藍 虹
薪柴時代
地球成煤時期
學會用火，大大加速了人類的進化，在薪柴時代，人們生活、生產所用的能源幾乎全部來自生物質的木材、秸桿。木柴燒制的木炭讓人們注意到煤炭，其單位體積/質量發出的熱量明顯高于薪柴。燃煤蒸汽機發明之后，煤炭的使用量明顯上升，第一次工業革命爆發。20世紀初，煤炭超越薪柴，在能源構成中占絕對優勢，能源進入煤炭時代。
煤的形成史
長期薪柴時代的積累帶來了大片森林的毀滅和相應地區的荒漠化，減少了自然界吸納大氣層二氧化碳的能力，而以煤炭作燃燒和動力的大規模的城市群、大規模的工業和交通又顯著增加了向大氣層的二氧化碳排放量，導致大自然碳中和失衡危機初步顯現。
煤炭的形成，是歷史時期碳中和時代的產物，是碳基生命碳循環的過程，是沉睡森林深埋地下由有機碳轉化為無機碳的過程。
煤炭是幾億年前植物死亡后，被埋入深深的地下，因為缺氧狀態，沒有和空氣中的氧氣作用，經過壓實、失水、硬結等變化而導致碳含量的上升，從而形成燃燒熱值更高的煤炭。薪柴的碳含量一般是50％以下，而煤炭的碳含量要遠遠高于薪柴，最初級的褐煤中的碳含量是65％至75％，煙煤中的碳含量為75％至90％，無煙煤高達90％至98％。
所以，地球上的煤，實際上是遠古時代因為大量植物殘骸的缺氧化埋藏，深藏在地下的碳元素。這種缺氧狀態，一般是發生在沼澤、湖泊地帶，樹木因為死亡等各種原因傾倒后，立即淹沒在水底、泥沙中，與空氣中的氧氣隔離。在隔絕空氣的情況下，經過漫長的地質年代和地殼運動，經過地下的高溫高壓，經過生物物理化學作用，逐步演變而成。
在正常情況下，森林碳庫的有機碳循環應該是，樹木依托太陽的光能，吸收空氣中的二氧化碳，通過光合作用，將二氧化碳轉化為碳水化合物、葡萄糖等樹木生長需要的有機碳物質，并向空氣中釋放氧氣。這一過程，實際上就是森林吸納二氧化碳，并將其固化到樹木中去的過程。所以，森林樹木的生長是可以吸納二氧化碳的碳匯。
但是，碳循環必須是閉環的，有吸納有排放，才能實現碳平衡、碳中和狀態。樹木衰老死亡后，或者樹木被砍伐燃燒后，通過有氧細菌的分解，通過木柴燃燒的化學反應，固化在樹木里的碳又重新以二氧化碳的形態釋放進大氣層，從而保持大氣層二氧化碳濃度的恒定。
而煤的形成，是植物死后，因為傾倒在充滿水和泥沙的沼澤、湖泊、河流等地帶，在與空氣隔離無氧的狀態下被深埋進地下，因此沒有完成將樹木中固態化的碳重新以二氧化碳形態釋放回大氣層的過程，反而在地下高溫高壓作用下，碳的固態化進一步凝練聚合，單位體積含碳密度更大。在森林有機碳循環中，煤的形成，減少了返回到大氣層的二氧化碳，但是，因為煤的形成是幾億年的地質歷史過程，時間跨度很大，形成過程非常漫長，這種碳儲存也是非常緩慢進行的，所以，并沒有對自然界有機碳循環和碳中和平衡造成很大的影響。
煤的形成分為兩個階段，泥碳化階段和煤化階段。當樹木死后傾倒在充滿水的沼澤、湖泊、河流地帶，樹木遺骸被水和泥沙淹沒，形成了無氧的與空氣隔絕狀態。由于地殼的變動、沉積地帶下降、泥沙的不斷沖積，樹木遺骸被一層層地埋在地層中，在缺氧的條件下，受厭氧細菌的作用，發生復雜的生物、化學、物理變化，逐漸變成泥炭。這是成煤過程的第一階段，泥碳化階段。
由于地殼下沉等原因，因為高溫高壓的作用，泥炭層進一步發生變化，被脫水被壓緊，含碳量逐漸增加，腐殖酸含量減少，從而形成了含碳量在65％至75％的初級煤：褐煤。隨著地殼的繼續下沉，溫度和壓力因此更大，促進煤層的煤質繼續發生變化，煤化過程進一步加深，褐煤逐漸變成含碳量為75％至90％的煙煤，最后變成含碳量高達90％至98％的無煙煤。
人們常在煤礦的橫截面上發現樹木的紋理，而在有些煤層，還存在著很多煤化的植物化石，仿佛在述說這些植物樹木的前世，在幾億或者千萬年前，他們也曾經是郁郁蔥蔥生機盎然的年輕模樣。
根據考古發現，地球上的煤主要在三個地質時期形成，分別是石炭紀和二疊紀、侏羅紀、古近紀。石炭紀距今3.5億年，二疊紀開始于距今2.99億年，侏羅紀是大家都很熟悉的恐龍主宰地球的時代。這些時期，都是地球生命中生機勃勃的碳中和時期。
侏羅紀開始于距今1.99億年，這是植物非常繁盛的時期，才使棲息在高大密林中的恐龍成為了森林和地球之王，我國大部分煤礦都是形成于恐龍時代的侏羅紀。古近紀開始于距今6500萬年，是在行星撞擊地球導致恐龍滅絕后，地球生態系統逐漸修復森林重建的基礎上形成的，經歷了4200萬年。從上述成煤年代，我們可以知道，煤的形成，碳在地球深層的固化和凝聚，絕不是一朝一夕的變化，而是千萬上億年地質歷史跨度的深深蘊藏。而煤炭形成的基礎，是碳中和下適宜溫潤的氣候導致的森林繁茂發展，
目前發現的特厚煤層已經超過100多米厚，人們會詫異，遠古地球得有多少的森林和樹木，而且這些樹木還需要是在沼澤、湖泊、河流等易于形成缺氧環境的地帶，那總的森林和樹木資源太龐大了。但是，如果我們考慮到成煤年代和時間跨度，就可以理解了。這么厚的煤層不是短時間形成的，而是數千萬上億年形成的，如此漫長的時間跨度，即使煤層的厚度每年只增加0.01毫米，在一千萬年以后，厚度也可以達到100米，何況很多煤礦的成煤時間是距今上億年。
考慮上億年的成煤時間，也可以使我們更好地認識到煤的燃燒使用和碳中和失衡的關系。自然界用了上億年將大氣層二氧化碳轉化為固態碳并深埋存儲于地下，人類只用了不到300年，就將這些固態碳通過煤的燃燒，重新以二氧化碳氣體的形態釋放到大氣層，這必然會提升大氣層二氧化碳的濃度，導致氣候變暖，出現初步的碳中和失衡危機。
煤的形成歷史，本身就是地球碳中和、失衡、碳循環修復、重新回到碳中和狀態的過程，每一次碳循環從碳中和到碳失衡的過程，就是地球生物大滅絕的過程，而每一次地球從碳循環失衡到回歸碳中和的過程，就是新的地球生物系統重建的過程。所以，回顧煤的形成史，對于我們理解碳中和對于碳基生命的重要性，非常有幫助。
二疊紀成煤期
二疊紀是古生代的最后一個紀，也是重要的成煤期。二疊紀開始于距今2.99億年。二疊紀早期，地球氣候溫度適宜而濕潤，這給大量植物的生長創造了條件。當時，郁郁蔥蔥的沼澤森林在許多沿海地區密集分布，內陸地區因為針葉樹開始大面積繁殖，形成了茂密的內陸原始森林，因為氣候濕潤，即使內陸原始森林也存在著大量的湖泊河流，星羅棋布地與原始森林交融在一起。密集的森林樹木、大量的水域環境，是煤形成的必要條件，二疊紀早期和中期都具備了，因此給煤層的形成提供了充足的物質條件。
這種氣候森林特征也在我國考古發現中得到了證實。考古發現我國河北南部石炭紀——二疊紀古氣候的變化趨勢表現為：晚石炭世到早二疊世早期為溫暖潮濕，早二疊世晚期到中二疊世則逐漸向干旱氣候轉變。世界各地的考古發現，也印證了二疊紀經歷了非常劇烈的氣候變化，從二疊紀早期的溫暖濕潤，氣候適宜，森林茂密、生物繁榮，到二疊紀晚期的氣候劇變，干旱炎熱，沙漠化急劇擴大，氣候升溫導致了大量生物死亡，形成了嚴重的地球生物大滅絕，95％的海洋生物和75％的陸地脊椎動物滅絕，三葉蟲、海蝎以及很多重要珊瑚群全部消失。
二疊紀這種氣候劇變，是因為碳中和失衡造成的。在二疊紀早期，地球處于穩定的碳中和狀態，所以氣候濕潤，溫度適宜穩定。但是，從二疊紀中期開始，特別是到二疊紀晚期，地殼活動越來越活躍，古板塊間的相對運動加劇，世界范圍許多地方形成了褶皺山系，古板塊間逐漸拼接形成聯合古大陸（泛大陸），陸地面積逐漸擴大，海洋范圍縮小。
當海洋的大陸架因為海岸線的急劇退縮而暴露出地面后，原先埋藏在海底的有機碳因為暴露在空氣中被氧化，這個氧化過程消耗了氧氣，釋放了大量的二氧化碳。大氣層中的氧氣減少了，而二氧化碳濃度升高。高濃度的二氧化碳好像給地球裹上了厚重的棉被，引起了氣候升溫變暖。大氣中氧氣的減少，影響了陸地動物的生存。大氣中二氧化碳濃度的提升，使海洋超額吸納二氧化碳，導致了海洋缺氧酸化，大量海洋生物因此死亡和滅絕。
這一時期地層中大量沉積的富含有機物的頁巖是這場災難的證明。氣候劇變還導致了火山更頻繁地爆發，引燃了海底的可燃冰，釋放甲烷，進一步加劇了氣候變化的危機。因氧氣減少，厭氧的紫細菌活動更加頻繁，其釋放的毒氣殺死了大量的生物。整個地球的生物圈一片死寂。
二疊紀時期的氣候變化規模非常巨大，二疊紀早期海平面比今天高出約200英尺（60米），二疊紀晚期海平面暴跌至當前海平面下約20米（也就是低于現今20米），大氣升溫，特別是在大陸內陸更是炎熱干燥。隨著氣候干燥和海平面下降，靠近海岸的針葉林讓位于泛濫的沙漠，沙漠成了這一時期內陸的主要特征，這種焦土景觀成為了有記錄以來世界上最大的沙漠，在二疊紀晚期，因為大氣中二氧化碳濃度過高，溫度波動達到了極端：夜晚極其寒冷，而白天則被太陽的強烈熱量所摧毀，到處都是沙漠。
大量二疊紀時期的成煤煤礦，告訴我們，二疊紀早期地球曾經是森林茂密、沼澤湖泊河流密布的景象。而二疊紀晚期地球到處是沒有生命的死寂的荒涼沙漠景象，地質層巖石毫無生命特征的紫紅色調，又在訴說著因為碳中和失衡地球生命大滅絕的災難。長長的歷史時間跨度，二疊紀的成煤煤層，都在向我們展示著地球從生命繁榮的碳中和狀態走向碳中和失衡的大滅絕災難，這一過程中，碳循環系統的改變，劇增的二氧化碳氣體向大氣層的排放，逐漸導致生物的滅絕和生態系統的崩潰。
災難發生五萬年后，地球板塊運動逐漸穩定，火山爆發頻率減少，地球生態逐漸好轉。熬過災難期的植物在倔強的進化中不斷繁衍，它們吸收大氣中的二氧化碳，通過光合作用制造氧氣，使得大氣中的含氧量逐漸增加，二氧化碳濃度逐漸下降，全球氣溫逐漸降低。而且植物光合作用形成的水汽聚合后，吸納大氣中的二氧化碳變成酸雨，掉落地面，進入土壤或者海洋，被轉化為固態化的碳酸鹽巖，沉入海底。大氣層碳吸收和碳排放的循環再次實現平衡，進入碳中和狀態，地球生物大滅絕事件終于告一段落。地球生態系統經過了數百萬年乃至上千萬年的時間才逐漸自我修復。
恐龍世紀
世界歷史上第二個著名的成煤時期是侏羅紀時期，開始于公元前1.99億年，離二疊紀晚期公元前2.51億年發生的生物大滅絕事件，已經過去了近六千萬年。這就是著名的恐龍世紀。
即使經過六千萬年的地球自我修復，在侏羅紀前期，生物大滅絕事件還是對生態有著影響，各種動物植物不是很繁盛，屬于休養生息階段。但到了侏羅紀中晚期，地球碳循環趨于穩定，進入碳中和狀態。氣候變得溫潤潮濕，繁盛的森林植被，形成了如今澳大利亞和南極洲豐富的煤炭資源。盤古大陸，被郁郁蔥蔥的森林和綠洲所覆蓋，沼澤、湖泊、河流眾多，雨量充沛。
侏羅紀中晚期開始，恐龍進入鼎盛時期，逐漸成為地球碳基生命的霸主，統治了地球長達1.5億年。。
侏羅紀時代，在碳中和狀態的加持下，生機盎然、天空晴朗、氣候溫和、雨水充沛。郁郁蔥蔥的森林里，植物爭奇斗艷，不只有低矮的蕨類、藻類植物，還有高大的針葉樹、銀杏樹。侏羅紀中晚期，地球上廣泛覆蓋著極其茂盛的裸子植物和蕨類，這是素食性恐龍豐盛的食物天堂。
每年雨季來臨之前，生活在今天南美洲的喙嘴翼手龍都會飛越大西洋來到今天的法國西海岸尋找它的異性進行交配。這時候的大西洋只有300公里寬，雄性翼龍在飛越大洋的途中，會不時地貼近海面啄食海水中跳躍的魚類來補充體力，而且隨時存在被恐怖的海洋殺手滑齒龍吞食的危險。在飛達目的地時，翼手龍已是精疲力竭。往往要休息一個多星期才會去尋覓自己的配偶。
侏羅紀時的氣候對恐龍的繁衍十分有利，而且在中生代的哺乳動物還處于進化的早期階段，恐龍基本上沒有任何生存競爭的對手，所以它們迅速占領各個大陸，進入了鼎盛時期。豐富的食物和適宜的氣候，使恐龍們迅速繁盛起來，前所未有的巨型恐龍爭相亮相，在廣闊的森林和草原之間游蕩，粗大的腳印深深印在泥土上。
那時候地球上的氣候都非常溫暖濕潤，植物生長茂密蔥蘢，良好的降雨和光照條件使植物可以長得很大。而由于食物充足，動物就沒有了營養缺乏之虞，無論是草食動物還是肉食動物，都可以不缺食物來源，所以動物也能長得很大，這也是巨型恐龍產生的原因。恐龍中最具代表性的迷惑龍，體長25米，體重達30噸。在海洋里，體形接近魚類的爬行動物——魚龍，族類繁榮昌盛，與其他海洋掠食者，例如蛇頸龍和海洋鱷目動物一起分享著侏羅紀溫暖的海水。
世界各地豐厚的侏羅紀成煤期煤礦的發現，也印證了侏羅紀時期森林的茂盛，河流湖泊沼澤雨水的眾多和豐沛。例如我國侏羅紀煤就在內蒙古、陜西、甘肅、寧夏等省廣泛分布。
但是，這樣一個碳基生命旺盛的時代，因為行星撞擊地球導致的碳中和失衡而毀滅，并導致了恐龍的滅絕。6500萬年前，一顆名為巴普提斯蒂娜的小行星，直徑接近160公里，進入了地球軌道，撞擊了地球，形成了著名的希克蘇魯伯隕石坑。撞擊的地點就在墨西哥的猶卡坦半島。
撞擊事件引發了頻繁的火山爆發，大氣層二氧化碳濃度顯著升高。撞擊事件造成大量灰塵進入大氣層，遮蔽陽光，使植物無法獲得太陽光進行正常的光合作用，導致二氧化碳吸納能力減弱，而且也導致食物鏈最底層依賴光合作用生存的生物，例如浮游植物和陸地植物，大量死亡。草食性動物，因為所依賴的植物的劇減而死亡。同樣地，頂級掠食者例如暴龍，也受到影響。大氣層二氧化碳濃度的急劇升高，氧氣濃度的急劇下降，碳中和失衡帶來的生態系統崩潰，導致在撞擊事件后艱辛存活的物種，又會在生態惡化的效應中死亡。
始新世
世界成煤的第三個高峰期，是古近紀，又稱為早第三紀，開始于公元前6500萬年，也就是恐龍大滅絕之后。早第三紀包括古新世、始新世和漸新世。古新世持續了1000多萬年，此時，地球依然在修復因為行星撞擊導致的碳中和失衡，雖然因為地球強大的自我碳中和調節功能，在經過千萬年后已經逐漸修復，但地球生物仍然處于休養生息狀態。
隨著古新世的結束，地球生態在重建碳中和的基礎上開始了復蘇和新一輪的興盛期，進入了始新世，持續了約1800萬年。氣候重新變得濕潤適宜，給植物生命帶來了新的生機，在景觀上增加了多樣性。被子植物開始極度繁盛。以前由古代羊齒和各種松柏組成的植被，逐漸被被子植物所取代。此時的被子植物基本上都是喬木，無論是從新科、新屬，還是從個體數量，比以前都有很大增加。熱帶、亞熱帶植物，如棕櫚等，大量繁殖，顯花植物和草類的發展給動物界的昆蟲、脊椎動物等的繁榮，創造了必要條件。
從始新世開始，哺乳動物得到了迅速的繁衍，地球開始進入哺乳動物繁盛時期。始新世的哺乳動物科目一級的總數比古新世約增加了80％，奇蹄目和偶蹄目成為動物群的重要角色，嚙齒動物、食肉目也有了較大的發展和繁衍。
從始新世開始，地球從碳中和失衡導致的大滅絕災難中修復，進入了新的碳中和時期，碳基生命繁盛繁衍。而早第三紀煤礦的豐盛，也記錄了該地質時期地球從碳中和失衡危機通過修復走向碳中和的過程。因為森林植物的茂盛，早第三紀在歷史上是一個重要的成煤時期，在我國主要見于秦嶺以北，賀蘭山—六盤山以東地區，以及南嶺以南珠江—右江地區。
這些大自然幾千萬上億年逐漸累積的煤炭，卻因為燃煤蒸汽機的發明和大范圍的使用，在短短的不到300年時間，就通過煤炭的燃燒，全部以二氧化碳氣體的形式，返回了大氣層。
燃煤蒸汽機
十七世紀中期，英國毛紡織業迫切需要發現有效的新動力源。新大陸的發現和地理大擴張，使英國打開了巨大的海外商品市場。毛紡織業是英國當時對外貿易的主要產品，海外市場的擴張導致了英國毛紡織業需求的急劇增加，傳統的手工操作無法滿足急劇增加的巨大市場需求。英國工程師發明了飛梭，繼而又發明了水力紡紗機、水力織布機，這些機械的應用大大提高了紡織業的效率。但利用水力作為能源有很大的局限性，工廠必須建在河流附近，但河流的流量流速都不穩定，這顯然不適合機械化大生產的需要。于是，很多工程師開展了以煤為燃料的燃煤蒸汽機改良的嘗試。
1765年，瓦特發明了帶冷凝器的單向式燃煤蒸汽機，1782年又發明了雙向式燃煤蒸汽機。瓦特燃煤蒸汽機的發明和使用，使英國的毛紡織品產量，從1766年至1789年，二十多年內增長了五倍，促進了英國對外貿易的發展。而毛紡織品海外市場的擴張，又導致了對長途運輸業的迫切需求。
在船舶上采用燃煤蒸汽機作為推動力的實驗開始于1776年，經過不斷改良，至1807年，美國的富爾頓制成了第一艘實用的明輪推進的燃煤蒸汽機船“克萊蒙”號。此后，燃煤蒸汽機在船舶上作為推動力達百年之久。
1800年，英國的特里維西克設計了可安裝在較大車體的高壓燃煤蒸汽機。1803年，他把它用來推動在一條環形軌道上開動的機車，這就是機車的雛型。英國的史蒂芬孫將該機車不斷改進，于1829年創造了火箭號燃煤蒸汽機。該機車拖帶一節載有30位客人的車廂，時速達46公里每小時，開創了鐵路時代。
到十八世紀末，燃煤蒸汽機普遍代替其他動力，成為英國和歐洲許多工業部門的主要動力來源。
燃煤蒸汽機的發明和廣泛使用，帶來了第一次工業革命高峰，人們的生產和生活方式因此發生了巨大的變化，極大地推進了技術進步，促進了規模化經濟的發展，極大地提高了生產效率的同時也使商業投資更有效率。燃煤蒸汽機在紡織業的運用，提高了紡織業的效率和產量；燃煤蒸汽機在運輸行業的運用，使載重上千噸的火車開始在大陸快速穿越，載重上萬噸的輪船開始在大洋中橫渡；燃煤蒸汽機在礦山開采中的運用，降低了礦工的勞動強度，并且可以晝夜不停，連續開采；燃煤蒸汽機在金屬冶煉上的運用，煤炭帶動大型鼓風機，更高的溫度更強大的能源，提高了金屬冶煉的精度和純度，擴大了金屬的使用范圍，開發出各種新型設備和武器；燃煤蒸汽機在機械制造上的運用，制造出更復雜更精密的器械和工具，為近代工業的創建奠定了基礎。
燃煤蒸汽機的使用，使人們從依靠人力、畜力等原始動力中解脫出來，實現了機械化大生產。伴隨著燃煤蒸汽機在工業領域的廣泛使用，近代的能源工業——煤炭工業，開始在世界范圍廣泛建立，從而帶動了煤炭開采和利用的爆發式增長。1861年，英國的煤炭年產量就已經超過五千萬噸，成為十九世紀以來人類使用的主要能源之一。2019年，世界煤炭產量達到81.29億噸。
但是，人類將大自然在地下儲存積累了幾千萬上億年的碳，在不到300年的時間就通過煤的燃燒以二氧化碳氣體的形態釋放到大氣中，肯定會嚴重影響大氣層的碳循環，損害碳中和系統，全球氣候危機初步顯現。
石油時代
第一次工業革命的核心其實是能源革命，燃煤蒸汽機替代了薪柴能源，推進了工業的機械化大生產，帶動了交通運輸創新，使人類從農業文明進入了工業文明。但是，隨著生產的發展，燃煤蒸汽機的缺點也顯現出來。蒸汽機是外燃機，是通過燃燒煤獲得的能量加熱水，通過水蒸氣的動力帶動機械。所以，燃煤蒸汽機的使用，需要攜帶大量的煤和水，需要笨重而龐大的鍋爐。因為不是直接燃燒能源帶動機械，而是先燃燒能源產生水蒸氣，再用水蒸氣的壓力帶動機械，所以，熱效率不高，不足10％。
為了解決燃煤蒸汽機存在的問題，內燃機被發明并不斷完善。內燃機必須以液體的石油為燃料，所以內燃機的普遍運用，使石油能源異軍突起逐漸取代煤炭，成為新的主體能源。
燃煤蒸汽機屬于外燃機，要先使用煤燃燒燒水，再用水蒸氣做功。能的轉化過程越多，在轉化中損耗的功率就越多，效率就會降低。當時的人們就想，如果直接通過燃燒產生能量，而不需要二次轉化，效率是不是就可以提高呢？17世紀惠更斯曾經嘗試將火藥放入活塞中，通過火藥的爆破燃燒直接帶動活塞做功，結果由于火藥爆炸難以控制，最終失敗了。這時候，人們開始關注用石油燃燒替代火藥。1876年美國人奧托發明了汽油發動機，將內燃機的熱效率提升到28％，1892年，德國人魯道夫·迪賽爾發明了柴油發動機，將內燃機的熱效率提升到34％。內燃機就此逐漸取代蒸汽機，獲得廣泛推廣運用，并引發了一系列生產技術的大變革，被稱之為第二次工業革命，使人類的工作效率進一步提高。
石油也是一種碳基能源，主要成分是碳，是濃縮碳能的最終形態。與同樣的碳基能源煤相比，石油作為能源的主要優勢是：第一，石油是液體，比固體的煤更便于運輸，特別適應于通過管道連續運輸；第二，石油是液體，所以容易萃取精煉提純，形成非常純粹幾乎不含任何雜質的液體燃料，因此，燃燒效率高，沒有廢渣，這對內燃機非常重要；第三，比煤炭的能源密度更高，單位體積所能產生的能量遠遠高于煤炭，所以可以作為汽車、飛機等空間有限的交通運輸工具的燃料，支撐其長途遠距離運輸。
由于汽車、坦克、裝甲車、飛機、拖拉機、輪船等大都采用內燃機，推動著世界石油開采和煉油業的飛速發展，世界石油工業開始建立，確立和鞏固了石油作為主體能源的地位。因此，在能源史上，第二次工業革命，就是從煤炭時代走向石油時代的轉折，就此，世界能源進入石油時代。
生命與石油
同為碳基能源，石油和煤的形成有相似之處，都是遠古時期生物遺骸因為無氧化環境沉入地下，經過幾千萬上億年的地下高溫高壓作用形成的。地球上的生命都是碳基生命，全是由碳構成，所以這些遠古時期生物遺骸主要成分都是碳。但石油主要是海洋里的動物和藻類遺骸演化而成，因為動物富有油脂，所以，在幾千萬上億年的演進中，最后形成了以碳為主體的液體的石油；而煤是由陸地的植物，因為死亡倒下的地點是在湖泊、河流、沼澤地帶，水的隔離形成無氧環境埋入地下，因為是植物遺骸的高溫高壓風干壓縮，所以是以碳為主體的固體。
在現今發現的石油油藏中，時間最古老的達五億年之久。大部分石油集中形成于石炭紀、二疊紀、侏羅紀。我們可以發現，石油集中形成時期，和歷史上煤炭的成煤時期，幾乎是重合的。我們在前面分析了煤炭的成煤時期形成原因，都是有一個碳中和狀態的氣候適宜時期，溫潤潮濕，適宜森林植物生長，所以，為煤的形成提供了物質條件。而經歷了漫長的碳中和平衡狀態，這幾個時期也都經歷了生物大滅絕階段。
無論是石油的形成，還是煤炭的形成，都在遠古時期先經歷了繁盛期，所以才有大量的地球生物，海洋繁盛的海洋動物，森林繁盛的森林樹木，為石油和煤炭的形成奠定物質基礎。而繁盛期之后的地球碳基生命集體大滅絕事件，大量動植物的死亡，使大量的動植物遺骸被埋入地下。比如，因為大氣中二氧化碳濃度過高，海洋酸化缺氧引發大量海洋動物的死亡，這些集體大量死亡的生物，被海底泥沙埋葬后，經過幾千萬上億年，在地下的高溫高壓下，它們逐漸轉化，首先形成臘狀的油頁巖，在繼續的高溫高壓下，形成液態的石油。
由于石油比附近的巖石輕，它們向上滲透到附近的巖層中，直到滲透到上面緊密無法滲透、本身則多空的巖層中。這樣聚集在一起的石油形成油田。通過鉆井和泵取人們可以從油田中獲得石油。
通過中東地區石油的形成，我們可以理解石油形成的歷史和原因。中東地區是目前石油儲油最多的地區。中東海灣地區地處歐、亞、非三洲的樞紐位置，原油資源非常豐富，被譽為“世界油庫”。據美國《油氣雜志》數據顯示，世界原油探明儲量為1804.9億噸。其中，中東地區的原油探明儲量為1012.7億噸，約占世界總儲量的2/3。在世界原油儲量排名的前十位中，中東國家占了五位，依次是沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、科威特和阿聯酋。
中東地區為什么會有這么豐富的石油蘊藏呢？
中東是地中海東南岸、俄羅斯高加索山脈、波斯灣以及非洲紅海沿岸圍成的那一片區域。中東地區是一塊年輕的陸地，其前身，是廣闊的海洋。形成中東地區這塊年輕的陸地，來自于阿爾卑斯-喜馬拉雅的造山運動。
7千萬年前，歐亞大陸還沒有完全成形，非洲板塊、印澳板塊不斷向北推移，與歐亞板塊全線碰撞。板塊碰撞之處，大地崩裂，熔巖噴射，海岸邊，地震引發海嘯，數十米高的巨浪吞噬著一切，造成大批海洋生物的集體死亡。此次碰撞范圍如此之廣，力量如此之大，導致了歐亞大陸南側全線隆起，大量超級山脈和高原就此誕生。它西起大西洋東岸，東至印度尼西亞孤島。這次造山運動，造就了阿爾卑斯山、喜馬拉雅山、伊朗高原、青藏高原等，全長超過1萬公里。它橫貫地球，地質學上稱之為阿爾卑斯—喜馬拉雅造山帶。
伴隨著這次碰撞，世界地理格局也為之改變。歐亞大陸與非洲板塊、印澳板塊之間，原本存在的海洋大面積萎縮甚至消失。中東地區所在地域原來是特提斯海，因為這次碰撞事件，特提斯海開始縮小，無數小島從海中冒出來，地殼運動導致海底隆起，新的陸地誕生，這里面就有中東地區。所以中東地區豐富的石油來源于之前特提斯海豐富的海洋生物遺骸的累積。
經過幾千萬年的擠壓，最終特提斯海消失在地球的歷史中，只留下一小部分，就是今天的地中海。而那些因為這次碰撞而擠壓隆起的山脈，西起阿爾卑斯山東至青藏高原，就是阿爾卑斯-喜馬拉雅山系。
中東就是這個造山運動出來的地區，由于前身是海洋，里面大量的海洋生物在這個變遷過程中埋入地殼，非洲板塊又和亞歐板塊發生擠壓，中東處在二者的交界處，這樣的作用之下，海洋生物經過復雜的物理化學反應生成了石油。因為地殼很年輕，中東的石油埋得不深，全部是淺表石油，易開采，所以中東的開采效率全世界最高。
失衡的碳循環
目前，石油已經成為了現代工業的命脈，液體的黃金，與我們的生活緊密關聯。石油作為燃料，廣泛用于各種類型汽車、拖拉機、輪船、軍艦、飛機、火箭、鍋爐、火車等動力機械；石油作為潤滑劑，使各類滑動、滾動、轉動的儀器減少磨損，保證效率；石油作為溶劑，是橡膠、皮革、油漆等工業必須的萃取物質，并可以用于洗練機器和零件；我們使用的五顏六色形態各異的塑料制品，牙刷、盆、瓶子、iPad等，都是石油化工產品；石油還是制作合成橡膠的主要原料，合成橡膠具有高彈性、耐高溫、低溫等性能，廣泛應用于工農業、國防、交通及日常生活中，我們生活中隨處可見的鞋子、體育用具、輪胎、電線電纜等物品都要使用合成橡膠；我們用的清潔用品很多都是石油制品，如洗滌劑、洗發水、沐浴乳、肥皂等等，里面都含有石油的衍生物；我們從衣服標簽看到的滌綸、腈綸、錦綸等面料，都是由石油生產的合成纖維；最后的石油渣，成為瀝青，鋪成柏油大馬路。目前全球有鋪裝瀝青的路面公路總長為1700多萬公里，可以想象消耗了多少瀝青！
碳基能源石油的形成，也是地球碳循環的產物，是地球碳循環的重要環節。動植物死后，本來應該在氧化作用下，重新生成氣體的二氧化碳和水，回到大自然，形成二氧化碳的源。但是，海洋水對空氣的隔離，泥沙淤泥迅速掩埋形成的無氧環境，將這些有機碳以液態的方式保存在了地下，沒有釋放進大氣中。考慮到石油形成時期經歷的地球碳基生命大滅絕，行星撞擊地球引發大量頻發的火山爆發，大量二氧化碳從地底被帶出釋放到大氣中，導致大氣二氧化碳濃度的急劇升高，導致大氣和海洋都因為二氧化碳濃度過高，氧氣含量急劇下降，大量海洋動物因為海洋缺氧死亡，堆積的遺骸因為缺氧沒有被重新氧化變成二氧化碳氣體和水，而是以液體碳的形態埋在了地下，本身就減少了大氣中二氧化碳濃度，是大自然努力調節碳循環平衡的產物，是大自然穩定碳中和的調節機制之一。
隨著第二次工業革命，石油被廣泛運用。從地球碳循環的角度，這也就是意味著，我們把幾千萬年上億年存儲在地下的液態碳，通過石油燃燒的方式，轉化為二氧化碳氣體，重新釋放回大氣層中。這種人為的大量對自然碳循環的干擾，肯定會影響到自然界的碳循環平衡和碳中和狀態。
1870年，全球生產大約80萬噸石油，1900年年產量猛增到2000萬噸，2016年產量接近39.2億噸，2021年全球石油年產量即使在疫情影響的情況下也達到了44.23億噸。石油支撐了人類工業的大發展，使人類在改造自然的過程中取得了前所未有的成就。但是也對世界經濟產生了極大的影響，幾次石油危機使世界為之震撼，說明了我們目前的工業體系對石油的高度依賴。
第一次石油危機發生在1973年，因為阿拉伯國家與以色列的恩怨，他們決定對以色列背后的支持者美國實施報復。阿拉伯成員國停止石油生產并收回標價權，這直接導致了世界的油價翻了三倍以上，整個世界的工業被按下了倒退鍵，美國經濟倒退14％，日本經濟倒退了20％。這次石油危機使世界各國都很震撼，之后成立了國際能源署，規定了每個國家必須要有60天的原油儲備量。
第二次石油危機發生在1978年，兩個石油生產大國伊朗和伊拉克發生了戰爭，史稱“兩伊戰爭”。二者就波斯灣霍爾木茲海峽的所有權大打出手，戰爭持續了8年。作為世界石油的主力出口國，伊朗和伊拉克戰爭導致了世界原油數量吃緊，世界經濟承受巨大壓力，國際能源署不得不將原來規定的每個國家必須要有60天的原油儲備量提高到了90天，以應對石油危機。
第三次石油危機發生在1990年，因為伊拉克攻打科威特，受到了國際社會的制裁，其原油出口停滯，給世界工業帶來了重創。導致英美等國家的GDP直接下跌，后來以沙特阿拉伯為首的石油出口國加大了原油產量，才勉強將危機化解，拉回了正軌。
這三次全球能源危機，都來源于中東地區國家石油供給能力，因為戰爭等因素出現了問題。而這三次石油危機給世界經濟帶來的嚴峻影響，也引起我們的反思。我們在前面已經介紹了中東地區石油形成的歷史，來自于7000萬年前的大陸板塊運動，這說明石油的形成需要漫長的幾千萬年的歷史，說明了石油是不可再生資源，人類不可能等這樣一個幾千萬年的地質周期。終有一天石油會被開采完，整個世界的能源將何去何從？
薪柴時代、煤炭時代、石油時代，這三次能源革命，無論是薪柴，還是化石能源的煤炭、石油，都是碳基能源，燃燒產生能量的關鍵，都是這些能源中的碳元素在高溫下與空氣中的氧氣結合，形成二氧化碳并重新釋放到大氣中的過程，在這一化學反應過程中，會釋放出巨大的能量。人們通過獲取這些能量增強了改造大自然的能力，但同時，也人為地增加了向大氣層排放的二氧化碳量，從而在一定程度上破壞了自然界上億年才形成的碳中和平衡系統。
而薪柴、煤炭、石油的形成，卻都是地球漫長碳中和過程中森林茂密、動植物繁盛的產物。我們正處在一個由碳基化石能源支撐的經濟神話面臨嚴峻挑戰的時代，能源危機和氣候變化逼迫著我們必須進行新能源轉型。能源是一國經濟的命脈，誰掌握了新能源核心技術，誰就會成為下一任經濟的霸主。無論為攻為守，各國都必須應戰。這是一場世界領域的能源戰爭的春秋戰國時期，也是一場人類命運共同體的碳中和保衛戰。期盼地球再次回歸森林茂密、氣候溫潤、生命繁盛、鳥語花香的碳中和常態。
