تشکیل زغال سنگ و نفت

گردش معکوس در کارگاه آفرینش ، شاید درک آنچه را که بحران انرژی خوانده می شود، سیر کند. کل قضیه ، میلیاردها سال قبل و با فرایندهای تبدیل انرژی خورشیدی به آونوزین توی فسفان (ATP) آغاز شد. کلروفیلها و سایر رنگدانه‌های گیاهان ، انرژی دریافتی از خورشید را برای تبدیل دی اکسید کربن ، آب و مواد معدنی به اکسیژن و ترکیبات آلی انرژی دار ، به کار برده و غذای موجودات کوچک و بزرگ از جمله انسان اندیشه ورز را فراهم می آورند. این فرایند ن همچنین باعث افزایش ذخایر معدنی آلی از قبیل هیدروکربورهای زغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی می شود.

● نفت گاز طبیعی زغال سنگ

▪ مراحل تشکیل انوع زغال سنگ
زغال سنگ از بقایای درختان ، بوته‌ها و سایر گیاهان زنده به وجود می آید. نشو و نمای این گیاهان در دوره‌هایی که آب و هوای زمین ملایم و مرطوب بود، صورت گرفت. اگر چه برخی از معادن زغال سنگ ۴۰۰ میلیون سال قبل و در دوره انسان سیلوری Silurian ، انسان سیلوری در دوره سوم دوران اول زمین شناسی ظاهر شد. ویژگی این دوره ظهور گیاهان خشکی است) تشکیل یافته است. اما قسمت اعظم این ذهایر تقریبا ۲۵۰ میلیون سال پیش و در دوره فوقانی و تحتانی دورانها کربونیفر Carboniferous ، دوره کربونیفر یا زغال خیز به بخشی از زمان می گویند که به پایان دوران اول زمین شناسی مربوط بوده و از حدود ۳۴۵ میلیون سال قبل آغاز می شود) پدید آمدند.
سپس ، اوضاع برای رشد سرخسهای دانه دار گرمسیری بسیار عظیم و درختان بدون گل غول پیکر ، در باتلاقهای وسیع فراهم شد. این گیاهان بعد از خشک شدن و از بین رفتن به داخل باتلاقها می افتادند و بر اثر خروج اکسیژن ، فساد فی هوازی تسریع می شد. پوشش گیاهی به ماده ای لجن مانند به نام پیت (Peat) تبدیل شد. پیتها بسته به درجه فساد ، برخی قهوه ای و اسفنجی و بعضی سیاه فشرده بودند. دریا بر روی چنین نشستهایی پیشروی کرد و رسوبات معدنی بر روی آنها فرو نشست. پیت در تحت فشار خشک و سخت شد. و به زغال سنگ پیت (لنیت یا لیگنیت که به زغال سنگ قهوه ای نیز موسوم است) تبدیل شد.
فشار بیشتر و گذشت زمان زغال سنگ قیردار را به وجود آورد، که هر ۶ متر ضخامت رسوب گیاهان نخستین به ۰.۳ متر زغال سنگ تبدیل شده بود. حتی فشارهای زیادتر که ناشی از چین خوردگی پوسته زمین به صورت سلسله جبالهای عظیم بود، سخت ترین و مرغوبترین زغال سنگ ، یعنی آنتراسیت (anthracite) ، را به وجود آورد. کیفیت زغال سنگ از روی نسبت مقدار کربن تثبیت شده به مقادیر رطوبت و ماده فرار و ماده‌ای که بر اثر حرارت به گاز تبدیل می شود، تعیین می‍گردد.

● منشا نفت و گاز طبیعی

با همه تلاش گسترده و صرف وقت فراوانی که برای یافتن و استخراج نفت و گاز طبیعی صورت گرفته است، انسان هنوز درباره منشا این مواد به نحو شگفتی بی اطلاع است.
▪ پاره ای واقعیتهای پذیرفته شده در این مورد عبارتند از :
ـ نفت و گاز از ترکیباتی با فشار زیست شناختی(بیولوژیکی) تشکیل شد اند.
ـ قسمت اعظم انواع نفت محتوی پورفیرین ، مجموعه‌ای از ترکیبات هیدروکربن دار ، که یا از کلروفیل و یا از همین (hemin) ماده قرمز کننده خون مشتق شده اند.
ـ قسمتهای لیپیدی (چربیها و مومها) موجودات ، منبع سرشاری برای تشکیل نفت و گاز فراهم آورده اند.
ـ امکان دارد که در اوضاع فعلی بتوان هیدروکربورهای نفت مانند را در رسوبهای جوان دریایی پیدا کرد.
ـ علاوه بر این نفت معمولا با سنگهای رسوبی که بر اثر فعالیتهای دریایی ته نشین شده اند، توام است.

● حدسی دیگر
احتمالا ماده ای آلی که نفت را به وجود آورده است، شامل گیاهان پلانکتونی تک یاخته‌ای از قبیل دیاتمها ( diatom ، جلبک تک یاخته یا چند یاخته ای است که دارای جدارهای یاخته ای سیلیسی است) ، جلبک سبز ـ آبی ، و حیوانات پلانکتونی تک یاخته ای مانند فورا مینی فرا (Foramin e fera موجود ذره بینی دارای پوسته آهکی) ، بوده است. این شکلهای ابتدایی حیات در بیش از یک میلیارد سال قبل فراوان بودند و می‌توانسته اند به عنوان منبع ذخایر نفت موجود در سنگهای دوران قبل از کامبرین ( Precamberian ، قدیمیترین دوران زمین شناسی) ، اواخر دوران اول زمین شناسی مورد استفاده واقع شده باشند.
▪ دیاتمها ( diatom)
پس از مرگ این یاخته‌ها ، حفظ مواد آلی ، مستلزم دفن سریع آنها در زیر رسوبهای ریز بافت و رسمی است. مواد مدفون باید از تاثیر اکسیژن محفوظ بمانند، زیرا اکسیژن باعث شکستن مولکولها و نابودی کامل مواد می شود.
▪ دیاژنر
دیاژنر به مجموعه اعمالی گفته می شود که در ضمن آن تغییرات شیمیایی ، رسوبهای سست را به صخره تبدیل می کنند. این پدیده ای است که با حرارت و فشار نسبتا پایین ، پدیده یاد شد. از این واقعیت ناشی می شود که نفت را می توان به مقادیری که از نظر تجاری مقرون به صرف باشد، در اعماق بین ۳۰ تا بیش ۷۵۰۰ متر پیدا کرد. این تفاوت عمیق معرف آن است که برای تشکیل نفت ، وجود فشار یک ضرورت اجتناب ناپذیر نیست. دمای زیاد یعنی بالاتر از ۶۰۰ درجه سانتیگراد نیز ضرورتی ندارد.
● ترکیبات نفت خام
نفت خام ، ترکیبی از هزاران ماده شیمیایی مختلف است که از گازهای بسیار سبک تا مواد نیمه جامدی مانند قیر یا موم پارافین در آن یافت می شود. تقریبا ۸ درصد نفت موجود در سنگهای دوران اول زمین شناسی و ۶۳ درصد آن در سنگهای دوران سوم زمین شناسی و ۲۹ درصد در سنگهای اول دوران چهارم تا عصر یخچالهای یافت می شود.
● افسانه‌های بابلیان در مورد نفت
کلمه بابلی نپتو (naptu) ، که به یونانی به صورت نفتا (naphtha) تغییر شکل داد، و به معنای مایع قابل اشتعال به کار می رفت، ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح رایج و به مفهوم شعله کردن استعمال می شد. در الواح معبد بابل ، از آن به عنوان چیزی بدین یاد شده و از خدایان خشمگین که آن را با برق آسمان به آتش کشیده است. سخن به میان آمده است. صدای گازی که از شکاف سنگها خارج می شود، توسط شاه توکولتی نینورتا (King Tukulti Ninurta) ، پادشاه بابل ، در ۸۸۵ قبل از میلاد به عنوان صدای خدایان که از شکاف صخره‌ها سخن می گویند توصیف شده است.
● سیر تحولی مصرف سوختهای فسیلی
انسان با اشتهای سیری ناپذیر خود برای مصرف سوختهای فسیلی ، مخازن چند صد میلیون ساله زمین شناختی را تهی می کند. این سوختها ، در همین اواخر و از آغاز استقرار آدمی در این سیاره کشف شده اند. زغال سنگ ، یکصد سال قبل از میلاد مسیح در چین به مصرف سوخت می رسید، اما استخراج آن در اروپا ، زودتر از قرن سیزدهم میلادی صورت نگرفت و تا رویداد انقلاب صنعتی در قرن‌های ۱۸ ، ۱۹ در اروپا ، بهره برداری از آن به کمال نرسید. اختراع ماشین بخار و لکوموتیو بخار ، تقاضای سریع برای مصرف زغال سنگ را بالا برد، زیرا برای گرم کردن دیگهای بخار و ساختن فولاد به مصرف می رسید. قبل از آن ، برای تهیه زغال مورد نیاز فرایند ذوب سنگ آهن و تبدیل آن به آهن ریخته گری ، از چوب استفاده می شد.
● آلودگی هوا و صنعت نفت
سرآغاز واقعی صنعت نفت از زمان حفر چاه دریک (Drake) در تیتوس ویل (Titusville) پنسیلوانیا در سال ۱۸۵۹ ، و توسعه پالایشگاههای راکفلر در مجاورت آن ، آغاز می شود. در این پیشرفتها ، ساخت موتور احتراق داخلی (موتور در نسوز) واتومبیل را سیر کرد. در طی قرون گذشته ، دودکشهای کارخانجات برافراشته شد و اگزوز اتومبیلها ۳۶۰ میلیارد تن کربن فسیلی را به داخل جو رها کرد.
● زنگ خطر
در سرتاسر جهان ، سالانه ۲.۹ میلیارد تن زغال سنگ یا سوخت معادل آن به هدر می رود. و اگر به همین روال ادامه پیدا کند، روز به روز نیازهای بشر به این منابع افزایش خواهد یافت. و چون این منابع تجدید ناپذیر هستند، بنابراین این مسیله به عنوان یک خطر جدی زندگی بشر در آینده را تهدید می کند. هر چند امروزه سوختهای جایگزین و منابع جدید انرژی بوجود آمده اند، اما این منابع به دلیل گران و پیچیده بودن نمی تواند در اختیار تمام کشورهای جهان قرار گیرد.