지구 온난화의 주요 원인인 석탄이 형성되는 과정과 기간

석탄이 형성되는 데에는 수억 년은 아니더라도 수천만 년 이상 소요됩니다. 결국 그것은 모두 화석화되는, 살아있는 식물로부터 시작됩니다. 인간은 수천 년 동안 석탄을 태워 왔습니다. 산업 혁명 이후 석탄은 전력과 지구 온난화의 주요 원인이 되었습니다. 과학자들은 석탄의 먼 과거와 이것이 어떻게 형성되는지 연구함으로써 다양한 석탄이 연소될 때 예상되는 결과에 대해 알아낼 수 있었습니다. 석탄은 늪 식물이 묻히고 압축되고 가열돼 퇴적암이 될 때 형성됩니다. 이 과정을 석탄화라고 합니다. 켄터키 대학의 석유 학자인 제임스 하워는 "기본적으로 석탄은 화석화된 식물"이라며 입을 열었습니다. 하워는 "이러한 식물 화석의 생성은 지질학적으로 많은 우연을 수반한다"라고 덧붙였습니다.

 

석탄 형성은 살아있는 식물에서 시작됩니다. 하워는 "나무가 아직 살아 있을 때 불에 타서 손상을 입거나 곤충의 침입을 받을 수 있는데 이 모든 것들은 석탄 기록에 나타날 것"이라고 설명했습니다. 석탄에 있는 꽃가루, 나뭇잎, 뿌리, 심지어 벌레 배설물의 흔적은 고대 생태계를 재구성하는 데 사용될 수 있습니다. 실제로 화재 피해는 고대 기후에 대한 단서를 제공했습니다. 석탄이 조금이라도 보존된다면 이것은 전반적인 환경에 대해 뭔가를 말해 주는 것입니다. 산 경사면이나 사막에 있는 식물은 이러한 환경이 이탄 형성에 도움이 되지 않기 때문에 석탄이 될 가능성이 없습니다. 이에 따라 우리가 볼 수 있는 모든 석탄 중 매우 높은 비율은 늪에서 나온 것으로 해석할 수 있습니다. 습지에서 식물이 죽으면 물로 덮여 산소로부터 보호되기 때문에 결과적으로 마른 땅에서처럼 빨리 부패하지 않습니다. 대신 식물은 늪의 축축한 바닥에 이탄층을 쌓습니다. 때로 석탄의 전조가 되기도 하는 이탄은 오랜 역사를 가지고 있습니다. 이탄에는 곤충과 곰팡이, 박테리아, 굴을 파는 나무뿌리 등이 서식하며, 이 모두는 토탄화라는 과정에서 식물을 분해하는 데 도움이 됩니다. 하워는 "우리가 석탄에서 볼 수 있는 모든 층은 수십 년, 수백 년, 수천 년의 산물일 수 있다"라고 이야기했습니다.

 

물에서 이탄으로 스며들거나 화학 반응을 통해 형성되는 미네랄도 석탄에서 포착됩니다. 켄터키 동부의 내화점토 석탄에는 수백만 년 전 화산 폭발로 인한 희토류 원소가 포함되어 있습니다. 미국 에너지부는 현재 태양광 패널, 풍차 및 배터리에 사용하기 위해 석탄 폐기물에서 이러한 원소를 추출하는 기술에 자금을 지원하고 있습니다. 하지만 석탄에 함유된 광물은 종종 문제를 일으킵니다. 예를 들어, 바닷물에 노출된 이탄에는 가끔씩 더 많은 황이 포함되어 있습니다. 유황을 사용해 석탄을 태우는 작업은 인적 비용이 추가로 발생합니다. 석탄을 채굴하는 것과 석탄 연기를 흡입하는 것은 모두 일반적으로 위험하지만, 고유황 석탄은 광산에서 자연 발화할 가능성이 더 높으며 심장병과 연관될 수도 있습니다. 하지만 모든 이탄이 석탄으로 변하는 것은 아닙니다. 이들 중 일부는 침식되거나 건조되며 석탄화 과정을 시작하기 위해서는 이탄을 넓은 강의 삼각주에서 나온 미사와 같은 무기물로 덮어야 합니다. 하워는 쌓인 퇴적층을 언급하면서 "수백만 년에 걸쳐 왔다 갔다 하는 강이 결국 퇴적 시스템이 된다"라고 부연했습니다.

 

지질학적 시간이 지나면서 산은 침식되어 강 계곡을 채우고 그 위에는 숲이 자랍니다. 수백만 년이 지나면서 새로운 산이 솟아오르면 이탄은 수천 년 동안 압력과 열이라는 두 가지 요소로 인해 분해되고 점차 석탄으로 변합니다. 이러한 과정을 거친 대부분 석탄의 나이는 6천만 년에서 3억 년 사이입니다. 압력은 이탄을 더욱 고밀도로 만듭니다. 열은 탄수화물이나 셀룰로오스와 같이 식물에서 인식할 수 있는 분자를 재구성하고 산소와 수소를 방출해 탄소와 기타 원소를 남겨둡니다. 매우 깊게 묻혀 있는 석탄은 지구의 핵에 더 가깝기 때문에 더 높은 온도를 경험합니다. 그러나 지열은 화산, 온천, 간헐천을 통해 지구 표면으로 올 수도 있습니다. 압력과 열의 양은 일반적으로 석탄의 등급을 결정합니다. 즉, 석탄이 질척이는 이탄으로부터 단단한 암석까지 이동하는 과정에서 얼마나 멀리 진행되었는지를 측정할 수 있습니다.

 

갈탄은 석탄 중 가장 낮은 등급으로, 갈탄과 아역청탄에는 여전히 알아볼 수 있는 식물 부분이 포함되어 있습니다. 역청탄과 아역청탄은 단단해질 때까지 압축되고 가열됩니다. 가장 희귀하고 높은 등급의 무연탄은 매끄럽고 윤기가 나며 변성작용이라 불리는 과정에서 액체가 될 때까지 가열되었습니다. 무연탄 등급을 달성하기 위해서는 짧은 시간 동안 높은 온도에 도달해야 하며 한 시간만 있어도 충분합니다. 무연탄은 그을음이 발생하지 않고 연소됩니다. 역사적으로 이것은 전쟁 중 탐지를 피하기 위해 석탄 동력 선박에 의해 사용되었습니다. 주로 발전에 사용되는 갈탄과 아역청탄은 연소 시 역청탄보다 약간 더 많은 이산화탄소를 방출합니다. 그러나 석탄을 지구 난방에 미치는 영향이 낮은 다른 전력원과 비교할 때 이러한 차이는 매우 작습니다. 일반적으로 석탄은 천연가스보다 킬로와트 시당 2배, 풍력에 비해 90배 많은 이산화탄소를 생성합니다. 이에 대해 하워는 "석탄 및 석탄과 관련된 산업 공정에서 배출되는 탄소는 분명히 기후에 좋지 않다"라며 "그것이 우리가 살고 있는 현실"이라 덧붙였습니다.