假设植物沉积所形成的煤层,每年增加的厚度为0.005毫米,那就需要180万年,才能形成9米厚的煤层,所以煤层是海量植物日积月累的产物,而且现在的地球条件,并不适合煤层的再生产。
煤炭跟石油、天然气这三种资源,是全球规模最大,开采最多的能源,下面就一起来看看煤炭的奥秘。
煤炭是如何形成的?
科学家发现,地球上曾出现过5次生物大灭绝,其中4次都有海量的植物死亡,此外,远古地球的地壳运动剧烈,还会频繁遭受大量天体的撞击 ,所以大量植物在外力的影响下,从地表转移到了地下。
而植物残骸要形成煤炭,主要经历两个阶段,分别是泥炭化跟成煤化。
当植物死亡后,它们的残骸会被微生物不断分解,分解的产物再继续跟植物残骸发生例如腐殖化、生物化学凝胶化等作用,最后形成富含碳、氢、氧、氮等元素的有机化合物,并且跟包含的微生物一起,最终低级植物形成腐泥,高级植物形成泥炭。
在持续的沉积作用下,泥炭会经受长期的挤压,压力跟温度的上升,会减少泥炭中的氢、氧、氮等元素,泥炭中的碳含量就会继续增加,也就是泥炭会经历脱水跟硬化过程,达到一定程度后,泥炭就会形成褐煤。
褐煤的价值较低,因为它所含的杂质很高,产生的热值较低,以及具备作用不彻底的特点。
当褐煤持续在高温高压的环境下,它的杂质会进一步降低,含碳量会继续增加,颜色也会随之加深,最终会变成密度较大的烟煤,接着是无烟煤,甚至还可能形成石墨。
所以煤层的形成,主要会经历掩埋、富集、沉积、碳化这些阶段。
目前科学家对于石油的形成仍有争议,但对煤矿的起源却基本保持同一个观点,因为在煤矿的横截面中,经常会发现很多树木的纹理,甚至在有些煤层中,还能找到煤化的植物化石,在大量证据下,煤是由植物形成的,这个观点就成了科学界的共识。
为什么能挖出100多米厚的煤层?
参照行业标准,煤层厚度超过3.5米,被划分为井工煤矿,超过10米,则可以被称为厚煤层,例如我国的辽宁西露煤矿,它是我国最大的露天煤矿,平均厚度高达55米,最深的地方甚至超过了150米,而有的煤矿厚度也就5米,为什么有如此大的差异?
从上文得知,煤层的形成受多种因素影响,例如植物的数量、种类、富集环境、沉积时间、地质作用等等。
例如水的流动性问题,流动性太强,则会给煤层带来大量泥沙等碎屑沉积物,所以煤层的形成需要水,但水的流动性不要太强,在这种环境下,植物一代代生长,一代代沉积,再一代代堆叠,慢慢的,煤层的厚度就会逐渐增加。
那么地球上真的满足产生100多米厚煤层的植物条件吗?
答案无疑是肯定的,因为我们当下已经挖出了超过100米厚的煤层,这就不得不提到远古地球的三个时期了。
在晚古生代的石炭纪和二叠纪、中生代的侏罗纪以及新生代的古近纪,地球环境温暖且湿润,植物数量急剧上升,而且氧气含量大,植物的种类数量、体型也是空前绝后的,这就为煤层的形成,奠定了十分厚实的基础。
100米厚的煤层大概多高?
想象一下你站在地面,抬头看33层商品房的场景,咱们觉得煤层厚度这么高很不可思议,但在三个时期动辄跨越数千万年的时间来看,100多米后的煤层,完全是合情合理。
就算煤层每年以0.005毫米的厚度增加,也仅需要2000万年,远古时期的地球完全满足这条件,所以100多米后的煤层不足为奇。
为什么现在的地球,没法再生成煤炭了?
在晚古生代的石炭纪和二叠纪、中生代的侏罗纪以及新生代的古近纪这三个时代,地球上的物理化学条件跟如今的地球都相差甚远,早期地球环境十分恶劣,所以植物并没有足够的养分来吸收成长。
在石炭纪跟二叠纪,植物没有枝干,也没有绿叶,仅仅是很简单的一种生命形态,主要寄生在温润的岩石表层,有点像如今的苔藓,但又不是苔藓,它们是一种孢子类植物,形成的煤炭以高质量烟煤跟无烟煤居多。
到了中生代侏罗纪,地球环境稍微好了一些,植物也从最简单的孢子植物,进化成了可以在泥土中生存的裸子植物,大量裸子植物经过一系列反应,最后形成了褐煤跟烟煤。
到了新生代,物种开始蓬勃发展,植物开始进化出了枝干、枝叶、根茎,开始有了自己的一套生命系统,也就是被子植物。
被子植物形成的煤主要是褐煤,还有很多泥炭。
那么如今的地球,为什么不能诞生出煤炭资源呢?
咱们从电视里也能看到,原始森林表层会覆盖有一层厚厚的腐殖质,这些东西就是大量植物死亡后,它们的残骸经过微生物的分解,铺盖在地表,慢慢的形成了一层腐殖质。
那么是不是这层腐殖质经过日积月累后,就能形成煤炭呢?
首先咱们来了解下木质素的概念,通俗易懂的说,植物有了木质素,它们才有刚性,而且不容易腐烂。
早期微生物还没这么厉害,它们无法分解植物中的木质素,所以植物死亡后,并不会快速被分解成泥土,也就是变相拥有了被掩埋后化为煤炭的时间条件。
但现在的微生物,已经可以把植物中的木质素分解,植物残骸等不到掩埋,就会被分解成泥土。
而且如今的地球,跟前三个时期相比,湿度上差了一大截, 生成煤炭的条件也没远古地球好。
至于为什么煤层是斜的,答案很简单,煤层理想状态下,肯定是水平一层层堆叠下去,但远古地球的地质活动十分频繁, 动不动就火山爆发,板块碰撞等等,所以在力的作用下,煤层不可能是水平状态堆叠的,自然现在开采出来的煤炭,总是看上去斜斜的。
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