencias son pequeñas cuando se compara el carbón con otras fuentes de electricidad que tienen un menor impacto en el calentamiento global. En general, el carbón produce el doble de dióxido de carbono por kilovatio hora que el gas natural y 90 veces más que la energía eólica, según el Departamento de Energía de EE. UU.
“Las emisiones del carbón y de los procesos industriales relacionados con el carbón obviamente no han sido buenas para el clima”, dijo Hower. “Esa es la realidad en la que estamos viviendo”.
Fuente: Live Science.
