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煤层厚达900米,绵延上千公里!世界最大的煤田真是植物形成的?

 魅力科学君 2023-07-24 发布于四川

地球上广泛分布着各式各样的煤田,其中的一些煤田规模相当大,比如说位于北美洲阿巴拉契亚高地的阿巴拉契亚煤田(Appalachian Coalfield),其厚度一般都可达到500米以上,最厚处的煤层厚达900米,除了厚之外,它的含煤面积也很大,其宽度在50至300公里之间,长度更是绵延了上千公里,整个煤田的含煤面积高达18万平方公里。

如此庞大的规模,也使得阿巴拉契亚煤田被认为是世界上最大的煤田,尽管科学家告诉我们,煤是由远古地球上的植物形成的,但我们仍然会产生疑问,像阿巴拉契亚煤田这种规模的煤田,真的是由植物形成的吗?

答案是肯定的,简单来讲,煤主要形成于远古地球上的那些低洼积水、植物丛生的泥淖区,在这些区域中,植物死亡后留下的遗骸会不断地沉积在泥淖区底部,由于缺乏氧气,它们不会完全分解,而是逐渐变成了一种松软的、含有大量水分和有机物质的混合物,这也被称为泥炭。

如果该区域具备良好的沉积构造条件,那么随着沉积作用的进行,“新”的泥炭就会源源不断地生成,“旧”的泥炭就会不断沉降,从而遇到更高的压力和温度,在这种情况下,泥炭中的水分会被挤出,有机物质也会发生一些化学变化,其中的氢、氧、氮等元素会不断减少,碳元素则会保留下来,进而逐渐转化为一种较硬、较黑、含碳量较高的物质,这就是褐煤。

假如褐煤继续沉降到更深的地层中,它会遇到更高的压力和温度,从而进一步发生变化,在此过程中,褐煤中的水分以及氢、氧、氮等元素含量会持续降低,并逐渐转化成含碳量更高的烟煤和无烟煤,在它们之中,无烟煤的含碳量是最高的(可以达到90%以上)。

可以想象的是,在远古地球上,如果某一低洼积水、植物丛生的泥淖区能够长时间地保持良好的沉积构造条件,那么一代又一代的植物所留下的遗骸就会不断地在地下形成煤,随着时间的推移,层层叠叠的煤堆积起来,就可以形成厚厚的煤层。

实际上,阿巴拉契亚煤田之所以能成为世界最大煤田,一个重要的原因就是它所在的区域在远古地球上就具备这样的条件,除此之外,还有一个原因就是它形成于地球历史上的一段特殊的时期。

相关研究表明,阿巴拉契亚煤田主要形成于石炭纪时期,由于地球的板块构造运动,石炭纪的陆地分布与现代地球大不相同,而阿巴拉契亚煤田所在的区域在那时位于地球的赤道附近,这里的气候湿热多雨,由于其地势低佳,因此在这里存在着大片的沼泽和茂盛的植被。

更重要的是,在石炭纪时期,地球上的气候整体上都是温度而潮湿的,所以在那个时候,植物在地球上得以迅猛生长,并且还演化出了许多新的植物类群,如蕨类植物、木质蕨类植物、苏铁类植物和裸子植物等,由于这些植物都含有大量的木质素,而当时地球上还没有出现能够有效分解木质素的微生物,因此当这些植物死亡之后,其留下的遗骸可以更多地沉降到地下,进而形成更多的煤。

正是因为如此,石炭纪时期形成的地层中就含有了异常丰富的煤,有多丰富呢?这样说吧,现代地球上的煤,有差不多一半都是形成于这一时期。

需要知道的是,石炭纪开始大约3.6亿年前,延续了大约6000万年,而在整个石炭纪时期里,阿巴拉契亚煤田所在的区域基本上都是具备了良好的沉积构造条件,据此我们不难想象,经过如此漫长的时间之后,其煤层当然会非常厚,分布也非常广,完全达到“煤层厚达900米,绵延上千公里”这样的程度。

简单计算一下可知,这片区域只需要每年形成0.015毫米的煤,6000万年时间就可以形成厚达900米的煤层,当然了,这只是简单的计算,与实际情况可能会相差甚远,毕竟煤层的形成速度并不是均匀的,也很可能不是连续的,不过通过这种计算,我们也可以清楚了解到岁月的力量有多强大。

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