Bola de carbón

Una bola de carbón es un tipo de concreción , cuya forma varía desde una esfera imperfecta hasta una losa plana e irregular. Estas bolas se formaron en pantanos y ciénagas del período Carbonífero , cuando la gran cantidad de calcita que rodeaba la turba impedía que se convirtiera en carbón ; en su lugar, la calcita la transformaba en piedra . Por ello, aunque no esté hecha de carbón propiamente dicho , la bola de carbón debe su nombre a su origen similar, así como a su forma parecida a la del carbón real.

Las bolas de carbón suelen conservar un registro extraordinario de la estructura microscópica de los tejidos vegetales de los pantanos y ciénagas del Carbonífero, que de otro modo se habrían destruido por completo. Esta singular conservación de las plantas del Carbonífero las convierte en un recurso valioso para los científicos, quienes las cortan y pelan 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 la investigación inicial sobre estas bolas se llevó a cabo en Europa. Las bolas de carbón norteamericanas 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 esferas de carbón en vetas de carbón de toda Norteamérica y Eurasia . Las esferas de carbón norteamericanas están más extendidas, tanto estratigráfica como geológicamente, que las europeas. Las esferas de carbón más antiguas conocidas datan del Namuriense del Carbonífero; fueron halladas 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 encontrados en los yacimientos de carbón de Yorkshire y Lancashire , Inglaterra. Científicos europeos llevaron a cabo gran parte de las primeras investigaciones. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Las bolas de carbón en Norteamérica 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 estableció hasta que Adolf Carl Noé (cuya bola de carbón fue encontrada por Gilbert Cady ^{[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]} ) estableció el paralelismo en 1922. ^{[ 2 ]} El trabajo de Noé reavivó el interés por las bolas de carbón y, para 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 (de deriva) — que intentan explicar la formación de bolas de carbón, aunque el tema es en gran parte especulativo. ^{[ 8 ]}

Los defensores de la teoría in situ creen que cerca de su ubicación actual, la materia orgánica se acumuló cerca de una turbera y, poco después de su enterramiento, sufrió 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 quedó enterrada con la materia vegetal en una turbera. A medida que los iones disueltos cristalizaron, la materia mineral precipitó. Esto provocó la formación de concreciones que contenían material vegetal y que se conservaron como terrones redondeados de piedra. De este modo, se evitó la carbonización y la turba se conservó, convirtiéndose finalmente 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 transformar el material en carbón. ^{[ 11 ]}

Marie Stopes y David Watson analizaron muestras de bolas de carbón y concluyeron que estas se formaron in situ . Hicieron hincapié en la importancia de la interacción con el agua de mar, creyendo que era necesaria para la formación de las bolas de carbón. ^{[ 13 ]} Algunos defensores de la teoría in situ creen que el descubrimiento de Stopes y Watson de un tallo vegetal que se extiende a través de varias bolas de carbón demuestra que estas se formaron in situ , afirmando que la teoría de la deriva no logra explicar la observación de Stopes y Watson. También citan fragmentos frágiles de material orgánico que sobresalen de algunas bolas de carbón, argumentando que si la teoría de la deriva fuera correcta, estas proyecciones se habrían destruido, ^{[ 14 ]} y que algunas bolas de carbón grandes son lo suficientemente grandes como para que nunca hubieran podido ser transportadas. ^{[ 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 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 fue transportado de un ambiente marino a uno no marino. ^{[ 17 ]} Edward C. Jeffrey, afirmando que la teoría in situ no tenía "buenas pruebas", 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 transporte y sedimentación en aguas abiertas. ^{[ 18 ]}

Contenido

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 cantidades menores. ^{[ 24 ]} Si bien las bolas de carbón suelen tener el tamaño del puño de un hombre, ^{[ 25 ]} sus tamaños varían enormemente, desde el de una nuez hasta 3 pies (1 m) de diámetro. ^{[ 26 ]} Se han encontrado bolas de carbón más pequeñas que un dedal . ^{[ 20 ]} 

Las bolas de carbón suelen contener dolomitas , aragonita 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 observaron que la materia vegetal descubierta "parecía [haber sido] dispuesta tal como cayó de las plantas que la 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; faunísticas, que contienen solo fósiles de animales ; y mixtas, que contienen tanto material vegetal como animal. ^{[ 30 ]} Las bolas de carbón mixtas se dividen a su vez en heterogéneas, donde el material vegetal y animal estaba claramente separado; y homogéneas, que carecen de esa separación. ^{[ 31 ]}

La calidad de conservación en las bolas de carbón varía desde ninguna 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 ]} conteniendo "no lo que solía ser la planta", sino la planta misma. ^{[ 35 ]} Otras se han encontrado "botánicamente inútiles", ^{[ 36 ]} ya que la materia orgánica se deterioró antes de convertirse en una bola de carbón. ^{[ 37 ]} Las bolas de carbón con contenido bien conservado 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 oklahomenses del cinturón tropical fueron alguna vez 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 constituyentes minerales, la velocidad del proceso de enterramiento y el grado de compresión antes de sufrir permineralización. ^{[ 40 ]} Generalmente, las bolas de carbón resultantes de restos que tienen un enterramiento rápido con poca descomposición y presión están mejor preservadas, aunque los restos vegetales 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 preservación mucho menor que las bolas de carbón permineralizadas por magnesio o carbonato de 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 posteriormente 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 del piso Namuriense (326 a 313 millones de años) y fueron descubiertas en Alemania y la antigua Checoslovaquia, ^{[ 1 ]} pero sus edades generalmente oscilan entre el Pérmico (299 a 251 millones de años) y el Carbonífero Superior . ^{[ 49 ]} Algunas bolas de carbón de EE. UU. varían en edad desde el final tardío del Westfaliense (aproximadamente 313 a 304 millones de años) hasta el final del Estefaniense (aproximadamente 304 a 299 millones de años). Las bolas de carbón europeas generalmente datan del final temprano del piso Westfaliense. ^{[ 1 ]}

En las vetas de carbón, las bolas de carbón están completamente rodeadas de carbón. ^{[ 50 ]} A menudo se encuentran dispersas aleatoriamente por toda la veta en grupos aislados, ^{[ 38 ]} generalmente en la mitad superior de la veta. Su presencia 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 la zona por completo. ^{[ 48 ]}

El corte en láminas delgadas 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 lámina 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, el gran tiempo necesario y la mala calidad de las muestras producidas por el corte en láminas delgadas dieron paso a un método más conveniente. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

La técnica de secciones delgadas fue reemplazada por la ahora común técnica de pelado líquido en 1928. ^{[ 8 ] [ 51 ] [ 54 ]} En esta técnica, ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]} los pelados 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 un acabado liso, 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 preservadas en la bola de carbón en el acetato de celulosa. Después del secado, el acetato de celulosa se puede quitar de la bola de carbón con una cuchilla y el pelado obtenido se puede teñir con un colorante de baja acidez y observar bajo un 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 cáscara líquida 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 por más tiempo. ^{[ 59 ]} Las revisiones de Chitaley comienzan después de pulir la superficie de la bola de carbón hasta obtener un acabado liso. Su proceso esencialmente implica 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 de nuevo con la técnica de cáscara 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 de incidencia y dispersión, la polarización y la longitud de onda o energía. ^{[ 62 ]}

• Madera petrificada

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