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Die drei Hauptformen fossiler Brennstoffe - Kohle, Öl und Erdgas - wurden in der Karbonperiode gebildet, die ihren Namen von Kohlenstoff hat, einem gemeinsamen Element, das in allen fossilen Brennstoffen zu finden ist. Sie entstanden aus organischen Überresten von Pflanzen und Tieren, die über Millionen von Jahren durch Hitze und den Druck der Erdkruste in Kohle, Öl oder Erdgas umgewandelt wurden. Die organische Wurzel fossiler Brennstoffe erklärt das Vorhandensein von Kohlenstoff, aber auch andere Elemente wie Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff sind Bestandteile fossiler Brennstoffe.
Kohle
Nach Angaben des Penn State College für Erd- und Mineralwissenschaften besteht Kohle aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff. Es gibt drei Arten von Kohle, von denen jede ihre eigene chemische Zusammensetzung hat. Anthrazit hat den höchsten Kohlenstoffgehalt, während Braunkohle den niedrigsten Kohlenstoffgehalt aufweist, jedoch den höchsten Gehalt an Wasserstoff und Sauerstoff. Der Gehalt an Steinkohle liegt zwischen Anthrazit und Braunkohle. Kohle hat auch einen gewissen Mineralgehalt, der üblicherweise aus Quarz, Pyrit, Tonmineralien und Calcit besteht. Elemente wie Eisen und Zink, die im Torf verbleiben, oder Schichten von verrotteten Pflanzen, die sich schließlich zu Kohle formen, können sich zu diesen Mineralien verbinden.
Erdgas
Erdgas besteht wie Kohle aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff. Es enthält keine Mineralien wie Kohle und statt einer harten, schwarzen Substanz ist Erdgas der kalifornischen Energiekommission zufolge leichter als Luft. Es hat keinen Geruch und man kann es nicht sehen und es wird in der Nähe von Erdöl gefunden. Die Kohlenstoff- und Wasserstoffelemente in Erdgas bilden in der Regel Methangas oder CH4, das leicht entflammbar ist.
Öl
Öl oder Erdöl besteht ebenfalls aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff, liegt jedoch in flüssiger Form vor. Sowohl Öl als auch Erdgas befinden sich unter Tage zwischen Gesteinsfalten oder in porösen Gesteinen, die das Öl enthalten. Wenn Kieselalgen, Meerestiere wie Phytoplankton, absterben und auf den Meeresboden fallen, werden sie schließlich in Sediment und Gestein eingegraben. Unter hohem Druck und Hitze werden diese Diatomeenschichten zu Öl oder Erdgas. Wenn die Bedingungen zu heiß sind, wird das Öl mit größerer Wahrscheinlichkeit zu Gas. Das Öl wird abgebaut und dann zu Benzin, Kerosin oder anderen Produkten raffiniert.
Verbrennung
Verbrennung tritt auf, wenn fossile Brennstoffe verbrannt werden und die Elemente in den fossilen Brennstoffen oxidieren oder sich mit Sauerstoff verbinden. Beim Verbrennen von Kohle oxidiert der Kohlenstoff zu Kohlendioxid oder CO2. In ähnlicher Weise wird Stickstoff zu Distickstoffoxid oder NO2 und Schwefel wird zu Schwefeldioxid oder SO2. Der Mineralgehalt von Kohle und Öl wird zu Asche.