苦心修炼几亿年

之前我们在推送里给大家介绍过不少石头，都是漂亮石头，bling bling的那种——贵、好看，但就是没什么实用价值。

比起它们，煤炭实在貌不惊人。然而对我们人类来说，黑乎乎的煤炭可比其他的漂亮石头重要多了。

过去家里都是用蜂窝煤烧水、取暖

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虽然现在的煤炭不再像过去那样，直接出现在我们家里，但其实我们每天用到的电，还有每年冬天里的暖气（南方人民不要介意），很大一部分都仍然来自煤炭黝黑身形下蕴藏的炽热能量。

煤炭

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参天大树，化作泥煤回大地

相信不少人都知道，煤炭是“植物死后被埋藏，经过一系列变化后形成”的。这样说起来好像很简单似的，但实际上煤炭的形成过程非常复杂，需要的条件也没那么随便。

煤炭，浓缩的植物精华

草茎、落叶、树脂、孢子花粉乃至藻类都能形成煤炭，不过真正高品质的煤炭，还得用植物的木质部“变”出来——不论蕨类植物、裸子植物还是被子植物，木本种类中的木质部分，都含有丰富的“木质素”。

植物木质部

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与在植物体内含量更高的纤维素相比，木质素在地层中不易分解，对成煤贡献最大。

要形成煤田，一两棵树远远不够，需要数不清的树木在长时间里繁茂生长，并把遗骸积攒下来。

木本植物繁盛的沼泽，容易出产高品质煤炭

常年潮湿的沼泽洼地，是最理想的环境：这种“大坑”不光适合植物生长，而且倒下的一堆堆树干、树枝被浸没在水中，分解它们的需氧微生物很快会耗尽水中的氧。

这样一来，剩余的植物遗骸不会再被氧化作用分解，而是被厌氧微生物通过还原作用分解。

沼泽洼地孕育了丰富的泥煤，是形成煤炭的第一步

这个过程更加缓慢，并且能保存更多的有机质，称为“泥炭化”，产物就是松软、含水的泥炭（也叫泥煤）。

生于大地的植物们，就这样再次回归了大地。

泥炭（泥煤），松软含水，难以直接燃烧

成煤四大步  越黑才越好

植物遗骸变成泥炭，只是成煤“四部曲”的第一乐章。泥炭在沼泽中不断沉积，被新的沉积物覆盖并越压越深，温度、压力逐渐升高，这才开始进入煤化成岩阶段。

原本松软又富含水分的泥炭，被挤压得越来越结实，水分和空隙变少，于是就从“泥巴”变成了“石头”，称为褐煤——成煤的第二阶段形态。

褐煤，外表毫无光泽

褐煤的外表呈棕褐色，但仍含有大量水分和挥发成分，烧起来热量不高，却冒出滚滚浓烟，污染挺重的。

虽然烧起来不咋地，但褐煤做成工艺品，居然还挺有看头的。早在学会烧煤之前，“文艺”的史前人类就学会了用煤炭来做工艺品。其中品相最佳的材料就是煤玉，也叫煤精。

这名字可真合适。

煤玉（煤精）是褐煤的一种，打磨后会呈现黑亮的金属光泽或油脂光泽

煤玉富含树脂的松柏类植物，所以质地细腻均匀，适合雕刻，在珠宝界被归为“生物宝石”。不过你非要把它当煤烧，也是能烧的。

好了，继续说回成煤之路——形成了褐煤还不算完。在更深的地层中，影响煤炭的已经不只物理上的压迫，更有变质作用，让它们在分子结构、化学成分上脱胎换骨，从沉积岩变成变质岩——在变质过程中，煤炭中的有机物大分子越靠越近，分子结构变得整齐简单，水分和杂质也被进一步挤压出去。

剩下的部分以碳元素为主，密度和硬度也有所增大，这就是成煤第三阶段：烟煤。

烟煤，外表开始有点发亮了

烟煤当中仍含有较多杂质，这是它们燃烧时的黑烟来源。不过与褐煤相比，烟煤已经是一身黑了。

这是因为在褐煤变成烟煤的过程中，产生了“沥青化”作用，使其呈现沥青光泽甚至金属光泽。不过，这个过程会释放大量甲烷，它们与二氧化碳、氮气等混合在一起，成为伴生煤矿的“煤层气”，也就是矿工们最担忧的“煤矿瓦斯”。

瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且当空气中含量为5%～16%时，遇火会引起爆炸，引发事故

不过随着开发技术的进步，人们现在也开始把煤层气当做能源来开采。

成煤的最后一个阶段，就是从烟煤转化为无烟煤。无烟煤中的水分、杂质更少，质地更加纯净，外表更黑更亮，燃烧时释放的热值高、没有黑烟，是最优质的煤炭。

无烟煤，乌黑发亮

“修炼”完一整套的成煤流程，需要好几亿年时间。因此年代越久、地层越深的煤炭，质量也就越高。

在我们所处的人类时代，无烟煤来自至少2.5亿年前的古生代植物，距今2.5亿~6500万年的中生代植物大都处在烟煤阶段，而不足6500万年历史的新生代植物才刚刚变成褐煤。

快赶上成精了都。

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沧海桑田  煤炭里有老故事

漫长的地质史免不了沧海桑田，曾经林木茂盛的沼泽，最终也会干涸，被更年轻的沉积物覆盖。

由沼泽泥炭变成的煤层，也被夹在岩层中间，如同地层之书中的几页黑纸。

岩层中的煤层

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尽管煤炭的形成过程不同于化石，但在褐煤和比较“年轻”的烟煤中，仍会保存有植物残骸、枝叶印痕、花粉或孢子，从而透露当时的生态信息。

煤炭上有植物化石的印痕

我们看到的煤层，大多数并不是在地下静静躺了上亿年，而是经过了地壳运动的改造——在地壳运动影响下，原本水平分布的煤层被挤得七扭八弯，完整的一个煤层被“拆”成互不相连的好几部分。

对人类来说，这么折腾也有好处：一些位于地下深处的煤层，也被地壳运动带到了接近地表的位置，方便勘探和开采。

当煤层离地面较近时，挖去表层就能露天开采

煤层并不纯净，里面常有一些难以燃烧的岩石夹层，俗称“夹矸（gān）”。

夹矸的形成通常有三种原因：洪水爆发，火山活动和海水入侵，把非有机质的石头、泥土“扔”进了沼泽里的泥炭中。在泥炭成煤期间，这些“外来户”也转变为矸石，夹杂在煤层中。

煤炭分布  不患寡而患不均

地理老师讲过了：世界煤炭的分布很不均匀，北半球多，南半球少。

北半球有两条巨大的聚煤带，而南半球只有澳大利亚、南非和南极洲的煤炭资源较多，整个南美洲几乎没什么煤。

世界煤炭资源分布

储量最大、质量最好的煤层，主要来自距今3.5亿~2.5亿年前的石炭纪和二叠纪地层。

这一时期全球气候温暖、陆地森林繁茂，加之煤层在地下“陈酿”的年头够久，基本都成了优质的无烟煤，因此开采价值最高。

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煤炭的分布不均，影响了近千年来的世界格局。

中国从宋代开始大规模利用煤炭，直到明代仍是全球数一数二的发达国家；18世纪以来，英国等欧洲国家利用煤炭开启了工业革命，近代欧洲、美国的各大工业基地几乎都位于煤矿区……

直到今天，煤炭作为钢铁、冶金、电力等重工业的“养料”，依然是人类最重要的能源之一。

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