Što je geologija? Značenje i 7 važnih odgovora

geologija

Geologija je fascinantna znanost koja proučava Zemlju, materijale od kojih je napravljena, strukturu tih materijala i procese koji na njih djeluju. Uključuje proučavanje organizama koji su nastanjivali naš planet. Važan dio geologije je proučavanje načina na koji su se Zemljini materijali, strukture, procesi i organizmi mijenjali tijekom vremena.

Geologija igra važnu ulogu u društvu; njena su načela ključna za lociranje, vađenje i upravljanje prirodnim resursima; geologija se bavi procjenom utjecaja korištenja ili vađenja tih resursa na okoliš; kao i razumijevanjem i ublažavanjem učinaka prirodnih opasnosti poput potresa i vulkanske aktivnosti.

Geologija često primjenjuje informacije iz fizike i kemije na prirodni svijet, poput razumijevanja fizičkih sila u klizištu ili kemijske interakcije između vode i stijena. Pojam dolazi od grčke riječi geo, što znači Zemlja, i logos, što znači misliti ili računati.

Društvena važnost geologije

Geologija igra ključnu ulogu u tome kako koristimo prirodne resurse – bilo koji prirodni materijal koji se može izvući iz Zemlje za ekonomsku dobit. Naše razvijeno moderno društvo, kao i sva društva prije njega, ovisi o geološkim resursima. Geolozi su uključeni u vađenje fosilnih goriva, kao što su ugljen i nafta; rudarenje metala kao što su bakar, aluminij i željezo; i korištenje vodnih resursa u potocima i podzemnim rezervoarima unutar tla i stijena. Oni mogu pomoći u očuvanju ograničenih zaliha neobnovljivih resursa na našem planetu, poput nafte, čija je količina fiksna i iscrpljena potrošnjom. Geolozi također mogu pomoći u upravljanju obnovljivim resursima koji se mogu zamijeniti ili regenerirati, kao što su solarna energija ili energija vjetra i drvo.

Ekstrakcija i korištenje resursa utječe na naš okoliš, što može negativno utjecati na ljudsko zdravlje. Na primjer, izgaranjem fosilnih goriva u zrak se ispuštaju kemikalije koje su nezdrave za ljude, osobito za djecu. Rudarske aktivnosti mogu ispustiti otrovne teške metale, poput olova i žive, u tlo i vodene tokove. Naši će izbori imati učinak na Zemljin okoliš u doglednoj budućnosti. Razumijevanje preostale količine, mogućnosti ekstrakcije i obnovljivosti geoloških resursa pomoći će nam da bolje održivo upravljamo tim resursima.

Geologija također proučava prirodne opasnosti nastale geološkim procesima. Prirodne opasnosti su pojave koje su potencijalno opasne za ljudske živote ili imovinu. Nijedno mjesto na Zemlji nije potpuno slobodno od prirodnih opasnosti, pa je jedan od najboljih načina na koji se ljudi mogu zaštititi razumijevanje koje pruža geologija. Geologija može poučiti ljude o prirodnim opasnostima u nekom području i kako se na njih pripremiti. Geološke opasnosti uključuju klizišta, potrese, tsunamije, poplave, vulkanske erupcije i porast razine mora.

Konačno, geologija je mjesto gdje se druge znanstvene discipline presijecaju u konceptu poznatom kao geoznanosti. Geoznanosti ili znanost o Zemlji gleda na cijeli planet kao na kombinaciju sustava koji međusobno djeluju putem složenih odnosa.

Geoznanosti ili znanost o Zemlji

Geoznanosti se bave proučavanjem pet osnovnih sustava (ili sfera), a to su: geosfera (čvrsto tijelo Zemlje), atmosfera (plinski omotač koji okružuje Zemlju), hidrosfera (voda u svim njenim oblicima na i blizu površine Zemlje), kriosfera (smrznuti vodeni dio Zemlje) i biosfera (život na Zemlji u svim njegovim oblicima i interakcijama, uključujući čovječanstvo).

Umjesto da se geologija promatra kao izolirani sustav, interdisciplinarno polje geoznanosti proučava kako geološki procesi oblikuju ne samo svijet nego i sve sfere koje on sadrži. Proučava kako se te multidisciplinarne sfere povezuju, međusobno djeluju i mijenjaju kao odgovor na prirodne cikluse i sile koje pokreću ljudi. Koriste elemente iz fizike, kemije, biologije, meteorologije, znanosti o okolišu, zoologije, hidrologije i mnogih drugih znanosti.

Ciklus stijena

Najosnovniji pogled na Zemljine materijale je ciklus stijena, koji opisuje glavne materijale koji čine Zemlju, procese koji ih formiraju i kako su međusobno povezani. Obično počinje vrućim rastaljenim tekućim kamenjem zvanim magma ili lava. Magma se formira ispod Zemljine površine u kori ili plaštu. Lava je rastaljena stijena koja izbija na površinu Zemlje. Kada se magma ili lava ohlade, očvrsnu kroz proces koji se zove kristalizacija u kojem minerali rastu unutar magme ili lave. Nastale stijene su magmatske stijene.

što je geologija
Vulkanske bazaltne stijene Rubini Rock, Franz Josef Land, Rusija

Magmatske stijene, kao i druge vrste stijena na Zemljinoj površini, izložene su trošenju i eroziji, što proizvodi sedimente. Trošenje je fizičko i kemijsko razlaganje stijena na manje fragmente. Erozija je uklanjanje tih fragmenata s njihovog izvornog mjesta. Razbijeni i preneseni fragmenti ili zrnca smatraju se sedimentima, kao što su šljunak, pijesak, mulj i glina. Ti se sedimenti mogu prenositi potocima i rijekama, oceanskim strujama, ledenjacima i vjetrom.

Sedimenti se odmaraju u procesu poznatom kao taloženje. Kako se taloženi sedimenti nakupljaju – često pod vodom, kao u plitkom morskom okolišu – stariji sedimenti bivaju zatrpani novim naslagama. Naslage su zbijene težinom sedimenata koji leže iznad, a pojedinačna zrnca su zajedno cementirana mineralima u podzemnoj vodi. Ovi procesi zbijanja i cementacije nazivaju se litifikacija. Litificirani sedimenti smatraju se sedimentnim stijenama, poput pješčenjaka i škriljevca. Druge sedimentne stijene nastaju izravnim kemijskim taloženjem minerala, a ne erodiranim sedimentima, i poznate su kao kemijske sedimentne stijene.

Već postojeće stijene mogu se transformirati u metamorfne stijene; meta- znači promjena i -morphos znači oblik. Kada su stijene podvrgnute ekstremnim porastima temperature ili tlaka, mineralni kristali se povećavaju ili mijenjaju u potpuno nove minerale sa sličnim kemijskim sastavom. Visoke temperature i pritisci javljaju se u stijenama zakopanim duboko unutar Zemljine kore ili u stijenama koje dolaze u dodir s vrućom magmom ili lavom. Ako uvjeti temperature i tlaka otope stijene kako bi se stvorila magma i lava, ciklus stijena počinje iznova stvaranjem novih stijena. Geologija prati ove promjene kroz dugu povijest planeta.

Tektonika ploča i slojevi Zemlje

Revolucija je riječ koja se obično rezervira za značajne političke ili društvene promjene. Nekoliko od tih revolucija ideja natjeralo je znanstvenike da preispitaju cijelo svoje područje, pokrećući promjenu paradigme koja je uzdrmala njihovo konvencionalno znanje. Knjiga Charlesa Darwina o evoluciji, O postanku vrsta, objavljena 1859. godine; Gregor Mendeljevo otkriće genetskih principa nasljeđivanja 1866. godine; a model za strukturu DNK Jamesa Watsona, Francisa Cricka i Rosalinde Franklin iz 1953. učinili su to za biologiju. Koncepti relativnosti i kvantne mehanike Alberta Einsteina u ranom dvadesetom stoljeću učinili su isto za Newtonovu fiziku.

Koncept tektonike ploča bio je jednako revolucionaran za geologiju. Teorija tektonike ploča pripisuje stvaranje potresa, planina i vulkana kretanju masivnih dijelova vanjskih slojeva Zemlje. Mnogi procesi na Zemlji imaju više smisla kada se promatraju kroz leću tektonike ploča.

Teorija tektonike ploča temeljno je ujedinjujuće načelo geologije i ciklusa stijena. Tektonika ploča opisuje kako se Zemljini slojevi pomiču jedan u odnosu na drugi, fokusirajući se na tektonske ili litosferne ploče vanjskog sloja. Tektonske ploče plutaju, sudaraju se, klize jedna pored druge i razdvajaju se na pokretnom sloju koji se nalazi ispod njega i zove se astenosfera. Glavni oblici reljefa nastaju na granicama ploča, a stijene unutar tektonskih ploča kreću se kroz ciklus stijena.

geologija znanost
Euroazijska i Sjevernoamerička tektonska ploča, Nacionalni park Thingvellir, Island

Tri glavna geološka sloja Zemlje mogu se kategorizirati prema kemijskom sastavu: kora, plašt i jezgra. Kora je vanjski sloj i sastoji se uglavnom od silicija, kisika, aluminija, željeza i magnezija. Postoje dvije vrste, kontinentalna kora i oceanska kora. Kontinentalna kora debela je oko 50 km i sastoji se od magmatskih i sedimentnih stijena niske gustoće. Oceanska kora debela je otprilike 10 km i sastoji se od magmatskih stijena visoke gustoće bazaltnog tipa. Oceanska kora čini većinu oceanskog dna, pokrivajući oko 70% planeta. Tektonske ploče sastavljene su od kore i dijela gornjeg plašta, tvoreći kruti fizički sloj koji se naziva litosfera.

Plašt, najveći kemijski sloj po volumenu, nalazi se ispod kore i proteže se do oko 2900 km ispod Zemljine površine. Uglavnom čvrsti plašt je napravljen od peridotita visoke gustoće sastavljenog od silicija, željeza i magnezija. Gornji dio plašta je vrlo vruć i fleksibilan, što omogućuje plutanje i kretanje gornjih tektonskih ploča po njemu. Ispod plašta nalazi se Zemljina jezgra, koja je debela 3500 km i sastoji se od željeza i nikla. Jezgra se sastoji od dva dijela, tekuće vanjske jezgre i čvrste unutarnje jezgre. Rotacije unutar čvrste i tekuće metalne jezgre stvaraju Zemljino magnetsko polje.

Geološko vrijeme i duboko vrijeme

“Rezultat, dakle, našeg sadašnjeg istraživanja je da ne nalazimo tragove početka; nema izgleda za kraj.” (James Hutton, 1788.)

I geologija ima svoje pionire; James Hutton je napisao ovo o starosti Zemlje još u 18. stoljeću nakon mnogo godina geološkog proučavanja. Iako nije bio baš u pravu – postoji početak i bit će kraj planeta Zemlje – Hutton je izražavao poteškoće koje ljudi imaju u sagledavanju golemosti geološkog vremena. Hutton nije odredio starost Zemlje, iako je bio prvi koji je sugerirao da je planet vrlo star.

Danas znamo da je Zemlja stara otprilike 4,54 ± 0,05 milijardi godina. Ovu je starost prvi izračunao profesor s Caltecha Clair Patterson 1956. godine, koji je mjerio poluživote izotopa olova kako bi radiometrijski datirao meteorit izvađen u Arizoni.

Proučavanje geološkog vremena, također poznatog kao duboko vrijeme, može nam pomoći da prevladamo perspektivu Zemlje koja je ograničena na naše kratke živote. U usporedbi s geološkom ljestvicom, ljudski je životni vijek vrlo kratak, a mi se borimo da shvatimo dubinu geološkog vremena i sporost geoloških procesa. Na primjer, proučavanje potresa seže samo oko 100 godina unatrag; međutim, postoje geološki dokazi o velikim potresima koji su se dogodili prije više tisuća godina. Znanstveni dokazi pokazuju da će se potresi nastaviti još stoljećima u budućnosti. Geologija igra veliku ulogu u procjeni snage i lokacije potresa.

Eoni su najveće podjele vremena, a od najstarijeg prema najmlađem nazivaju se had, arhaik, proterozoik i fanerozoik. Tri najstarija eona ponekad se zajednički nazivaju prekambrijskim vremenom.

Život se prvi put pojavio prije više od 3800 milijuna godina. Prije 3500 milijuna godina do prije 542 milijuna godina, ili 88% geološkog vremena, prevladavajući oblici života bili su jednostanični organizmi poput bakterija. Složeniji organizmi pojavili su se tek nedavno, tijekom trenutnog fanerozojskog eona, koji uključuje posljednjih 542 milijuna godina ili 12% geološkog vremena.

Ime fanerozoik dolazi od riječi phaneros, što znači vidljivo, i zoic, što znači život. Ovaj eon označava proliferaciju višestaničnih životinja s tvrdim dijelovima tijela, kao što su školjke, koje su u geološkim zapisima sačuvane kao fosili. Životinje koje žive na kopnu postoje 360 milijuna godina, ili 8% geološkog vremena. Propast dinosaura i kasniji uspon sisavaca dogodio se prije oko 65 milijuna godina, ili u zadnjih 1,5% geološkog vremena. Naši ljudski preci koji pripadaju rodu Homo postoje od otprilike prije 2,2 milijuna godina – što je 0,05% geološkog vremena ili samo 1/2000 ukupne starosti Zemlje. Nove spoznaje o ljudskoj evoluciji i danas nastavljaju mijenjati znanje koje imamo.

Fanerozojski eon je podijeljen u tri ere: paleozoik, mezozoik i kenozoik. Paleozoik znači “drevni život”, a organizmi ovog doba uključivali su beskralješnjake, ribe, vodozemce i gmazove. Mezozoik (“srednji život”) popularno je poznat kao doba gmazova i karakteriziran je obiljem dinosaura, od kojih su mnogi evoluirali u ptice. Masovno izumiranje dinosaura i drugih vrhunskih gmazova predatora označilo je kraj mezozoika i početak kenozoika. Kenozoik znači “novi život”, a naziva se i doba sisavaca, tijekom kojeg su sisavci evoluirali kako bi postali dominantne životinje koje žive na kopnu. Fosili ranih ljudi ili hominida pojavljuju se u kamenom zapisu tek tijekom posljednjih nekoliko milijuna godina kenozoika.

geologija studiranje
Par diplocaulusa, izumrlih vodozemaca iz razdoblja kasnog karbona

Energetski resursi

Geologija je važna za lociranje ekonomski vrijednih materijala za društvenu upotrebu. Zapravo, sve stvari koje koristimo dolaze iz samo tri izvora: uzgajaju se, love ili pecaju ili se vade u rudnicima.

Rudarenje

Rudarstvo se definira kao vađenje vrijednih materijala iz Zemlje za potrebe društva. Obično to uključuje čvrste materijale kao što su zlato, željezo, ugljen, dijamant, pijesak i šljunak, ali materijali također mogu uključivati tekuće resurse kao što su nafta i prirodni plin. Moderno rudarstvo ima dugu vezu s modernim društvom. Najstariji rudnik datira iz prošlosti 40.000 godina u Lion Cavernu u Swazilandu gdje postoje dokazi koncentriranog kopanja u unutrašnjosti Zemlje za hematit, važnu željeznu rudu koja se koristi kao crvena boja. Resursi izvađeni rudarenjem općenito se smatraju neobnovljivima.

Obnovljivi i neobnovljivi izvori energije

Resursi općenito dolaze u dvije glavne kategorije: obnovljivi i neobnovljivi. Obnovljivi resursi mogu se uvijek iznova koristiti ili njihova dostupnost replicirati tijekom kratkog ljudskog životnog vijeka; neobnovljivi izvori ne mogu.

Obnovljivi izvori energije

Obnovljivi izvori su materijali prisutni u našem okolišu koji se mogu iskorištavati i obnavljati. Neki uobičajeni obnovljivi izvori energije povezani su sa zelenim izvorima energije jer su povezani s relativno malim ili lako popravljivim utjecajem na okoliš. Na primjer, solarna energija dolazi od fuzije unutar Sunca, koje zrači elektromagnetsku energiju. Ova energija stalno i dosljedno dopire do Zemlje i trebala bi to činiti još oko pet milijardi godina.

Energija vjetra, također srodna solarnoj energiji, možda je najstarija obnovljiva energija i koristi se za plovidbu brodova i pogon vjetrenjača.

I solarna energija i energija vjetra promjenjive su na Zemljinoj površini. Ova ograničenja su kompenzirana jer možemo koristiti uređaje za pohranu energije, kao što su baterije ili razmjene električne energije između proizvodnih mjesta.

Zemljina toplina, poznata kao geotermalna energija, može biti održiva bilo gdje gdje geolozi buše dovoljno duboko. U praksi je geotermalna energija korisnija tamo gdje je protok topline velik, kao što su vulkanske zone ili regije s tanjom korom.

Brane hidroelektrana daju energiju dopuštajući vodi da pada kroz branu pod utjecajem gravitacije, što aktivira turbine koje proizvode energiju. Oceanske plime također su pouzdan izvor energije. Svi ti obnovljivi izvori daju energiju koja pokreće društvo. Ostali obnovljivi izvori su biljne i životinjske tvari, koje se koriste za hranu, odjeću i druge potrepštine, ali se istražuju kao mogući izvori energije.

Neobnovljivi izvori energije

Neobnovljivi resursi ne mogu se obnavljati održivom brzinom. Oni su ograničeni unutar ljudskih vremenskih okvira. Mnogi neobnovljivi resursi dolaze iz planetarnih, tektonskih ili dugoročnih bioloških procesa i uključuju materijale kao što su zlato, olovo, bakar, dijamanti, mramor, pijesak, prirodni plin, nafta i ugljen.

Većina neobnovljivih izvora uključuje specifične koncentrirane elemente navedene u periodnom sustavu; neki su spojevi tih elemenata. Na primjer, ako društvo treba izvore željeza (Fe), tada će istraživačka geologija tražiti naslage bogate željezom koje se mogu ekonomično ekstrahirati.

Neobnovljivi izvori mogu biti napušteni kada drugi materijali postanu jeftiniji ili služe boljoj svrsi. Na primjer, ugljen je u izobilju dostupan u Engleskoj i drugim zemljama, ali budući da su nafta i prirodni plin dostupni po nižoj cijeni i manjem utjecaju na okoliš, upotreba ugljena je smanjena.

Ruda

Zemljini materijali uključuju elemente periodnog sustava elemenata. Međutim, rijetko se događa da su ti elementi koncentrirani do točke u kojoj je isplativo ekstrahirati i prerađivati materijal u upotrebljive proizvode. Svako mjesto gdje je koncentriran vrijedan materijal je geološka i geokemijska anomalija. Tijelo materijala iz kojeg se jedna ili više vrijednih tvari može iskopati uz dobit naziva se rudno ležište.

Obično se izraz ruda koristi samo za minerale koji sadrže metal, ali se može primijeniti na koncentracije vrijednih neobnovljivih resursa kao što su fosilna goriva, kamen za gradnju i druga nalazišta nemetala, čak i podzemne vode. Ako resurs koji nosi metal nije isplativ za rudarenje, naziva se mineralnim ležištem. Pojam prirodno bogatstvo je češći od pojma ruda za materijale koji ne sadrže metale.

Podrazumijeva se da je tehnologija za iskopavanje dostupna, da su ekonomski uvjeti prikladni i da su politički, društveni i okolišni razlozi zadovoljeni kako bi se ležište prirodnih resursa klasificiralo kao ruda. Ovisno o tvari, može biti koncentrirana u uskoj žili ili raspoređena na velikom području kao ruda niske koncentracije. Neki se materijali iskopavaju izravno iz vodenih tijela (npr. silvit za kalij; voda kroz desalinizaciju) i atmosfere (npr. dušik za gnojiva). Ove razlike dovode do različitih metoda rudarenja, te razlika u terminologiji.

Energetski resursi: Fosilna goriva

Fosilna goriva su izvori pohranjene energije koji se mogu ekstrahirati i koje su stvorili drevni ekosustavi. Prirodni resursi koji obično spadaju u ovu kategoriju su ugljen, nafta i prirodni plin. Ti su resursi izvorno nastali fotosintezom od strane živih organizama kao što su biljke, fitoplanktoni, alge i cijanobakterije.

Ova energija je zapravo fosilna Sunčeva energija, budući da su drevnu Sunčevu energiju drevni organizmi pretvorili u tkiva koja su sačuvala kemijsku energiju unutar fosilnog goriva.

Naravno, kako se energija koristi, baš kao i fotosintetsko disanje koje se događa danas, ugljik ulazi u atmosferu kao ugljikov dioksid, uzrokujući klimatske posljedice. Danas čovječanstvo koristi fosilna goriva za većinu svjetske energije.

Pretvaranje sunčeve energije pomoću živih organizama u fosilna ugljikovodična goriva složen je proces. Kako organizmi umiru, sporo se razgrađuju, obično zbog brzog zakopavanja, a kemijska energija pohranjena u tkivima organizama zakopava se unutar okolnih geoloških materijala. Sva fosilna goriva sadrže ugljik koji je proizveden u drevnom okruženju. U okolišima bogatim organskim tvarima kao što su močvare, koraljni grebeni i cvjetanje planktona, postoji veći potencijal za nakupljanje fosilnih goriva.

Doista, postoje neki dokazi da je tijekom geološkog vremena organski ugljikovodik fosilnog goriva bio visoko proizveden na globalnoj razini. Čini se da nedostatak kisika i umjerene temperature u okolišu pomažu u očuvanju ovih organskih tvari. Također, toplina i pritisak koji se primjenjuju na organski materijal nakon što je zakopan doprinose njegovoj transformaciji u kvalitetnije materijale, poput mrkog ugljena u antracit i nafte u plin. Toplina i pritisak također mogu uzrokovati migraciju mobilnih materijala u uvjete pogodne za ekstrakciju.

Nafta i prirodni plin

Nafta se uglavnom dobiva iz organski bogatih plitkih morskih sedimentnih naslaga gdje su se ostaci mikroorganizama poput planktona akumulirali u sitnozrnatim sedimentima. Tekuća komponenta naziva se nafta, a plinovita komponenta prirodni plin, koji se uglavnom sastoji od metana (CH4). Kako se stijene poput škriljevca, muljike ili vapnenca litificiraju, povećanje tlaka i temperature uzrokuje istiskivanje nafte i plina i migriranje iz izvorne stijene u drugu stijensku jedinicu više u stupcu stijene. Ako je ta stijena pješčenjak, vapnenac ili druga porozna i propusna stijena, i ako je uključena u odgovarajući stratigrafski ili strukturni proces hvatanja, tada ta stijena može djelovati kao ležište nafte i plina.

Naftni pijesak

Konvencionalni nafta i plin, koji se crpe iz ležišta, nisu jedini način dobivanja ugljikovodika. Postoji nekoliko izvora goriva poznatih kao nekonvencionalni izvori nafte. Međutim, oni postaju sve važniji kako konvencionalni izvori postaju rijetki. Katranski pijesak ili naftni pijesak je pješčenjak koji sadrži naftne proizvode koji su vrlo viskozni, poput katrana, pa se stoga ne mogu bušiti i ispumpati iz zemlje odmah kao konvencionalna nafta.

Ovo nekonvencionalno fosilno gorivo je bitumen, koji se može pumpati kao tekućina samo uz vrlo niske stope povrata i samo kada se zagrije ili pomiješa s otapalima. Dakle, upotreba pare i injekcija otapala ili izravno vađenje katranskog pijeska za kasniju preradu načini su ekstrakcije katrana iz pijeska. Poznato je da Alberta u Kanadi ima najveće rezerve katranskog pijeska na svijetu. Napomena: kao i kod ruda, izvor energije postaje neekonomičan ako ukupni troškovi ekstrakcije i prerade premašuju prihode od prodaje ekstrahiranog materijala. Troškovi zaštite okoliša također mogu pridonijeti tome da resurs postane neekonomičan.

geologija studij
Slika iz zraka naftnog pijeska Athabasca, Alberta, Kanada

Naftni škriljevac

Naftni škriljevac, ili nafta iz čvrstog sloja, je fino zrnata sedimentna stijena koja ima značajne količine nafte ili prirodnog plina čvrsto zatvorene u sedimentu. Škriljavac ima visoku poroznost, ali vrlo nisku propusnost i čest je izvor fosilnih goriva. Za dobivanje nafte izravno iz škriljevca, materijal se mora iskopavati i zagrijavati, što je, kao i s naftnim pijeskom, skupo i obično ima negativan utjecaj na okoliš.

Ugljen

Ugljen dolazi iz fosiliziranih močvara, iako se za neke starije naslage ugljena koje prethode kopnenim biljkama pretpostavlja da potječu od nakupina algi. Ugljen se uglavnom sastoji od ugljika, vodika, dušika, sumpora i kisika, uz manje količine drugih elemenata. Budući da je biljni materijal ugrađen u sedimente, toplina i tlak uzrokuju nekoliko promjena koje koncentriraju fiksni ugljik, koji je zapaljivi dio ugljena. Dakle, što je ugljen podvrgnut većoj toplini i pritisku, veća je njegova koncentracija ugljika i vrijednost goriva te je ugljen poželjniji.

Ovo je opći slijed močvare koja napreduje kroz različite faze formiranja ugljena i postaje sve više koncentrirana u ugljiku: Močvara => Treset => Lignit => Subbitumenski ugljen => Bitumenski ugljen => Antracit => Grafit. Kako se močvarni materijali skupljaju na močvarnom dnu i bivaju zatrpani ispod nakupljenih materijala, prvo se pretvaraju u treset.

Treset je sam po sebi ekonomično gorivo na nekim lokacijama poput Britanskog otočja i Skandinavije. Kako dolazi do litifikacije, treset se pretvara u lignit. S povećanjem topline i tlaka, lignit se pretvara u subbitumenski ugljen, bitumenski ugljen, a zatim, u procesu poput metamorfizma, u antracit. Antracit je najviši metamorfni stupanj i najpoželjniji ugljen jer daje najveći učinak energije. Uz još više topline i pritiska koji izbacuju sve hlapljive tvari i ostavljajući čisti ugljik, antracit može postati grafit.

Ljudi koriste ugljen najmanje 6000 godina, uglavnom kao izvor goriva. Resursi ugljena u Walesu često se navode kao primarni razlog uspona Britanije, a kasnije i uspona Sjedinjenih Država tijekom industrijske revolucije. Prema američkoj Upravi za energetske informacije, proizvodnja ugljena u SAD-u smanjena je zbog nižih cijena konkurentskih izvora energije i zbog društva koje je prepoznalo njegove negativne utjecaje na okoliš, uključujući povećanu količinu vrlo sitnih čestica kao onečišćivača zraka, stakleničke plinove, kisele kiše, i zagađenje teškim metalima. Gledano iz ove perspektive, malo je vjerojatno da će industrija ugljena kao izvor fosilne energije oživjeti.

Dok se svijet udaljava od fosilnih goriva, uključujući ugljen, a proizvodnja traži jake, fleksibilne i lakše materijale od čelika, uključujući ugljična vlakna za mnoge primjene, trenutačna istraživanja proučavaju ugljen kao izvor građevinskog ugljika.