Una bola de carbón es un tipo de concreción , cuya forma varía desde una esfera imperfecta hasta una losa irregular y plana. Las bolas de carbón se formaron en pantanos y ciénagas del Período Carbonífero , cuando la turba no podía convertirse en carbón debido a la gran cantidad de calcita que la rodeaba; la calcita hizo que se convirtiera en piedra . Por ello, a pesar de no estar realmente hecha de carbón , la bola de carbón debe su nombre a sus orígenes similares, así como a su forma similar a la del carbón real.
Las bolas de carbón suelen conservar un registro notable de la estructura microscópica de los tejidos de las plantas de los pantanos y ciénagas del Carbonífero, que de otro modo habrían quedado completamente destruidas. Su capacidad única de conservación de las plantas del Carbonífero las hace valiosas para los científicos, que cortan y pelan las bolas de carbón para investigar el pasado geológico.
En 1855, dos científicos ingleses, Joseph Dalton Hooker y Edward William Binney , realizaron la primera descripción científica de las bolas de carbón en Inglaterra, y las primeras investigaciones sobre las bolas de carbón se llevaron a cabo en Europa. Las bolas de carbón de América del Norte se descubrieron e identificaron en 1922. Desde entonces, se han encontrado bolas de carbón en otros países, lo que ha llevado al descubrimiento de cientos de especies y géneros .
Se pueden encontrar bolas de carbón en vetas de carbón en América del Norte y Eurasia . Las bolas de carbón de América del Norte están más extendidas, tanto estratigráfica como geológicamente, que las de Europa. Las bolas de carbón más antiguas conocidas datan de la etapa namuriana del Carbonífero; se encontraron en Alemania y en el territorio de la antigua Checoslovaquia.
La primera descripción científica de las bolas de carbón fue realizada en 1855 por Sir Joseph Dalton Hooker y Edward William Binney , quienes informaron sobre ejemplos en las vetas de carbón de Yorkshire y Lancashire , Inglaterra. Los científicos europeos realizaron gran parte de las primeras investigaciones. [1] [2]
Las bolas de carbón en América del Norte se encontraron por primera vez en vetas de carbón de Iowa en 1894, [3] [4] aunque la conexión con las bolas de carbón europeas no se hizo hasta que Adolf Carl Noé (cuya bola de carbón fue encontrada por Gilbert Cady [3] [5] [6] ) trazó el paralelo en 1922. [2] El trabajo de Noé renovó el interés en las bolas de carbón y en la década de 1930 había atraído a paleobotánicos de Europa a la cuenca de Illinois en su búsqueda. [7]
Hay dos teorías – la teoría autóctona ( in situ ) y la teoría alóctona (deriva) – que intentan explicar la formación de bolas de carbón, aunque el tema es mayormente especulativo. [8]
Los partidarios de la teoría in situ creen que cerca de su ubicación actual, la materia orgánica se acumuló cerca de una turbera y, poco después del enterramiento, sufrió una permineralización : los minerales se filtraron en la materia orgánica y formaron un molde interno. [9] [10] El agua con un alto contenido de minerales disueltos fue enterrada con la materia vegetal en una turbera. A medida que los iones disueltos cristalizaron, la materia mineral precipitó. Esto provocó que se formaran concreciones que contenían material vegetal y se conservaran como trozos redondeados de piedra. De este modo, se evitó la carbonización y la turba se conservó y finalmente se convirtió en una bola de carbón. [11] La mayoría de las bolas de carbón se encuentran en vetas de carbón bituminoso y antracita , [12] en lugares donde la turba no se comprimió lo suficiente como para convertir el material en carbón. [11]
Marie Stopes y David Watson analizaron muestras de bolas de carbón y decidieron que las bolas de carbón se formaron in situ . Destacaron la importancia de la interacción con el agua de mar, creyendo que era necesaria para la formación de bolas de carbón. [13] Algunos partidarios de la teoría in situ creen que el descubrimiento de Stopes y Watson de un tallo de planta que se extiende a través de múltiples bolas de carbón muestra que las bolas de carbón se formaron in situ , afirmando que la teoría de la deriva no explica la observación de Stopes y Watson. También citan frágiles piezas de material orgánico que sobresalen fuera de algunas bolas de carbón, argumentando que si la teoría de la deriva fuera correcta, las proyecciones se habrían destruido, [14] y algunas bolas de carbón grandes son lo suficientemente grandes como para que nunca hubieran podido ser transportadas en primer lugar. [15]
La teoría de la deriva sostiene que el material orgánico no se formó en su ubicación actual ni cerca de ella, sino que el material que se convertiría en una bola de carbón fue transportado desde otra ubicación por medio de una inundación o una tormenta. [16] Algunos partidarios de la teoría de la deriva, como Sergius Mamay y Ellis Yochelson, creían que la presencia de animales marinos en las bolas de carbón demostraba que el material se transportaba desde un entorno marino a uno no marino. [17] Edward C. Jeffrey, afirmando que la teoría in situ no tenía "ninguna evidencia sólida", creía que la formación de bolas de carbón a partir de material transportado era probable porque las bolas de carbón a menudo incluían material formado por el transporte y la sedimentación en aguas abiertas. [18]
Las bolas de carbón no están hechas de carbón; [19] [20] no son inflamables e inútiles como combustible. Las bolas de carbón son formas de vida permineralizadas ricas en calcio, [21] que contienen principalmente carbonatos de calcio y magnesio , pirita y cuarzo . [22] [23] Otros minerales, incluidos el yeso , la ilita , la caolinita y la lepidocrocita , también aparecen en las bolas de carbón, aunque en cantidades menores. [24] Aunque las bolas de carbón suelen tener aproximadamente el tamaño del puño de un hombre, [25] sus tamaños varían mucho, desde el de una nuez hasta 3 pies (1 m) de diámetro. [26] Se han encontrado bolas de carbón que eran más pequeñas que un dedal . [20]
Las bolas de carbón suelen contener dolomitas , aragonito y masas de materia orgánica en diversas etapas de descomposición . [11] Hooker y Binney analizaron una bola de carbón y encontraron "una falta de madera de coníferas ... y frondas de helechos" y notaron que la materia vegetal descubierta "parecía [haber sido] ordenada tal como cayó de las plantas que la produjeron". [27] Las bolas de carbón por lo general no conservan las hojas de las plantas. [28]
En 1962, Sergius Mamay y Ellis Yochelson analizaron las bolas de carbón de América del Norte. [29] Su descubrimiento de organismos marinos condujo a la clasificación de las bolas de carbón en tres tipos: normal (a veces conocida como floral), que contiene solo materia vegetal; faunística, que contiene solo fósiles de animales ; y mixta, que contiene material vegetal y animal. [30] Las bolas de carbón mixtas se dividen además en heterogéneas, donde el material vegetal y animal está claramente separado; y homogéneas, que carecen de esa separación. [31]
La calidad de conservación de las bolas de carbón varía desde la ausencia de conservación hasta el punto de poder analizar las estructuras celulares. [10] Algunas bolas de carbón contienen pelos radiculares conservados, [32] polen, [33] y esporas, [33] y se describen como "más o menos perfectamente conservadas", [34] que contienen "no lo que solía ser la planta", sino más bien, la planta misma. [35] Se ha descubierto que otras son "botánicamente inútiles", [36] y que la materia orgánica se ha deteriorado antes de convertirse en una bola de carbón. [37] Las bolas de carbón con contenidos bien conservados son útiles para los paleobotánicos. [38] Se han utilizado para analizar la distribución geográfica de la vegetación: por ejemplo, proporcionando evidencia de que las plantas ucranianas y de Oklahoma del cinturón tropical alguna vez fueron las mismas. [39] La investigación sobre bolas de carbón también ha llevado al descubrimiento de más de 130 géneros y 350 especies . [1]
Tres factores principales determinan la calidad del material preservado en una bola de carbón: los componentes minerales, la velocidad del proceso de enterramiento y el grado de compresión antes de sufrir la permineralización. [40] Generalmente, las bolas de carbón resultantes de restos que tienen un enterramiento rápido con poca descomposición y presión se conservan mejor, aunque los restos de plantas en la mayoría de las bolas de carbón casi siempre muestran diferentes signos de descomposición y colapso. [11] Las bolas de carbón que contienen cantidades de sulfuro de hierro tienen una conservación mucho menor que las bolas de carbón permineralizadas por carbonato de magnesio o calcio, [11] [41] [42] lo que le ha valido al sulfuro de hierro el título de "principal maldición del cazador de bolas de carbón". [32]
Las bolas de carbón se encontraron por primera vez en Inglaterra, [43] y luego en otras partes del mundo, incluyendo Australia, [16] [44] Bélgica, los Países Bajos, la antigua Checoslovaquia , Alemania, Ucrania, [45] China, [46] y España. [47] También se encontraron en América del Norte, donde están geográficamente extendidas en comparación con Europa; [1] en los Estados Unidos, se han encontrado bolas de carbón desde Kansas hasta la cuenca de Illinois y la región de los Apalaches . [33] [48]
Las bolas de carbón más antiguas datan del final temprano de la etapa Namuriana (326 a 313 millones de años atrás) y fueron descubiertas en Alemania y la antigua Checoslovaquia, [1] pero sus edades generalmente varían desde el Pérmico (299 a 251 millones de años atrás) hasta el Carbonífero Superior . [49] Algunas bolas de carbón de los EE. UU. varían en edad desde el final tardío del Westfaliano (aproximadamente 313 a 304 millones de años atrás) hasta el Estefaniano tardío (aproximadamente 304 a 299 millones de años atrás). Las bolas de carbón europeas son generalmente del final temprano de la etapa Westfaliana. [1]
En las vetas de carbón, las bolas de carbón están completamente rodeadas de carbón. [50] A menudo se encuentran dispersas al azar por toda la veta en grupos aislados, [38] generalmente en la mitad superior de la veta. Su aparición en las vetas de carbón puede ser extremadamente esporádica o regular; se ha descubierto que muchas vetas de carbón no contienen bolas de carbón, [19] [42] mientras que otras contienen tantas bolas de carbón que los mineros evitan el área por completo. [48]
El corte fino fue un procedimiento temprano utilizado para analizar el material fosilizado contenido en bolas de carbón. [51] El proceso requería cortar una bola de carbón con una sierra de diamante , luego aplanar y pulir la sección delgada con un abrasivo. [52] Se pegaba a un portaobjetos y se colocaba bajo un microscopio petrográfico para su examen. [53] Aunque el proceso podía realizarse con una máquina, la gran cantidad de tiempo necesario y la mala calidad de las muestras producidas por el corte fino dieron paso a un método más conveniente. [54] [55]
La técnica de sección delgada fue reemplazada por la técnica de pelado líquido, ahora común, en 1928. [8] [51] [54] En esta técnica, [56] [57] [58] las cáscaras se obtienen cortando la superficie de una bola de carbón con una sierra de diamante, puliendo la superficie cortada en una placa de vidrio con carburo de silicio hasta obtener un acabado suave y grabando el corte y la superficie con ácido clorhídrico . [55] El ácido disuelve la materia mineral de la bola de carbón, dejando una capa saliente de células vegetales. Después de aplicar acetona , se coloca un trozo de acetato de celulosa sobre la bola de carbón. Esto incrusta las células conservadas en la bola de carbón en el acetato de celulosa. Una vez seco, el acetato de celulosa se puede retirar de la bola de carbón con una navaja y la cáscara obtenida se puede teñir con un tinte de baja acidez y observar bajo un microscopio . Se pueden extraer hasta 50 cáscaras de 2 milímetros (0,079 pulgadas) de bola de carbón con este método. [55]
Sin embargo, las cáscaras se degradarán con el tiempo si contienen sulfuro de hierro ( pirita o marcasita ). Shya Chitaley abordó este problema revisando la técnica de pelado líquido para separar el material orgánico preservado por la bola de carbón de los minerales inorgánicos, incluido el sulfuro de hierro. Esto permite que la cáscara conserve su calidad durante más tiempo. [59] Las revisiones de Chitaley comienzan después de moler la superficie de la bola de carbón hasta obtener un acabado suave. Su proceso implica esencialmente calentar y luego hacer múltiples aplicaciones de soluciones de parafina en xileno a la bola de carbón. Cada aplicación posterior tiene una mayor concentración de parafina en xileno para permitir que la cera impregne completamente la bola de carbón. Se aplica ácido nítrico y luego acetona a la bola de carbón. [60] Después de eso, el proceso se fusiona nuevamente con la técnica de pelado líquido.
La difracción de rayos X en polvo también se ha utilizado para analizar bolas de carbón. [61] Los rayos X de una longitud de onda predeterminada se envían a través de una muestra para examinar su estructura. Esto revela información sobre la estructura cristalográfica , la composición química y las propiedades físicas del material examinado. Se observa y analiza la intensidad dispersa del patrón de rayos X, y las mediciones consisten en el ángulo incidente y disperso, la polarización y la longitud de onda o energía. [62]
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