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煤层真的是植物形成的?远古地球有这么多植物构成百米煤层吗?

2021-09-14  tjboyue

但我们一定要清楚,这些惬意的生活,都是建立在人类对煤矿石油的开发利用上的,而煤矿等化石能源其实都是不可再生能源,用完就没了。如果化石能源消耗殆尽,那么现在和谐惬意的文明世界也将受到极大的冲击。

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其实平时如果有留意新闻的朋友应该能知道,早在上个世纪,就已经开始有科学家在预测化石能源将会消耗殆尽,但是直到今天,化石能源依旧是人类的主要能源,每天依旧消耗大量的煤矿和石油,科学家的预测没有灵验,化石能源就像是无穷无尽一般。

煤矿石油等物质真的会消耗光吗?一些地区的煤层据说达到了百米厚度,这么厚的煤层是如何形成的呢?如果说煤矿都是由植物形成的,远古地球上有这么多植物吗?就让我们带着这些疑问一起看下去吧。

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煤矿的发掘历史

人类对于化石能源的最早利用,其实就是对煤矿的利用。科学家们最早在石器时代的遗迹中发现了燃烧煤炭的痕迹。这是因为由于地质运动不少煤矿裸露在地面,而煤矿的外观与性质其实与木材燃烧后产生的木炭十分相像,因此古人发现煤炭可以燃烧的几率本身就不低。

由于煤矿的燃烧时间长,燃烧热度高,在那之后的很长时间,煤矿的主要功能就是燃烧取暖、冶炼金属

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历史学家研究发现,早在金朝、元朝的古人就已经开始开采地下煤矿。古人们一般使用“巷道式采煤法”,就是简单地往地下挖,挖出煤矿后就开始横向开采,通道使用方形煤柱支撑顶板用于通风和防塌方,这种方式采煤对煤矿的回收率只有大约20%

煤矿利用的转折点发生在18世纪,第一工业革命围绕着蒸汽机展开,英国等西方国家的生产力获得飞速提升。说到底,第一次工业革命就是建立在对煤矿能量的高效利用之上的,蒸汽机的主要能量来源就是烧煤

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除了推动工业革命,煤矿还支撑工业国家开发出大量的炼钢技术,在第一次工业革命的影响下,西方国家一度成为世界霸主。

而且随着科技的发展,采矿技术也在不停地更新,18世纪英国发明了以爆破采煤为主的众多采矿技术,蒸汽机矿车的出现也大大增加了对煤矿的开采能力,矿洞可以延伸地更深更远。煤矿开采从以前的小作坊式的开采进入商业开采时代。

直到19世纪,第二次工业革命也已经开始,美国、印尼和中东等地方发现出大量的油田,由于石油方便开采,而且作为燃料比煤矿的效率更高,因此煤矿渐渐被取代,那时候的煤矿就被认为是石油的下级能源,于是采煤的规模大幅下降,世界对煤矿的需求量大幅下降。

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但是1973年和1979年分别爆发了两次石油危机,这使得人们开始重新将注意力放回煤矿上面。直到今天,所有需要高效燃烧的燃料基本都是使用石油的提取物汽油、柴油、航空燃油之类的。

但仅仅是需要燃烧释放热量的时候,一般都是选择燃烧煤炭,这其中火力发电就是最重要的煤矿消耗方法,我国现阶段有大约50%的电力都是来自于燃煤换取的能源。

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可以说,没有煤矿的话,那么我们正在使用的电力设备就必须少用一半,只靠风力水力等方式产生的电力根本不足以支撑我们现在社会的消耗

煤矿的演化过程

煤矿是一个含量巨大的矿藏资源,在开采的煤矿中,甚至会有数百米深度的矿藏,正是拥有着数量巨大的煤矿,才能支撑人类几百年来的文明发展。

其实组成煤矿的主要元素是碳、氢、氧、氮和硫等,如果我们可以仔细观察煤矿的纹路,就可以发现,煤矿石上经常能看到植物的根茎或叶子纹理,这是因为煤矿实际上是由古代植物被深埋在地底下,逐渐演变成煤炭的。

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可以说煤炭其实就是一种特殊的植物化石。一般来说,植物转化为煤炭的过程分为两个阶段:

  • 第一个阶段——泥炭化阶段

我们知道当动物或者植物死去后,都会有大量的微生物将尸体分解,在这过程中尸体会渐渐腐烂,在微生物的分解下,动植物尸体中的有机物将会被分解成二氧化碳排放到大气中

但是在远古时代那些可以分解植物的微生物还没演化出来时,植物死去后蕴藏在植物身体中的碳元素也就无法被转化成二氧化碳,因此远古时代的植物生长环境很可能会是死去的植物铺满整个森林,在水分和空气流动的作用下被渐渐软化为木粉,新生的植物将在木粉上生长并且吸取木粉中的营养长大

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如此循环百万千万年,这些植物将空气中大量的二氧化碳都吸收并转化为有机物,全部都储存在木粉之中,缺少二氧化碳的地球开始温度骤降,进入冰河时期。无数植物被寒冰掩盖在地表之下

在这过程中,这些木粉渐渐转化为黑色的泥炭,泥炭会产生大量的腐殖酸,此时组成泥炭的成分已经与植物有很大的不同。

  • 第二个阶段——煤化阶段

被掩盖的地表之下的泥炭时刻都要承受着高强度的压力,并且地表以下的温度会逐渐升高,在高温高压的作用下,泥炭渐渐被压得紧实起来,泥炭中的水分也渐渐被挤压走了,泥炭会渐渐地被压成褐煤

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泥炭转化为褐煤的过程,其实就是一个精炼提纯的过程,泥炭中的腐殖酸被渐渐被过滤掉,褐煤的碳元素含量和密度都比泥炭要高一个等级

泥炭转成褐煤之后,转变的过程并没有结束,因为褐煤依旧会在压力和高温之下进一步改变性质,煤层在地壳中的位置并不是一成不变的,它会随着地壳运动渐渐往下沉,褐煤降到一定深度时,压力与温度将会得到加强,于是褐煤中的水分将会再次被挤压出来,甚至褐煤的分子结构也会发生变化。在这个过程中褐煤会渐渐转变为烟煤、无烟煤

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植物尸体的煤化,从木粉到泥炭到褐煤再到烟煤和无烟煤,最终的成品将是完全没有其他杂质的石墨。

古代植物的演化过程

经过科学家们的研究,植物大批量转化为煤矿的时期主要有三个:

中生代的石炭纪和二叠纪,这个时期的植物主要是以孢子植物为主,因为缺少分解植物的微生物,而且演化的时间足够长,现在基本都转化为烟煤或者无烟煤了。

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中生代的侏罗纪和白垩纪,这段时间是裸子植物的天下,由于距今也才过去一亿年左右,这个是时期的植物现阶段也只能转化为褐煤和烟煤。

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新生代的第三纪,其实就是恐龙灭绝之后,被子植物渐渐成为植物界的主流,这段时期的植物被埋在地下还没多久,因此基本以褐煤为主,也有很多还处于泥煤的状态。

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其实总的来说,对人类而言最重要的还是石炭纪和二叠纪时期形成的煤矿,而且这个时期也十分特殊,那时陆地生物还没开始探索大陆,整个陆地就只有植物和昆虫的存在,缺少竞争对手和天敌的孢子植物一度遍布整个盘古大陆

再加上分解植物的微生物还没演化出来,因此死去的植物就只能被环境风化转变成木粉,于是就会新生植物长在死去植物尸体上的情况,在不断的堆叠下,石炭纪的植物尸体将有可能堆到几百米高

目前最深的煤层位于澳大利亚,足足有七百米高,而我国的最厚煤层在内蒙古,也有两百米高这种巨厚煤层很有可能就是在这种情况下形成的

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在这种情况下,孢子植物的数量远超之后每一个时代。而现在最高质量的煤矿正好也是数量最多的煤矿。当初孢子植物因为数量太多,将大量二氧化碳转化为有机物,空气中氧气浓度大幅上涨,结果导致野火事件开始频发。

长期的野火并不能消灭广袤的孢子森林,但却阴差阳错将将大量的二氧化碳排放到大气中,调节了地球气候的平衡,这个现象一直持续到二叠纪末期,长期的高温燃烧将大量水分带到天空,于是当时的地球开始下起了一场持续上百万年的雨季,这次大雨导致了全球性的洪水灾害,造成了二叠纪-三叠纪生物大灭绝事件

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持续的大雨为死去的孢子植物提供了良好的腐化条件,再配合大雨后的冰河时期气候,于是绝大多数的孢子植物都成功被转化为煤炭资源了。

煤矿会消耗光吗?

其实细心的读者一定能发现,每个是时期的植物最终都一定会转化成煤炭资源,再加上石炭纪的煤炭实在是太多了,因此至今我们仍然不需要太过担心煤矿会枯竭,而且随着时间的推移,埋藏在地表下的煤矿也正在一点点地转化为更高级的烟煤和无烟煤。

也就是说,即便煤矿是不可再生能源,但是煤矿的数量巨大,而且仍在时刻转化中,因此对我们而言,把这些煤矿全都消耗光,是一件很漫长的事情。

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而且现在我们开始刻意控制使用化石能源时产生的碳排放了,因为大量使用化石能源会导致二氧化碳在空气中的含量越加增多,这将明显加速温室效应

如果我们仍旧毫无节制地使用化石能源,那么可能在把煤炭资源消耗光之前,地球就已经变成一个不适宜人类居住的星球。

结语

对于煤矿等化石能源的利用的确让人类的文明与技术大幅度进步,但是在这同时,也会破坏人类的居住环境。幸好我们现在已经意识到这个问题,开始有意识地减少化石能源的利用,并且在努力研发新能源

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其实我们国家2005年时,火力发电的占比有80%左右,直到现在我国的火力发电占比已经降到50%以下了。并且近年来,我国的风力发电机装机数量再创纪录,太阳能发电数量增长80%,核电站的建设也在积极展开。

从这个发展趋势看,我们即将有可能摆脱对化石能源的依赖,届时,煤矿石油即便全部消失,也不会影响到我们的便利生活了。

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