厚达数百米的煤层,是如何形成的,难道全来源于动植物尸骸?
能源是人类社会发展的基础,煤炭作为一种化石能源,最早的开采记录可以追溯到几千年前的中国古代和古罗马帝国。
随着蒸汽机的发明和工业革命的到来,煤炭开始广泛地作为工业生产的燃料使用,至今煤炭和天然气以及石油仍然是使用最多的三大化石能源。
和木材相比,煤炭能够产出更高的能量,产能比更加优秀,虽然煤炭带来的环境污染比较大,但在现代化工业,尤其是发电和冶炼方面,煤炭目前依然是不可替代的生产材料。
古代科学知识匮乏,生产力贫瘠,没有完备的煤炭勘测手段以及先进的勘测设施,只能看到裸露在地表的煤炭资源,通过露天开采的方式进行成产生产活动,18世纪后期,英国正值工业革命,为了供给生产能源,英国逐渐发展出了地下煤层的开采技术,并在19世纪和20世纪得到推进。
露天煤层在今天已经不再多见,一方面是裸露的煤层需要一定的自然条件才能保存在地表,另一方面则是人为的大规模开采。
采矿的方式有很多种,具体使用哪一种则是由煤层厚度和地质结构决定的,一般来说相对于靠近地表,深度小于55米的煤层可以采用露天开采的方式,而电铲则是露天采煤最经济的开采工具。
它的一端带有两个硬质合金钻头的旋转鼓,开采时两个旋转鼓沿煤层像剥洋葱一样切割开,非常方便并且成本较低。
大于55米深度的煤层就要采用深开采方式,当深度超过90米时,开采就更加复杂,一般只有下面的煤层足够丰富时才会决定开采,不过也有一些特例,会在地下300米到460米的煤层中依然使用露天开采的方式。
这样的煤层首先煤量丰富,其次地下的地质结构稳定,煤层分布也十分清晰,允许大型器械进行深度开采挖掘,挖机会向下环绕开路,使煤层上方形成一个大坑,运输的煤车就会通过四周开采出来的道路螺旋行进。
有的煤层可以达到数百米的厚度,这些煤层是怎么形成的呢?
现代主流观点认为,远古植物在地层的压力下,其它元素逐渐消失,留下了稳定的碳元素,最终形成了煤炭,那么远古地球上又是如何沉积了百米的植物?
煤炭形成的原因较为复杂,不同地区以及不同年代的煤炭形成过程也大不相同,不过总的来说可以分为两个阶段。
第一个阶段可以称之为泥炭化阶段,这一阶段微生物起到了重要的作用,它可以分解各种动植物残骸,大量的植物落败或死亡后,就会被地面和地下的微生物不断分解,产生腐殖化凝胶化等合成作用,这一过程中就把动植物的遗骸便变成了富含碳、氧、氢等多元素的泥炭。
第二阶段则是煤化阶段,在第一阶段形成的泥碳会继续变化,我们都知道,地球的板块并不是始终稳定不动,而是每隔一段漫长的时间就会有一次巨大的变动,至于小型的地壳沉降更是屡见不鲜,每次地壳沉降都会将地面的各种物质带入到更深的地底。
泥炭中的各种元素也会随着地壳沉降,地下的高温与高压会将氢、氧等元素逐渐清理出去,使碳元素的含量不断升高。
直到碳元素的含量达到阈值时,就会形成褐煤,褐煤只是炼化程度特别低的煤,因为还有其他元素的大量残留,只有地壳进一步沉降,带来更高的压力和温度,煤的质量才会越来越高。
由此可以看出来煤层的厚度主要由植物沉积的多少决定,特厚的煤层就需要更大量的植物。
在三亿多年前的石炭纪至三叠纪期间,地球的气候整体比较温暖湿润,因此这一时期的植物非常茂盛,并且枝干也十分高大,当时的地球植物生长环境主要以藻类植物和菌类植物为主,而这些都为植物变成泥炭提供了有利因素。
二叠纪时,地球正处于板块活跃时期,所有的大陆都连在了一起。
不久之后,各大陆之间的挤压超过了极限,导致了大规模的火山喷发,引起了二叠纪末生物大灭绝,大量动植物被埋入火山灰下,同时强烈的火山运动也让地层中的零散的煤层挤压到了一起,最终形成了当今我们看到的百米煤层。
可以说石炭纪的百米煤层,是天时地利的结果,从寒武纪开始往后5亿多年的时间里,也只有石炭纪的煤层最为丰富,不过这样的资源终归是有限的,总有一天地球上的能源会满足不了人类的需求,只有尽快掌握可控核聚变技术才是长远的选择。
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