Kullball - Coal ball

Kullball
Et gråbrunt rundt objekt med noen groper og horisontale linjer omtrent på størrelse med en cantaloupe.
En kullkule
Sammensetning
Permineraliserte planterester

En kullkule er en type konkresjon , som varierer i form fra en ufullkommen sfære til en flatliggende, uregelmessig plate. Kullkuler ble dannet i sumpene og myrene i karbonperioden , da torv ble forhindret fra å bli til kull av den høye mengden kalsitt som omgir torven; kalsitten førte til at den ble omgjort til stein i stedet. Som sådan, til tross for at den faktisk ikke er laget av kull , skylder kullkulen navnet sitt til den samme opprinnelsen, så vel som den lignende formen med faktisk kull.

Kullkuler bevarer ofte en bemerkelsesverdig oversikt over den mikroskopiske vevstrukturen til karbonmyr- og myrplanter, som ellers ville ha blitt fullstendig ødelagt. Deres unike bevaring av karbonplanter gjør dem verdifulle for forskere som kutter og skreller kullkuler for å forske på den geologiske fortiden.

I 1855 laget to engelske forskere, Joseph Dalton Hooker og Edward William Binney , den første vitenskapelige beskrivelsen av kullkuler i England, og den første forskningen på kullballer ble utført i Europa. Nordamerikanske kullkuler ble oppdaget og identifisert i 1922. Kullkuler har siden blitt funnet i andre land, noe som førte til oppdagelsen av hundrevis av arter og slekter .

Kullkuler kan bli funnet i kullsømmer over hele Nord -Amerika og Eurasia . Nordamerikanske kullkuler er mer utbredt, både stratigrafisk og geologisk, enn de i Europa. De eldste kjente kulkullene stammer fra Namur -stadiet i karbonet ; de ble funnet i Tyskland og på territoriet til det tidligere Tsjekkoslovakia.

Introduksjon til den vitenskapelige verden og formasjon

Portrett av Sir Joseph Dalton Hooker
Sir Joseph Dalton Hooker, som sammen med Edward William Binney var den første som rapporterte om kullballer

Den første vitenskapelige beskrivelsen av kullkuler ble laget i 1855 av Sir Joseph Dalton Hooker og Edward William Binney , som rapporterte om eksempler i kullsømmene i Yorkshire og Lancashire , England. Europeiske forskere gjorde mye av den tidlige forskningen.

Kullkuler i Nord -Amerika ble først funnet i Iowa kullsømmer i 1894, selv om forbindelsen til europeiske kullkuler ikke ble gjort før Adolf Carl Noé (hvis kullkule ble funnet av Gilbert Cady) trakk parallellen i 1922. Noés arbeid fornyet interessen for kullkuler, og på 1930 -tallet hadde de trukket paleobotanister fra Europa til Illinois -bassenget på jakt etter dem.

Det er to teorier - den autoktoniske ( in situ ) teorien og den alloktoniske (drift) teorien - som forsøker å forklare dannelsen av kullkuler, selv om emnet for det meste er spekulasjoner.

Tilhengere av in situ -teorien tror at organisk materiale i nærheten av sin nåværende beliggenhet akkumulerte seg i nærheten av en torvmyr, og kort tid etter begravelsen gjennomgikk permineralisering  - mineraler sivet inn i det organiske stoffet og dannet en intern støping. Vann med høyt oppløst mineralinnhold ble begravet med plantematerialet i en torvmyr. Etter hvert som de oppløste ionene krystalliserte, falt det ut av mineralstoffet. Dette forårsaket at betong som inneholder plantemateriale dannes og bevares som avrundede klumper av stein. Koalisering ble dermed forhindret, og torven ble bevart og ble til slutt en kullkule . Flertallet av kullkuler finnes i bituminøse og antrasittkullsømmer , på steder der torven ikke ble komprimert tilstrekkelig til å gjøre materialet til kull.

Marie Stopes og David Watson analyserte kullkuleprøver og bestemte at kullkuler dannet in situ . De understreket viktigheten av samspill med sjøvann, og mente at det var nødvendig for dannelse av kullkuler. Noen tilhengere av in situ -teorien mener at Stopes og Watsons oppdagelse av en plantestamme som strekker seg gjennom flere kullkuler viser at kullkuler dannet in situ , og sier at driftsteorien ikke klarer å forklare Stopes 'og Watsons observasjon. De siterer også skjøre biter av organisk materiale som projiserer utenfor noen kullkuler, og hevder at hvis driftsteorien var riktig, ville anslagene blitt ødelagt, og noen store kullkuler er store nok til at de aldri kunne ha blitt transportert i første plass.

Driftsteorien mener at det organiske materialet ikke dannet seg i eller i nærheten av det nåværende stedet. Den slår heller fast at materialet som skulle bli en kullkule ble transportert fra et annet sted ved hjelp av en flom eller en storm. Noen tilhengere av driftsteorien, som Sergius Mamay og Ellis Yochelson , mente at tilstedeværelsen av marine dyr i kullkuler viste at materiale ble transportert fra en marine til et ikke-marint miljø. Edward C. Jeffrey, og uttalte at in situ -teorien ikke hadde "noe godt bevis", mente at dannelsen av kullkuler fra transportert materiale sannsynligvis var fordi kullkuler ofte inkluderte materiale dannet ved transport og sedimentering i åpent vann.

Innhold

Platelignende enheter relativt større enn omgivende strukturer som ligner små bobler.
Kalsitt (midten) og dolomitt (topp og bunn) er vanlige materialer som finnes i kullkuler.

Kullkuler er ikke laget av kull; de er ikke brannfarlige og ubrukelige for drivstoff. Kull baller er kalkholdige permineralised livsformer, for det meste inneholdende kalsium- og magnesium -karbonater , pyritt og kvarts . Andre mineraler, inkludert gips , illitt , kaolinitt og lepidocrocite , vises også i kullkuler, om enn i mindre mengder. Selv om kullkuler vanligvis er omtrent på størrelse med en manns knyttneve, varierer størrelsene veldig, alt fra en valnøtt opp til 1 fot i diameter. Det er funnet kullkuler som var mindre enn en fingerbøl .

Kullkuler inneholder vanligvis dolomitter , aragonitt og masser av organisk materiale på forskjellige stadier av nedbrytning . Hooker og Binney analyserte en kullkule og fant "mangel på nåletre ... og bregner av bregner" og bemerket at det oppdagede plantematerialet "ser ut [har] blitt arrangert] akkurat som de falt fra plantene som produserte dem". Kullkuler bevarer vanligvis ikke plantens blader .

I 1962 analyserte Sergius Mamay og Ellis Yochelson nordamerikanske kullballer. Oppdagelsen av marine organismer førte til klassifisering av kullkuler ble sortert i tre typer: normal (noen ganger kjent som blomster), som bare inneholdt plantemateriale; faunal, som bare inneholder dyrefossiler ; og blandet, inneholdende både plante- og animalsk materiale. Blandede kullkuler blir videre delt inn i heterogene, der plante- og dyrematerialet ble tydelig skilt; og homogen, mangler den separasjonen.

Bevaring

Bevaringskvaliteten i kullkuler varierer fra ingen konservering til det er i stand til å analysere mobilstrukturene. Noen kullkuler inneholder bevarte rothår, pollen og sporer, og beskrives som "mer eller mindre perfekt bevart", som inneholder "ikke det som pleide å være planten", men snarere selve planten. Andre har blitt funnet å være "botanisk verdiløse", med det organiske stoffet som har forverret seg før det ble en kullball. Kullkuler med godt bevart innhold er nyttige for paleobotanister. De har blitt brukt til å analysere den geografiske fordelingen av vegetasjon: for eksempel å bevise at ukrainske og oklahomanske planter i det tropiske beltet en gang var de samme. Forskning på kullballer har også ført til oppdagelsen av mer enn 130 slekter og 350 arter .

Tre hovedfaktorer bestemmer kvaliteten på konserverte materialer i en kullkule: mineralbestanddelene, hastigheten på begravelsesprosessen og komprimeringsgraden før den gjennomgår permineralisering. Vanligvis bevares kullkuler som følge av rester som har en rask begravelse med lite forfall og trykk bedre, selv om plantrester i de fleste kullkuler nesten alltid viser forskjellige tegn på forfall og kollaps. Kullkuler som inneholder mengder jernsulfid har langt lavere konservering enn kullkuler permineralisert av magnesium eller kalsiumkarbonat, noe som har gitt jernsulfid tittelen "hovedforbannelse for kullkulejegeren".

Fordeling

En kullkule fra Sør -Illinois

Kullkuler ble først funnet i England, og senere i andre deler av verden, inkludert Australia, Belgia, Nederland, det tidligere Tsjekkoslovakia , Tyskland, Ukraina, Kina og Spania. De ble også møtt i Nord -Amerika, hvor de er geografisk utbredt sammenlignet med Europa; i USA er det funnet kullballer fra Kansas til Illinois -bassenget til Appalachian -regionen .

De eldste kullballene var fra den tidlige enden av Namurian -stadiet (326 til 313 mya) og ble oppdaget i Tyskland og tidligere Tsjekkoslovakia, men deres alder varierer vanligvis fra Perm (299 til 251 mya) til Upper Carboniferous . Noen kullkuler fra USA varierer i alder fra den senere enden av Westphalian (omtrent 313 til 304 mya) til den senere Stephanian (omtrent 304 til 299 mya). Europeiske kullballer er vanligvis fra den tidlige enden av Westphalian Stage.

I kullsømmer er kullkuler helt omgitt av kull. De blir ofte funnet tilfeldig spredt over sømmen i isolerte grupper, vanligvis i den øvre halvdelen av sømmen. Deres forekomst i kullsømmer kan enten være ekstremt sporadisk eller vanlig; Det er funnet at mange kullsømmer ikke inneholder noen kullkuler, mens andre har funnet å inneholde så mange kullkuler at gruvearbeidere unngår området helt.

Analytiske metoder

En rekke tynne nettlignende ark overlapper hverandre sterkt på ett sted, andre mindre. Delen av kullkulen ligner knust glass. En tykk, mørk linje kan sees.
En tynn del av en plantestamme som viser kalsittkrystaller.

Tynn snitting var en tidlig prosedyre som ble brukt til å analysere fossilisert materiale som finnes i kullkuler. Prosessen krevde å kutte en kullkule med en diamantsag , deretter flate og polere den tynne delen med et slipemiddel. Det ville bli limt til et lysbilde og plassert under et petrografisk mikroskop for undersøkelse. Selv om prosessen kunne utføres med en maskin, ga den store mengden tid som trengs og den dårlige kvaliteten på prøver produsert ved tynn seksjonering vei for en mer praktisk metode.

Tynnseksjonsteknikken ble erstattet av den nå vanlige væskeskallteknikken i 1928. I denne teknikken oppnås skreller ved å kutte overflaten på en kullkule med en diamantsag, sliping av kuttoverflaten på en glassplate med silisiumkarbid til en jevn finish, og etsning av snittet og overflaten med saltsyre . Syren løser opp mineralstoffet fra kullkulen og etterlater et utstikkende lag planteceller. Etter påføring av aceton legges et stykke celluloseacetat på kullkulen. Dette legger cellene som er bevart i kullkulen inn i celluloseacetatet. Ved tørking kan celluloseacetatet fjernes fra kullkulen med en barberhøvel, og det oppnådde skallet kan beises med en syre med lav surhet og observeres under et mikroskop . Opptil 50 skreller kan ekstraheres fra 2 millimeter (0,079 in) kullkule med denne metoden.

Skallene vil imidlertid nedbrytes over tid hvis de inneholder noe jernsulfid ( pyritt eller marcasitt ). Shya Chitaley løste dette problemet ved å revidere væskeskallteknikken for å skille det organiske materialet som ble bevart av kullkulen fra de uorganiske mineralene, inkludert jernsulfid. Dette gjør at skallet kan beholde kvaliteten over lengre tid. Chitaleys revisjoner begynner etter å ha slipet overflaten av kullkulen til en jevn finish. Hennes prosess innebærer i hovedsak oppvarming og deretter flere applikasjoner av løsninger av parafin i xylen til kullkulen. Hver påfølgende påføring har en større konsentrasjon av parafin i xylen slik at voksen kan gjennomsyre kullkulen fullstendig. Salpetersyre , og deretter aceton , påføres kullkulen. Etter det smelter prosessen tilbake til teknikken for flytende skrell.

Røntgenpulverdiffraksjon har også blitt brukt til å analysere kullkuler. Røntgenstrålene med en forhåndsbestemt bølgelengde sendes gjennom en prøve for å undersøke dens struktur. Dette avslører informasjon om krystallografisk struktur, kjemisk sammensetning og fysiske egenskaper til det undersøkte materialet. Den spredte intensiteten til røntgenmønsteret observeres og analyseres, med målingene som består av innfallende og spredt vinkel, polarisering og bølgelengde eller energi.

Se også

Referanser

Bibliografi

Videre lesning