Una bola de carbón es un tipo de concreción , que varía en forma desde una esfera imperfecta hasta una losa irregular y plana. Las bolas de carbón se formaron en pantanos y turberas del Período Carbonífero , cuando la gran cantidad de calcita que rodeaba la turba impedía que la turba se convirtiera en carbón ; la calcita hizo que se convirtiera en piedra . Como tal, a pesar de no estar hecha de carbón , la bola de carbón debe su nombre a sus orígenes similares, así como a su forma similar al carbón real.
Las bolas de carbón a menudo conservan un registro notable de la estructura microscópica del tejido de las plantas de pantanos y turberas del Carbonífero, que de otro modo habrían sido completamente destruidas. Su preservación única de las plantas del Carbonífero las hace valiosas para los científicos, quienes cortan y pelan las bolas de carbón para investigar el pasado geológico.
En 1855, dos científicos ingleses, Joseph Dalton Hooker y Edward William Binney , hicieron la primera descripción científica de las bolas de carbón en Inglaterra, y la investigación inicial sobre las bolas de carbón se llevó a cabo en Europa. Las bolas de carbón de América del Norte fueron descubiertas e identificadas 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 que se conocen datan de la etapa namuriana del Carbonífero; fueron encontrados 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 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 por 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 principalmente especulación. [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 entierro, sufrió una permineralización : los minerales se filtraron en la materia orgánica y formaron un molde interno. [9] [10] Se enterró agua con un alto contenido de minerales disueltos junto 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 coalificación 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 formaban 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 piezas frágiles de material orgánico que se proyectan fuera de algunas bolas de carbón, y sostienen que si la teoría de la deriva fuera correcta, las proyecciones habrían sido destruidas, [14] y algunas bolas de carbón grandes son lo suficientemente grandes como para que nunca hubieran podido ser transportado 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. Más bien, afirma que el material que se convertiría en una bola de carbón fue transportado desde otro lugar mediante 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 bolas de carbón demostraba que el material era transportado desde un entorno marino a un entorno no marino. [17] Edward C. Jeffrey, afirmando que la teoría in situ "no tenía buena evidencia", creía que la formación de bolas de carbón a partir de material transportado se debía probablemente a que 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 y son 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, como yeso , illita , caolinita y lepidocrocita, también aparecen en las bolas de carbón, aunque en menores cantidades. [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 comúnmente contienen 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 hojas de helechos" y observaron que la materia vegetal descubierta "parecía [haber sido dispuesta] tal como caían del plantas que los produjeron". [27] Las bolas de carbón generalmente no conservan las hojas de las plantas. [28]
En 1962, Sergius Mamay y Ellis Yochelson analizaron bolas de carbón norteamericanas. [29] Su descubrimiento de organismos marinos llevó a la clasificación de las bolas de carbón en tres tipos: normales (a veces conocidas como florales), que contienen solo materia vegetal; faunístico, que contiene únicamente fósiles de animales; y mixtos, que contienen material vegetal y animal. [30] Las bolas de carbón mixtas se dividen a su vez en heterogéneas, donde el material vegetal y animal estaba claramente separado; y homogénea, carente de esa separación. [31]
La calidad de conservación en bolas de carbón varía desde ninguna conservación hasta el punto de poder analizar las estructuras celulares. [10] Algunas bolas de carbón contienen pelos de raíz conservados, [32] polen, [33] y esporas, [33] y se describen como "más o menos perfectamente conservados", [34] que no contienen "lo que solía ser la planta". ", sino más bien la planta misma. [35] Se ha descubierto que otros son "botánicamente inútiles", [36] y 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 oklahomanas del cinturón tropical alguna vez fueron las mismas. [39] La investigación sobre las 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 conservado en una bola de carbón: los componentes minerales, la velocidad del proceso de entierro y el grado de compresión antes de sufrir la permineralización. [40] Generalmente, las bolas de carbón resultantes de restos que tienen un entierro 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 con 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, incluida 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 muy extendidos 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 de Namur (326 a 313 millones de años) y se descubrieron en Alemania y la antigua Checoslovaquia, [1] pero sus edades generalmente varían desde el Pérmico (299 a 251 millones de años) hasta el Carbonífero Superior . [49] Algunas bolas de carbón de los EE. UU. varían en edad desde el final posterior del Westfalia (aproximadamente 313 a 304 millones de años) hasta el último Estebaniano (aproximadamente 304 a 299 millones de años). Las bolas de carbón europeas pertenecen generalmente al final de la etapa de Westfalia. [1]
En las vetas de carbón, las bolas de carbón están completamente rodeadas de carbón. [50] A menudo se encuentran dispersos al azar a lo largo de la costura en grupos aislados, [38] generalmente en la mitad superior de la costura. 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 uno de los primeros procedimientos utilizados para analizar el material fosilizado contenido en bolas de carbón. [51] El proceso requirió cortar una bola de carbón con una sierra de diamante , luego aplanar y pulir la sección delgada con un abrasivo. [52] Se pegaría a un portaobjetos y se colocaría bajo un microscopio petrográfico para su examen. [53] Aunque el proceso podría realizarse con una máquina, la gran cantidad de tiempo necesaria y la mala calidad de las muestras producidas mediante cortes finos dieron paso a un método más conveniente. [54] [55]
La técnica de sección delgada fue reemplazada por la ahora común técnica de cáscara líquida en 1928. [8] [51] [54] En esta técnica, [56] [57] [58] las cáscaras se obtienen cortando la superficie de un carbón. bola con una sierra de diamante, puliendo la superficie cortada sobre 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. De este modo se incrustan 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 al microscopio . Con este método se pueden extraer hasta 50 cáscaras de 2 milímetros (0,079 pulgadas) de bola de carbón. [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 exfoliación líquida para separar el material orgánico conservado por la bola de carbón de los minerales inorgánicos, incluido el sulfuro de hierro. Esto permite que la piel conserve su calidad durante más tiempo. [59] Las revisiones de Chitaley comienzan después de pulir la superficie de la bola de carbón hasta obtener un acabado suave. Su proceso implica esencialmente calentar y luego realizar 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 exfoliación líquida.
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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