الفحم الحجري، كيف يتكون؟

الفحم الحجري هو صخر أسود اللون وأحيانا يكون بلون بني قابل للاشتعال والاحتراق، ويتوافر في طبقات أرضية أو عروق، من مكوناته الأساسية الكربون، إضافة إلى نسب متفاوتة من عناصر أخرى (الهيدروجين، الكبريت، الأكسجين، والنيتروجين وعناصر أخرى).

والفحم هو من أنواع الوقود الأحفوري واستخدم عبر التاريخ كمصدر من مصادر الطاقة الحرارية، حيث تم استخدامه للتدفئة، ووقود للقاطرات عند بداية عهد اختراع الآلة البخارية. أما اليوم فيستخدم بشكل أساسي في إنتاج الكهرباء. وتؤمن محطات إنتاج الكهرباء بعملية احتراق الفحم الحجري نحو ثلثي الكهرباء المستهلكة في العالم. وإن أبرز البلدان المنتجة للفحم في عصرنا الحالي هي الولايات المتحدة وكندا والصين.

إن ما يميز الفحم الحجري هو لونه الأسود وصلابته وقابليته للاشتعال بشكل سريع نظراً لاحتوائه على كميات كبيرة من الكربون بنسب تبلغ نحو الـ 50% من وزنه الكلي،

أما عملية تشكل الفحم فإنها تتطلب وقتا كافيا تدغى بفترة "حمل الفحم" كما كان دارجاً في أيام العصر الطباشيري قبل قرابة 290 إلى 360 مليون سنة، حيث إبتدأت عملية تكون الفحم في أماكن المستنقعات، وبسبب ذلك أصبحت النباتات تنتج ثمارها بسرعة أكبر مما اعتادت عليه وبكميات كبيرة إلى أن لجأ الإنسان إلى تقطيعها وتجميعها ثم القيام بدفنها تحت الأرض لتتحول مع مرور الزمن إلى فحم.

أما الوصف الدقيق للمراحل التي يمر بها تشكل الفحم فيمكن شرحها في الخطوات التالية: 

المرحلة الأولى

حينما تموت الشجيرات والكروم والأشجار و السراخس والطحالب الموجودة في مناطق المستنقعات وتتجمع في منطقة معينة على سطح الأرض، تتفسخ المادة العضوية فيها بفعل البكتيريا منتجة ثاني أوكسيد الكربون وغاز الميثان.

المرحلة الثانية

عندما تدفن النباتات تحت سطح الأرض وتعزل عن الهواء لفترة طويلة، فإنّ البكتيريا اللاهوائية تبدأ عندئذ بتفسيخ وإفساد بنيتها، وهذه العملية تستغرق الآلاف من السنين لتنتج عدة أمتار من المواد النباتية المتحللة جزئياً والمسماة بالخث.

المرحلة الثالثة

عندما يندفن الخث على عمق كبير من الأرض، يتم طرد الماء والمركبات الأخرى منه نتيجة زيادة الضغط ويبدأ الفحم بالتشكل بجودة اشتعال قليلة.

المرحلة الرابعة

ينتج عن استمرار عملية الدفن ارتفاع في الضغط والحرارة فيؤدي ذلك إلى التحول من النقصان في جودة اشتعال الفحم إلى ارتفاعها ويصبح فحماً ذو لون أسود.