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煤層真的是植物形成的?遠古地球有這么多植物構成百米煤層嗎?

但我們一定要清楚,這些愜意的生活,都是建立在人類對煤礦石油的開發利用上的,而煤礦等化石能源其實都是不可再生能源,用完就沒了。如果化石能源消耗殆盡,那么現在和諧愜意的文明世界也將受到極大的沖擊。

其實平時如果有留意新聞的朋友應該能知道,早在上個世紀,就已經開始有科學家在預測化石能源將會消耗殆盡,但是直到今天,化石能源依舊是人類的主要能源,每天依舊消耗大量的煤礦和石油,科學家的預測沒有靈驗,化石能源就像是無窮無盡一般。

煤礦石油等物質真的會消耗光嗎?一些地區的煤層據說達到了百米厚度,這么厚的煤層是如何形成的呢?如果說煤礦都是由植物形成的,遠古地球上有這么多植物嗎?就讓我們帶著這些疑問一起看下去吧。

煤礦的發掘歷史

人類對于化石能源的最早利用,其實就是對煤礦的利用。科學家們最早在石器時代的遺跡中發現了燃燒煤炭的痕跡。這是因為由于地質運動不少煤礦裸露在地面,而煤礦的外觀與性質其實與木材燃燒后產生的木炭十分相像,因此古人發現煤炭可以燃燒的幾率本身就不低。

由于煤礦的燃燒時間長,燃燒熱度高,在那之后的很長時間,煤礦的主要功能就是燃燒取暖、冶煉金屬

歷史學家研究發現,早在金朝、元朝的古人就已經開始開采地下煤礦。古人們一般使用“巷道式采煤法”,就是簡單地往地下挖,挖出煤礦后就開始橫向開采,通道使用方形煤柱支撐頂板用于通風和防塌方,這種方式采煤對煤礦的回收率只有大約20%

煤礦利用的轉折點發生在18世紀,第一工業革命圍繞著蒸汽機展開,英國等西方國家的生產力獲得飛速提升。說到底,第一次工業革命就是建立在對煤礦能量的高效利用之上的,蒸汽機的主要能量來源就是燒煤

除了推動工業革命,煤礦還支撐工業國家開發出大量的煉鋼技術,在第一次工業革命的影響下,西方國家一度成為世界霸主。

而且隨著科技的發展,采礦技術也在不停地更新,18世紀英國發明了以爆破采煤為主的眾多采礦技術,蒸汽機礦車的出現也大大增加了對煤礦的開采能力,礦洞可以延伸地更深更遠。煤礦開采從以前的小作坊式的開采進入商業開采時代。

直到19世紀,第二次工業革命也已經開始,美國、印尼和中東等地方發現出大量的油田,由于石油方便開采,而且作為燃料比煤礦的效率更高,因此煤礦漸漸被取代,那時候的煤礦就被認為是石油的下級能源,于是采煤的規模大幅下降,世界對煤礦的需求量大幅下降。

但是1973年和1979年分別爆發了兩次石油危機,這使得人們開始重新將注意力放回煤礦上面。直到今天,所有需要高效燃燒的燃料基本都是使用石油的提取物汽油、柴油、航空燃油之類的。

但僅僅是需要燃燒釋放熱量的時候,一般都是選擇燃燒煤炭,這其中火力發電就是最重要的煤礦消耗方法,我國現階段有大約50%的電力都是來自于燃煤換取的能源。

可以說,沒有煤礦的話,那么我們正在使用的電力設備就必須少用一半,只靠風力水力等方式產生的電力根本不足以支撐我們現在社會的消耗

煤礦的演化過程

煤礦是一個含量巨大的礦藏資源,在開采的煤礦中,甚至會有數百米深度的礦藏,正是擁有著數量巨大的煤礦,才能支撐人類幾百年來的文明發展。

其實組成煤礦的主要元素是碳、氫、氧、氮和硫等,如果我們可以仔細觀察煤礦的紋路,就可以發現,煤礦石上經常能看到植物的根莖或葉子紋理,這是因為煤礦實際上是由古代植物被深埋在地底下,逐漸演變成煤炭的。

可以說煤炭其實就是一種特殊的植物化石。一般來說,植物轉化為煤炭的過程分為兩個階段:

  • 第一個階段——泥炭化階段

我們知道當動物或者植物死去后,都會有大量的微生物將尸體分解,在這過程中尸體會漸漸腐爛,在微生物的分解下,動植物尸體中的有機物將會被分解成二氧化碳排放到大氣中

但是在遠古時代那些可以分解植物的微生物還沒演化出來時,植物死去后蘊藏在植物身體中的碳元素也就無法被轉化成二氧化碳,因此遠古時代的植物生長環境很可能會是死去的植物鋪滿整個森林,在水分和空氣流動的作用下被漸漸軟化為木粉,新生的植物將在木粉上生長并且吸取木粉中的營養長大

如此循環百萬千萬年,這些植物將空氣中大量的二氧化碳都吸收并轉化為有機物,全部都儲存在木粉之中,缺少二氧化碳的地球開始溫度驟降,進入冰河時期。無數植物被寒冰掩蓋在地表之下

在這過程中,這些木粉漸漸轉化為黑色的泥炭,泥炭會產生大量的腐殖酸,此時組成泥炭的成分已經與植物有很大的不同。

  • 第二個階段——煤化階段

被掩蓋的地表之下的泥炭時刻都要承受著高強度的壓力,并且地表以下的溫度會逐漸升高,在高溫高壓的作用下,泥炭漸漸被壓得緊實起來,泥炭中的水分也漸漸被擠壓走了,泥炭會漸漸地被壓成褐煤

泥炭轉化為褐煤的過程,其實就是一個精煉提純的過程,泥炭中的腐殖酸被漸漸被過濾掉,褐煤的碳元素含量和密度都比泥炭要高一個等級

泥炭轉成褐煤之后,轉變的過程并沒有結束,因為褐煤依舊會在壓力和高溫之下進一步改變性質,煤層在地殼中的位置并不是一成不變的,它會隨著地殼運動漸漸往下沉,褐煤降到一定深度時,壓力與溫度將會得到加強,于是褐煤中的水分將會再次被擠壓出來,甚至褐煤的分子結構也會發生變化。在這個過程中褐煤會漸漸轉變為煙煤、無煙煤

植物尸體的煤化,從木粉到泥炭到褐煤再到煙煤和無煙煤,最終的成品將是完全沒有其他雜質的石墨。

古代植物的演化過程

經過科學家們的研究,植物大批量轉化為煤礦的時期主要有三個:

中生代的石炭紀和二疊紀,這個時期的植物主要是以孢子植物為主,因為缺少分解植物的微生物,而且演化的時間足夠長,現在基本都轉化為煙煤或者無煙煤了。

中生代的侏羅紀和白堊紀,這段時間是裸子植物的天下,由于距今也才過去一億年左右,這個是時期的植物現階段也只能轉化為褐煤和煙煤。

新生代的第三紀,其實就是恐龍滅絕之后,被子植物漸漸成為植物界的主流,這段時期的植物被埋在地下還沒多久,因此基本以褐煤為主,也有很多還處于泥煤的狀態。

其實總的來說,對人類而言最重要的還是石炭紀和二疊紀時期形成的煤礦,而且這個時期也十分特殊,那時陸地生物還沒開始探索大陸,整個陸地就只有植物和昆蟲的存在,缺少競爭對手和天敵的孢子植物一度遍布整個盤古大陸

再加上分解植物的微生物還沒演化出來,因此死去的植物就只能被環境風化轉變成木粉,于是就會新生植物長在死去植物尸體上的情況,在不斷的堆疊下,石炭紀的植物尸體將有可能堆到幾百米高

目前最深的煤層位于澳大利亞,足足有七百米高,而我國的最厚煤層在內蒙古,也有兩百米高這種巨厚煤層很有可能就是在這種情況下形成的

在這種情況下,孢子植物的數量遠超之后每一個時代。而現在最高質量的煤礦正好也是數量最多的煤礦。當初孢子植物因為數量太多,將大量二氧化碳轉化為有機物,空氣中氧氣濃度大幅上漲,結果導致野火事件開始頻發。

長期的野火并不能消滅廣袤的孢子森林,但卻陰差陽錯將將大量的二氧化碳排放到大氣中,調節了地球氣候的平衡,這個現象一直持續到二疊紀末期,長期的高溫燃燒將大量水分帶到天空,于是當時的地球開始下起了一場持續上百萬年的雨季,這次大雨導致了全球性的洪水災害,造成了二疊紀-三疊紀生物大滅絕事件

持續的大雨為死去的孢子植物提供了良好的腐化條件,再配合大雨后的冰河時期氣候,于是絕大多數的孢子植物都成功被轉化為煤炭資源了。

煤礦會消耗光嗎?

其實細心的讀者一定能發現,每個是時期的植物最終都一定會轉化成煤炭資源,再加上石炭紀的煤炭實在是太多了,因此至今我們仍然不需要太過擔心煤礦會枯竭,而且隨著時間的推移,埋藏在地表下的煤礦也正在一點點地轉化為更高級的煙煤和無煙煤。

也就是說,即便煤礦是不可再生能源,但是煤礦的數量巨大,而且仍在時刻轉化中,因此對我們而言,把這些煤礦全都消耗光,是一件很漫長的事情。

而且現在我們開始刻意控制使用化石能源時產生的碳排放了,因為大量使用化石能源會導致二氧化碳在空氣中的含量越加增多,這將明顯加速溫室效應

如果我們仍舊毫無節制地使用化石能源,那么可能在把煤炭資源消耗光之前,地球就已經變成一個不適宜人類居住的星球。

結語

對于煤礦等化石能源的利用的確讓人類的文明與技術大幅度進步,但是在這同時,也會破壞人類的居住環境。幸好我們現在已經意識到這個問題,開始有意識地減少化石能源的利用,并且在努力研發新能源

其實我們國家2005年時,火力發電的占比有80%左右,直到現在我國的火力發電占比已經降到50%以下了。并且近年來,我國的風力發電機裝機數量再創紀錄,太陽能發電數量增長80%,核電站的建設也在積極展開。

從這個發展趨勢看,我們即將有可能擺脫對化石能源的依賴,屆時,煤礦石油即便全部消失,也不會影響到我們的便利生活了。

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