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100多米厚的煤層是怎麼形成的?遠古地球上真的有這麼多植物嗎?
2021/12/24
2021/12/24

我們人類目前使用的能量主要來源于煤、石油、天然氣等化石燃料,相對而言,煤是最容易獲取的。煤在地球上分佈得非常廣泛,儘管厚度超過8米的煤層就可以被稱為「特厚煤層」,但有些區域的煤層卻要比8米厚得多,其厚度可以達到100多米甚至更高。

煤真的是植物形成的嗎?

科學界的主流觀點認為,煤確實是遠古地球上的植物形成的,其形成過程總體上可以分為兩個階段。

第一階段被稱為「泥炭化階段」,在此階段中,微生物不斷地分解植物遺骸,並不斷地發生合成作用(如腐殖化作用、生物化學凝膠化作用等),最終就會形成富含碳、氫、氧、氮等元素的泥炭(由高等植物形成)或者腐泥(由低等植物形成)。

第二階段被稱為「煤化階段」,此階段需要地殼的沉降來進行「配合」,當泥炭或者腐泥所在的地殼發生沉降時,周圍的溫度和壓力就會逐漸升高,其中的氫、氧、氮等元素的含量就會不斷減少,但碳元素卻會保留下來,如此一來,其單位體積的碳含量就會逐步提高,當達到一定的程度時,就形成了褐煤。

褐煤是煤化程度最低的煤,在此基礎上,如果地殼繼續沉降,那麼褐煤所承受的溫度和壓力也會繼續升高,這會導致其中的氫、氧、氮等元素的含量繼續減少,而單位體積的碳含量則會繼續增加,隨著這種過程的持續,褐煤的密度和硬度就會因為壓力的提升而不斷增加,顏色也隨之逐漸變深,從而形成了煙煤和無煙煤(後者碳含量最高)。

實際上,人們常在煤礦的橫截面上發現一些樹木的紋理,而在有些煤層中,還存在著煤化的植物化石,這可以認為是上述理論的良好證據,所以「煤是由植物形成的」這種觀點,如今早就已經成為了一種共識。

100多米厚的煤層是怎麼形成的?

特厚煤層的形成依賴于有利的沉積構造條件,其中豐富的水資源(水的流動性不能太強)、茂盛的植物以及速率穩定的地殼沉降是必不可少的。

因為水的流動性不強,其帶來的泥沙等碎屑沉積物就很少,所以在這種環境中的沉積物基本上都是來自于植物,植物一代又一代地生長,並以穩定的速率沉積,第一代植物的遺骸會被第二代植物的遺骸掩埋、第二代植物的遺骸又會被第三代植物的遺骸掩埋……

在經歷了「泥炭化階段」和「煤化階段」之後,這些沉積物就會形成煤,隨著時間的推移,層層疊疊的煤不斷地堆積,久而久之,就形成了100多米厚的煤層。

遠古地球上真的有這麼多植物嗎?

答案是肯定的,在整個地質年代中,地球上的煤主要形成于三個時期,分別是晚古生代的石炭紀和二疊紀、中生代的侏羅紀以及新生代的古近紀。在這些時期裡,地球上的氣候溫暖又濕潤,植物在地球的陸地表面大量生長,為特厚煤層的形成提供了足夠的物質條件。

正如我們前面所說,只要存在著合適的沉積構造條件,煤就會一直形成,簡單計算一下就可以知道,即使是煤層的厚度每年只增加0.01毫米,在1千萬年以後,它的厚度也可以達到100米。

而上述的三個成煤時期,每一個都跨越了數千萬年的時間,由此可見,100多米厚的煤層看上去似乎厚得離譜,但是考慮到如此漫長的時間跨度,這又顯得合情合理。

有意思的是,根據研究人員的初步勘測,在南極洲也存在著大量的煤,僅僅是南極洲東部冰蓋之下的煤儲藏量就高達大約5000億噸。那麼這些煤是怎麼形成的呢?其實這可以通過地球的板塊運動來進行解釋。

由于地球的板塊運動,地球表面的陸地其實一直都在以非常緩慢的速度移動,在3億多年前的石炭紀,它們幾乎全部都聚集了在一起。

如上圖所示,此時南極洲所在的陸地正處于氣候溫暖的區域,其地理構造又能夠讓來自海洋的暖濕氣流可以深入陸地,所以南極洲上的植物就長得非常茂盛。直到大約1.65億年前,南極洲才開始緩緩地向地球的最南端移動,可以看到,這段時期正是地球上第一個重要的成煤時期,因此南極洲存在著大量的煤也就不足為奇了。



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