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석탄공

Coal ball
석탄공
A greyish-brown round object with some pits and horizontal lines about the size of a cantaloupe.
석탄공
구성
과민화 플랜트 잔여물

석탄공은 불완전한 구체에서 평탄하고 불규칙한 슬라브에 이르기까지 모양이 변하는 일종의 분진이다.석탄공은 탄소를 둘러싸고 있는 많은 양의 석회암에 의해 석탄으로 변하는 것을 막았을 때 탄산암기 늪과 미레에서 형성되었다. 석회암은 그것을 대신 돌로 바꾸게 했다.이와 같이 실제로 석탄으로 만들어지지 않았음에도 불구하고, 석탄공은 실제 석탄과 비슷한 모양뿐만 아니라 비슷한 기원을 가지고 있기 때문에 그 이름을 갖게 되었다.

석탄공은 종종 탄산수 늪과 수렁 식물의 미세한 조직 구조에 대한 놀라운 기록을 보존하는데, 그렇지 않았다면 완전히 파괴되었을 것이다.그들의 독특한 탄소 식물 보존은 지질학적 과거를 연구하기 위해 석탄 공을 자르고 껍질을 벗기는 과학자들에게 귀중한 것이다.

1855년 두 명의 영국 과학자 조셉 달튼 후커와 에드워드 윌리엄 빈니가 영국에서 처음으로 석탄공에 대한 과학적 설명을 하였고, 석탄공에 대한 초기 연구가 유럽에서 실시되었다.북미산 석탄공은 1922년에 발견되어 확인되었다.석탄공은 그 후 다른 나라에서도 발견되어 수백 종의 종과 종을 발견하게 되었다.

석탄공은 북아메리카와 유라시아 전역의 석탄 솔기에서 발견될 수 있다.북미의 석탄공은 유럽에 비해 지층적으로나 지질학적으로 널리 퍼져 있다.가장 오래된 것으로 알려진 석탄 공은 카본리퍼스의 나무리아 단계에서부터 유래되었다; 그것들은 독일과 옛 체코슬로바키아 영토에서 발견되었다.

과학계에 대한 소개와 형성

Portrait of Sir Joseph Dalton Hooker
에드워드 윌리엄 비니와 함께 석탄 공에 대해 가장 먼저 보고한 조셉 달튼 후커 경

석탄 공에 대한 최초의 과학적 설명은 1855년 조셉 달튼 후커 경과 에드워드 윌리엄 비니에 의해 만들어졌는데, 그는 영국 요크셔와 랭커셔의 석탄 솔기의 예를 보고했다.유럽의 과학자들은 초기 연구의 많은 부분을 했다.[1][2]

북아메리카의 석탄공은 1922년 아돌프 칼 노에(길버트 캐디에[3][5] 의해 석탄공이 발견된 후)가 평행선을 그을 때까지 유럽 석탄공과의 연결이 이루어지지 않았지만 1894년 아이오와 석탄침대에서 처음 발견되었다.[3][4][2]노에의 작품은 석탄 공에 대한 관심을 다시 불러일으켰고, 1930년대에 이르러서는 석탄 공들을 찾기 위해 유럽에서 일리노이 분지로 가는 고생물학자들을 끌어들였다.[6]

비록 주제가 대부분 투기이긴 하지만 석탄공의 형성을 설명하려는 두 가지 이론이 있다.[7]

상황 이론의 지지자들은 현재 위치의 유기 물질에 근접한 곳에서 매장 직후에 영구적인 생성을 거쳤다고 믿는다. 즉, 광물이 유기 물질로 스며들어 내부 주물을 형성했다.[8][9]용해된 미네랄 함량이 높은 물은 식물 물질과 함께 이탄 굴에 묻혔다.용해된 이온이 결정화되면서 광물 물질이 분출되었다.이로 인해 식물성 물질이 함유된 콘크리트가 둥근 돌덩어리로 형성되어 보존되었다.따라서 석탄화는 방지되었고, 피트는 보존되어 결국 석탄공이 되었다.[10]대부분의 석탄덩어리는 유연탄과 무연탄탄으로 되어 있는데,[11] 이 석탄덩어리가 물질을 석탄으로 만들 정도로 충분히 압축되지 않은 곳에서 발견된다.[10]

마리 스톱스와 데이비드 왓슨은 석탄공 샘플을 분석해 석탄공이 자리에서 형성된다고 판단했다.이들은 석탄덩어리의 형성을 위해 필요하다고 보고 바닷물과의 상호작용의 중요성을 강조했다.[12]상황 이론의 일부 지지자들은 스톱스와 왓슨이 여러 개의 석탄 공을 통해 확장되는 식물 줄기를 발견한 것은, 표류 이론이 스톱스와 왓슨의 관측을 설명하지 못한다고 말하면서, 그 자리에서 석탄 공이 형성되었다는 것을 보여준다고 믿는다.그들은 또한 몇몇 석탄 덩어리 바깥으로 돌출된 유기 물질의 깨지기 쉬운 조각들을 인용하며, 만약 표류 이론이 맞다면, 그 돌출부들은 파괴되었을 것이고,[13] 어떤 큰 석탄덩어리는 애초에 결코 운반될 수 없었을 만큼 충분히 크다고 주장한다.[14]

표류 이론은 유기 물질이 현재의 위치나 그 근처에서 형성되지 않았다고 주장한다.오히려 석탄공이 될 물질이 홍수나 폭풍을 이용해 다른 장소에서 운반됐다고 주장한다.[15]Sergius Mamay와 Ellis Yochelson과 같은 표류 이론의 일부 지지자들은 석탄 공에 해양 동물의 존재가 입증된 물질이 해양에서 비해양 환경으로 이동되었다고 믿었다.[16]에드워드 C.제프리는 상황 이론에 "좋은 증거가 없다"고 진술하면서, 석탄 공이 종종 공터에 수송되고 침전되어 형성된 물질을 포함하기 때문에 수송 물질에서 석탄 공이 형성될 가능성이 높다고 믿었다.[17]

내용물

Plate-like entities relatively larger than surrounding structures that resemble small bubbles.
칼카이트(중간)와 돌로마이트(상하)는 석탄공에서 발견되는 흔한 물질이다.

석탄 공은 석탄으로 만들어지지 않는다;[18][19] 그것들은 불연성이고 연료에 쓸모가 없다.석탄공은 칼슘이 풍부한 과민화 생명체로서 대부분 칼슘과 마그네슘 탄산염, 피라이트, 석영 등을 함유하고 있다.[20][21][22]석고, 일라이트, 카올리나이트, 레피도크로카이트를 포함한 다른 광물들도 적은 양이지만 석탄 공에 나타난다.[23]석탄공은 보통 사람의 주먹만한 크기지만, 호두의 크기부터 직경 1m에 이르는 등 크기가 크게 다르다.[24][25]심블보다 작은 석탄덩어리가 발견되었다.[19]

석탄공은 보통 여러 부패 단계에서 돌로미트, 아라곤산염, 유기물 덩어리를 함유하고 있다.[10]후커와 빈니는 석탄공을 분석하여 "침엽수목재 ...와 양치류 앞부분의 부족"을 발견했고, 발견된 식물 물질이 "그것을 생산한 식물에서 떨어졌을 때와 같이 [배열된] 것으로 보인다"고 언급했다.[26]석탄공은 보통 식물의 잎을 보존하지 않는다.[27]

1962년 세르기우스 마마이(Sergius Mamay)와 엘리스 요켈슨은 북아메리카 석탄공을 분석했다.[28]그들의 해양 유기체 발견으로 인해 석탄 공의 분류는 식물 물질만을 포함하는 정상(때로는 꽃이라고도 함), 동물 화석만을 포함하는 파우날, 그리고 식물과 동물 물질을 모두 포함하는 혼합의 세 가지 유형으로 분류되었다.[29]혼합 석탄 공은 식물과 동물 물질이 뚜렷이 분리되었던 이질적인 물질로 더 세분된다; 그리고 동질적으로 분리되어 그러한 분리가 결여되어 있다.[30]

보존

석탄 볼의 보존 품질은 보존되지 않는 것에서부터 세포 구조를 분석할 수 있는 것까지 다양하다.[9]어떤 석탄덩어리는 [31]뿌리털, [32]꽃가루, 포자가 보존되어 있으며,[32] '좀더 완벽히 보존되어 있다'[33]고 설명되어 있는데, 여기에는 '식물'이 아니라 '식물' 자체가 들어 있다.[34]다른 것들은 석탄공이 되기 전에 유기 물질이 변질되어 "식물적으로 가치가 없는"[35] 것으로 밝혀졌다.[36]내용물이 잘 보존된 석탄공은 고생물학자들에게 유용하다.[37]그들은 식물의 지리적 분포를 분석하는데 사용되어왔다. 예를 들어, 열대 벨트의 우크라이나 식물과 오클라호만 식물이 한때 같았다는 증거를 제공했다.[38]석탄공에 대한 연구도 130여 종, 350여 종의 발견으로 이어졌다.[1]

광물 성분, 매몰 공정 속도, 압축 정도 등 세 가지 요인이 석탄 볼에 보존된 물질의 품질을 결정한다.[39]대부분의 석탄 덩어리에는 식물이 거의 항상 서로 다른 부패와 붕괴의 징후를 보이기는 하지만, 일반적으로, 거의 붕괴와 부패가 거의 없는 빠른 매장량을 가진 잔해에서 비롯되는 석탄덩어리는 더 잘 보존된다.[10]황화 철분이 함유된 석탄공은 마그네슘이나 탄산칼슘에 의해 과민화 된 석탄덩어리보다 보존율이 훨씬 낮아 황화 철은 '석탄공 사냥꾼의 최고 저주'[31]라는 칭호를 얻었다.[10][40][41]

분배

일리노이 남부에서 온 석탄 공

석탄공은 영국에서 처음 발견되었고,[42] 후에 호주,[15][43] 벨기에, 네덜란드, 구 체코슬로바키아, 독일, 우크라이나,[44] 중국,[45] 스페인을 포함한 세계의 다른 지역에서도 발견되었다.[46]그들은 또한 유럽에 비해 지리적으로 널리 퍼져있는 북아메리카에서 마주쳤다.[1] 미국에서는 캔자스에서 일리노이 분지, 애팔래치아 지역까지 석탄공이 발견되었다.[32][47]

가장 오래된 석탄공은 나무리아기 초기(326~313 mya)부터 독일과 옛 체코슬로바키아에서 발견되었으나,[1] 이들의 연령은 일반적으로 페름기(299~251 mya)부터 상부 카본리퍼까지 다양하다.[48]미국의 일부 석탄공은 서팔리안(약 313~304 mya)의 후반기부터 스테파니안(약 304~299 mya)까지 연령에 따라 다르다.유럽의 석탄공은 일반적으로 서팔리안 스테이지의 초기 끝에서 나온 것이다.[1]

석탄 솔기에서는 석탄덩어리가 석탄에 완전히 둘러싸여 있다.[49]그것들은 종종 솔기 전체에 랜덤하게 흩어져 있는, 주로 솔기 윗부분에서 고립된 그룹으로 발견된다.[37]그들의 석탄 솔기는 극히 산발적이거나 규칙적일 수 있다; 많은 석탄 솔기는 석탄 볼이 없는 반면,[18][41] 다른 많은 석탄 솔기는 광부들이 그 지역을 완전히 피하는 것으로 밝혀졌다.[47]

분석 방법

A number of thin web-like sheets greatly overlapping each other in one place, in others less. The section of the coal ball resembles broken glass. A thick, dark line can be seen.
석회석 결정을 묘사한 식물 줄기의 얇은 부분.

얇은 단면화는 석탄덩이에 포함된 화석화된 물질을 분석하기 위해 사용된 초기 절차였다.[50]그 과정은 다이아몬드 톱으로 석탄 공을 자른 다음, 얇은 부분을 연마재로 평평하게 하고 광을 내야 했다.[51]그것은 미끄럼틀에 붙어서 검사를 위해 석유 현미경 아래에 놓였다.[52]기계로 공정을 할 수 있었지만, 많은 시간이 필요했고 얇은 단면으로 생산된 샘플의 품질이 좋지 않아 더욱 편리한 방법이 되었다.[53][54]

얇은 단면 기법은 1928년에 지금의 흔한 액체-펠 기법으로 대체되었다.[7][50][53]이 기법에서는 다이아몬드 톱으로 석탄공의 표면을 자르고, 실리콘 카바이드로 유리판의 절단면을 분쇄하여 부드럽게 마무리하고, 절단면과 표면을 염산으로 에칭하여 얻을 수 있다.[55][56][57][54]산은 석탄덩어리의 광물질을 용해시켜 식물세포의 층을 남긴다.아세톤을 바른 후, 아세트산 셀룰로오스 한 조각을 석탄 볼 위에 놓는다.이것은 석탄공에 보존된 세포들을 셀룰로오스 아세테이트에 주입한다.건조 시 셀룰로오스 아세테이트를 면도기로 석탄공에서 제거할 수 있고, 얻은 껍질은 산도가 낮은 얼룩으로 얼룩져 현미경으로 관찰할 수 있다.이 방법으로 2밀리미터(0.079인치)의 석탄공에서 최대 50개의 펠을 추출할 수 있다.[54]

그러나, 만약 그들이 황화 철을 함유한다면, 그 껍질은 시간이 지남에 따라 저하될 것이다.슈야 치탈레이는 석탄공이 보존하는 유기물질과 황화 철을 포함한 무기광물을 분리하는 액상피엘 기법을 개정하여 이 문제를 해결했다.이것은 껍질이 더 오랫동안 품질을 유지할 수 있게 한다.[58]치탈리의 개정은 석탄볼 표면을 연마하여 매끄러운 마무리를 한 후에 시작한다.그녀의 과정은 본질적으로 열을 가한 다음 자일렌의 파라핀 용액을 석탄 공에 여러 번 사용하는 것을 수반한다.이후 적용할 때마다 왁스가 석탄덩어리에 완전히 스며들 수 있도록 자일렌에 더 많은 파라핀이 함유되어 있다.석탄공에 질산, 그리고 아세톤을 바른다.[59]그 뒤를 이어 다시 액상 껍질 기법으로 합쳐진다.

X선 분말 회절은 석탄공을 분석하는 데도 사용되었다.[60]미리 결정된 파장의 X선은 샘플을 통해 보내져 그 구조를 검사한다.이는 검사된 물질의 결정 구조, 화학적 구성 및 물리적 특성에 대한 정보를 보여준다.X선 패턴의 산란 강도를 관찰하고 분석하며, 입사각과 산란각, 편광, 파장 또는 에너지로 구성된 측정값으로 구성된다.[61]

참고 항목

참조

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참고 문헌 목록

추가 읽기