Węgiel – skąd się wziął?

„Możemy nazwać to czarnymi diamentami. Każdy kosz to siła i cywilizacja” – Ralph Waldo Emerson

Nazwij to czarnym diamentem. Nazwij to koszem mocy. Lub nazwij to węglem. Jest to jeden z najbardziej użytecznych zasobów naturalnych występujących na Ziemi. Składa się z materii roślinnej przekształcanej przez ciepło, ciśnienie, aktywność katalityczną i rozkład. Ale skąd wzięła się materia roślinna? To pytanie od dawna było przedmiotem kontrowersji. Większość badaczy zajmujących się węglem uważa, że pochodzi on z naturalnych nagromadzeń organicznych, takich jak torfowiska, bagna i mokradła, które zostały zakopane. Mniejszość sugeruje, że część węgla, jeśli nie większość, rozwijała się z materiału roślinnego transportowanego z innych źródeł.

W latach 1700 i na początku XIX wieku badacze Ziemi w dużej mierze utrzymywali, że węgiel pochodzi z materiałów roślinnych zakopanych podczas olbrzymiej katastrofy (Potop Noego). Osoby te wskazywały na dowody sugerujące, że formowanie węgla nie przypominało żadnych współczesnych procesów. Zauważyli, że współczesne torfowiska, mokradła i podobne obszary nie są porównywalne z pokładami węgla pod względem szerokości, głębokości oraz składu¹.

Pochówek w wyniku katastrofy czy stopniowa akumulacja?

Wraz z rozwojem uniformitaryzmu² naukowcy zaczęli wyjaśniać wszystkie zjawiska geologiczne za pomocą obserwowalnych procesów. Charles Lyell, który promował zasadę uniformitarystyczną, odwiedził niektóre regiony węglowe zarówno w Europie, jak i Ameryce Północnej³. On i inni badacze zauważyli związek pionowych skamieniałych drzew z pokładami węgla. Twierdzili, że węgiel nie może być produktem pochówku podczas ogólnoświatowej katastrofy, ponieważ wzrost drzew związanych z pokładami węgla wymagał zbyt wiele czasu (ryc. 1). Ta obserwacja i argument były ważnymi czynnikami w zmianie opinii na temat pochodzenia węgla z szybkiego zgromadzenia i pogrzebania resztek roślinnych na procesy stopniowego wzrostu, akumulacji i pochówku.

To, który pogląd wydaje się najbardziej przekonujący – pochówek w wyniku katastrofy czy stopniowa akumulacja – zależy w pewnym stopniu od paradygmatu, z jakim podchodzimy do tematu. Ponieważ autor i większość czytelników tego artykułu posiada światopogląd wynikający z uznawania autorytetu Biblii, bardziej skoncentrujemy się na dowodach, które wspierają historię biblijną. Jednak niektóre argumenty przemawiające za wzrostem i stopniową akumulacją również należy zbadać.

Większość węgla wyraźnie składa się z materii roślinnej, takiej jak pnie drzew, gałęzie, kora, liście, igły oraz zmacerowane resztki roślin. Węgle karbońskie (zwykle twardsze) składają się z paproci, widłaków, skrzypów i innych roślin niesklasyfikowanych jako rośliny nasienne (drzewa zimozielone i liściaste oraz rośliny kwitnące). Miękkie węgle (zwykle znajdujące się wyżej w kolumnie geologicznej) są głównie produktem zakopanych drzew zimozielonych i liściastych. Ponieważ węgiel wykazuje to, że składa się z resztek roślinnych, rośliny musiały rosnąć w miejscu, w którym obecnie znajduje się węgiel (autochtoniczny), lub musiały zostać przetransportowane do obecnej lokalizacji złóż węgla (allochtoniczne).

Pytania dotyczące pokładów węgla

Być może pierwszym oczywistym pytaniem, jakie można zadać, jest: „Czy pokład węgla przypomina zakopane torfowisko lub bagno?” Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy wiedzieć coś o torfowiskach i bagnach. Torfowisko zazwyczaj składa się ze specjalnego rodzaju mchu (torfowca). Inne rośliny również mogą być związane z torfem, ale dominującą rośliną jest mech torfowiec. Bagno lub mokradło może zawierać większą różnorodność typów roślin – głównie te rodzaje roślin, które kwitną w wilgotnym środowisku. W przypadku torfowisk odpowiedź na powyższe pytanie jest jednoznaczna: nie. Większość węgla zdecydowanie nie jest zakopanym torfem⁴. W przypadku mokradeł lub bagien odpowiedź nie jest tak jednoznaczna, szczególnie w przypadku węgli karbońskich. Wiele rodzajów roślin występujących w tych pokładach węgla wyginęło⁵. Nie możemy być pewni, że preferowały one środowisko podmokłe. Badanie współczesnych krewnych tych roślin wskazuje, że większość z nich nie rosła na mokradłach. Węgle z okresu od kredy do eocenu pochodziły głównie z drzew leśnych. Niektóre drzewa, takie jak cyprys, często rosną dziś na terenach bagnistych, ale wiele innych nie mogło przetrwać w takim środowisku.

Kolejnym oczywistym pytaniem jest: „Czy współczesne środowiska podmokłe są adekwatnym wzorcem dla wielkich złóż węgla?” Odpowiedź na to pytanie jest bardziej sprecyzowana i została ona wykorzystana przez wczesnych geologów do poparcia ich hipotezy o potopie. Chociaż kilka bagien i mokradeł obejmuje duże obszary, na przykład Great Dismal Swamp w Virginii w USA, wiele pokładów węgla jest znacznie bardziej rozległych. Złoże węgla Pittsburgh o powierzchni 5000 km² i średniej grubości nieco większej niż dwa metry obejmuje części stanów: Pensylwania, Ohio i Zachodnia Wirginia (USA). Appalaskie zagłębie węgla rozciąga się na około 180 000 km². Zasoby wydobywalnego węgla wynoszą tysiące milionów ton. Szacuje się, że zagłębie rzeki Powder w Wyoming w USA (30 000 km²) zawiera prawie 22 miliardy ton wydobywalnego węgla. Z kolei w Dolinie Latrobe w Australii można uzyskać, jak obliczono, 70 miliardów ton węgla. Głębokość lub grubość pokładów węgla jest jeszcze mniej porównywalna ze współczesnymi nagromadzeniami organicznymi.

Problemy teorii akumulacji

Przy bardziej szczegółowym badaniu pojawiają się problemy w teorii autochtonicznej. Niektóre węgle zawierają szczątki zwierząt – zwykle są to zwierzęta morskie⁶. Jednym z często występujących przykładów jest Spirorbis, mały zwinięty ślimak o średnicy mniejszej niż 5 mm (ryc. 2). Obecność ślimaka morskiego w warstwach torfu lub bagna uważanych za autochtoniczne nie pasuje do hipotezy uniformitarystycznej. Aby uniknąć tego problemu, mówi się, że Spirorbis w okresie karbońskim żył w środowisku słodkowodnym, mimo że w całej kolumnie geologicznej i we współczesnych oceanach powszechnie spotyka się go przyczepionego do koralowców, mięczaków i wodorostów⁷. Oczywiście ślimak morski zmieszany z węglem jest argumentem przemiawiającym za tym, że morze było zaangażowane w tworzenie się węgla.

Węgiel często wykazuje precyzyjne utrwalenie oryginalnych pozostałości organicznych. Gdyby węgiel był produktem akumulacji roślin w torfowiskach i bagnach, można by oczekiwać pewnego stopnia rozkładu. Czasami piękne skamieliny liści paproci oraz innych liści znajdują się bezpośrednio pod systemami korzeniowymi stojących skamieniałych drzew (ryc. 3). Gdyby drzewa naprawdę rosły w miejscu, w którym teraz stoją, wszelkie pozostałości organiczne, takie jak liście paproci lub inne liście, uległyby rozkładowi w czasie potrzebnym do wzrostu drzew oraz przed pochówkiem i skamienianiem.

Jeden z najsilniejszych argumentów przemawiających za tym, że węgiel stanowią pogrzebane szczątki roślin, pochodzi z „korzeni” (Stigmaria) pionowych skamieniałych drzew związanych z węglem. Są to gigantyczne widłaki z pniami o średnicy metra i wysokości do 35 metrów. Stigmaria, zwykle o średnicy kilku centymetrów i czasem o długości wielu metrów, wspomagają liczne „korzonki” (wyrostki), które wnikają w osady (ryc. 4). Pod względem wyglądu można je przyrównać do gigantycznej szczotki do butelek. Promieniste rozchodzenie się tych wyrostków do osadów uważane jest za dowód na to, że znajdowały się one w stanie wzrostu⁸.

Od początku badań nad węglem toczy się spór o naturę „korzeni” Stigmaria, ale jak dotąd nie wypracowano wyraźnego konsensusu. Współczesne widłaki (małe płożące się rośliny rzadko osiągające ponad metr wysokości) mają podziemne pełzające kłącza podobne pod względem struktury do Stigmaria gigantycznych widłaków. Ale jeśli podziemne pełzające kłącza to Stigmaria tych widłaków, gdzie w takim razie są prawdziwe korzenie? U tych kopalnych gigantów nie znaleziono żadnych. Być może te Stigmaria pełniły jednocześnie funkcję prawdziwych korzeni, jak również rozprzestrzeniały więcej pędów.

Chociaż na pierwszy rzut oka Stigmaria ze swoimi rozprzestrzeniającymi się wyrostkami wyglądają, jakby znajdowały się w stanie wzrostu, pewne szczegóły sugerują inaczej. Stigmaria to zwykle osobne kawałki niezwiązane z podstawą jakiegokolwiek drzewa. Jednak nawet te kawałki wykazują wyrostki rozpościerające się w osadach. Pnie dużych, pionowych skamieniałych widłaków są wydrążone i wypełnione osadami. Sporadycznie fragmenty Stigmaria były obmyte błotem i piaskiem, które wypełniły puste pnie⁹. W tych przypadkach wyrostki rozchodzą się promieniście na zewnątrz z miejsc, w których są przymocowane w spiralnych rzędach do Stigmaria. Najwyraźniej wyrostki były wystarczająco sztywne, aby zapobiec przewróceniu w momencie pochówku w błocie i piasku. Być może złoża łupków ilastych były szlamem błota, w którym znajdowały się kawałki Stigmaria z wyrostkami. Albo Stigmaria i wyrostki wraz z drobnymi osadami osadziły się z błotnistej zawiesiny wody. Jeśli kawałki odciętego Stigmaria były transportowane przez wodę lub błoto, mogą one wykazywać preferowane ustawienie prądu. Zgłoszono to w dwóch lokalizacjach w Nowej Szkocji, Kanadzie i Holandii¹⁰.

Chociaż problemu Stigmaria i promieniście rozchodzących się wyrostków nie można w pełni rozwiązać, to badania Stigmaria wspierają argumenty przemawiające zarówno za transportem, jak i za wzrostem na miejscu.

Przemiana resztek roślinnych w węgiel

Proces przekształcania resztek roślinnych w węgiel jest interesujący od wielu lat. W wyniku eksperymentów laboratoryjne udało się przekształcić tkankę roślinną w węgiel w ciągu roku lub krócej¹¹. Drewna używane w starożytnych kopalniach węgla, do których ludzie weszli ponownie w czasach współczesnych, czasami są zwęglone. Niedawnym ważnym odkryciem była rola gliny jako katalizatora procesu uwęglania¹². Gdyby glina była niezbędnym składnikiem do przemiany materiału roślinnego w węgiel, ogólnoświatowy potop lepiej wyjaśniałby źródło gliny niż uniformitarystyczne środowisko podmokłe.

Ilość materii roślinnej niezbędnej do wytworzenia metra węgla szacuje się na około 5–20 metrów, w zależności od twardości węgla. Współczesne nagromadzenia szczątków roślinnych (jak na torfowisku) rzadko są głębsze niż 10 do 20 metrów. Zgodnie z tą formułą torfowisko o głębokości 20 metrów wytwarzałoby od jednego do czterech metrów węgla. Wiele pokładów węgla jest znacznie grubszych. Złoża węgla o grubości 30 metrów nie są rzadkością. Niektóre mają ponad 100 metrów grubości, a w Australii znajduje się jeden o grubości ponad 240 metrów! Akumulacja materii roślinnej o grubości 1200 metrów lub większej (5 x 240) potrzebnej do wytworzenia tak grubych złóż węgla jest zadziwiająca, nawet biorąc pod uwagę model powodzi. Jednak, choć może to być niezwykłe, akumulacja resztek roślin w basenie, gdzie wszystko tonie w wyniku katastrofy, jest łatwiejsza do zwizualizowania niż tworzenie się torfowisk in situ o takich rozmiarach.

Powszechnie spotykane są następujące po sobie warstwy węgla oddzielone osadami o grubości od kilku centymetrów do kilku metrów. Jeśli te warstwy są autochtoniczne, wymagany jest sukcesywny rozwój torfowisk lub bagien jeden nad drugim na przestrzeni wieków. Torfowiska i środowiska bagienne wymagają specjalnych warunków. Wielokrotne powtarzanie takich warunków w celu wytworzenia wielu kolejnych poziomów węgla w tej samej lokalizacji jest nierealne (ryc. 5). Procesy geologiczne, które doprowadziły do zakopania jednej warstwy materii roślinnej, prawdopodobnie zniwelowałyby warunki potrzebne do wytworzenia się innego torfowiska w tym samym miejscu.

Wielokrotny transport i odkładanie zbitych mas pływających szczątków roślinnych, a następnie ich pochówek, stanowi bardziej rozsądne wyjaśnienie. Ostatnie badania sugerują, że pływy, z ich codziennym wzrostem i spadkiem wody, mogą być związane z wielokrotnym transportem i osadzaniem się zawieszonych resztek roślinnych¹³.

W dorzeczu Indiany zaobserwowałem regularne osady (uważane za wynik działania pływów) związane z typowymi cechami karbońskich osadów węglowych. Jednak codzienne fluktuacje pływów zbyt szybko osadzałyby błoto, co nie pozwoliłoby na wzrost roślin. Ich obecność w takich złożach wymaga transportu. Obserwacje pływających drzew pokazują, że przy wystarczającej ilości czasu i wody wiele z nich będzie unosić się i tonąć pionowo¹⁴.

Pogrzebanie resztek roślinnych w wyniku katastrofy oraz ich późniejsza przemiana w węgiel nie są akceptowane przez większość geologów zajmujących się węglem. Jednak dominująca teoria „torfowiska” nastręcza problemów, które pozostają bez odpowiedzi od ponad stu lat. Model powstania węgla w wyniku potopu rozwiązuje niektóre z tych problemów i dostarcza naukowo uzasadnionego wyjaśnienia pochodzenia olbrzymich ilości węgla na całym świecie.

Harold G. Coffin (doktorat na University of Southern California) był nauczycielem biologii na uczelniach w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych oraz starszym naukowcem w Geoscience Research Institute w Loma Linda w Kalifornii. Napisał wiele artykułów i kilka książek, w tym „Creation: Accident or Design?” (1969), „Earth Story” (1979) oraz „Origin by Design” (1983).

Przypisy

1. Among the first to advance the diluvial origin of fossils and sedimentary strata was Nicolaus Steno (1630-1687). In his time these were novel suggestions. Other notable deluge geologists who followed him were John Woodward (1667-1727), and Jean-Andre Deluc (1727-1817).
2. The uniformitarian interpretation of earth history established especially by James Hutton and Charles Lyell attempts to apply present rates of geological processes to the past. For instance, average rates of erosion and sedimentation seen occurring today were assumed to be satisfactory models for understanding past similar processes.
3. Charles Lyell, „On the Upright Fossil Trees Found at Different Levels in the Coal Strata of Cumberland, Nova Scotia,” Proc. Geol. Soc. London 4 (1843), pp. 176-178.
4. Wilfrid Francis, Coal, Its Formation and Composition (London: Edward Arnold Publishers Ltd., 1961).
5. A. C. Seward, Fossil Plants (New York: Hafner Pub. Co., Inc., 1898-1919, 1963).
6. Sergius Mamay and Ellis L. Yochelson, „Occurrence and Significance of Marine Animal Remains in American Coal Balls,” U. S. Geol. Surv. Prof. Papers 354-I (1961), pp. 193-224.
7. Harold G. Coffin, „A Paleoecological Misinterpretation,” Creation Res. Soc. Quart. 5 (1968), p. 85. Spirorbis (phylum Annelida) has a trochophore larva. Several other phyla also have species with trochophore larvae. No species with trochophore larvae have been found in fresh water.
8. W. E. Logan, „On the Character of the Beds of Clay Immediately Below the Coal-Seams of S. Wales,” Proc. Geol. Soc. London 3 (1842), pp. 275-277. This interesting note by Logan was one of the first to point out the abundance of stigmaria and appendages in the underclays below coal seams. Logan proposed that this clay was the soil on which the coal-producing plants originated and the stigmaria and appendages represented roots still in situ. Research since then fails to support that these clays are soils. See Leonard G. Schultz, „Petrology of Underclays,” Geol. Soc. Am. Bull. 69 (1958), pp. 363-402.
9. Richard Brown, „Section of the Lower Coal-Measures of the Sydney Coalfield, in the Island of Cape Breton,” Quart. Jour. Geol. Soc. London, 6 (1850), p. 127. While doing research in the Nova Scotia, Canada coal beds, I also documented two examples of pieces of stigmaria inside hollow stumps. See Harold G. Coffin, „Research on the Classic Joggins Petrified Trees,” Creation Res. Soc. Annual (1969), pp. 35-44, 70.
10. N. A. Rupke, „Sedimentary Evidence for the Allochthonous Origin of Stigmaria, Carboniferous, Nova Scotia,” Geol. Soc. Am. Bull. 80 (1969), pp. 2109-2114; W. F. M. Kimpe and A. A. Thiadens, „On the Occurrence of Coal Raft Above and Rhizome Inclusions in Seam Finefrau B, South Limbourg, Holland,” Proc. Third Inter. Cong. of Sedimentology, Groningen-Wageningen (1951), pp. 167-173.
11. John Larsen, „From Lignin to Coal in a Year,” Nature 31 (March 28, 1985), p. 316.
12. R. Hayatsu, et al., „Artificial Coalification Study: Preparation and Characterization of Synthetic Macerals,” Organic Geochemistry 6 (1984).
13. „Blame it on the Moon,” Scientific American, February 1989, p. 18.
14. Harold G. Coffin, „The Puzzle of the Petrified Trees,” College and University Dialogue 4:1 (1992), pp. 11-13, 30-31.

Oryginalna wersja tego artykułu została opublikowana w  College and University Dialogue 6:1 (1994): 16-19 i jest dostępna na stronie: https://dialogue.adventist.org/5/coal-how-did-it-originate. Wykorzystane za pozwoleniem.