100多米厚的煤层是怎么形成的?远古地球上真的有这么多植物吗?

2021-06-13 17:25:21 魅力科学君

我们人类目前使用的能量主要来源于煤、石油、天然气等化石燃料,相对而言,煤是最容易获取的。煤在地球上分布得非常广泛,尽管厚度超过8米的煤层就可以被称为“特厚煤层”,但有些区域的煤层却要比8米厚得多,其厚度可以达到100多米甚至更高。

煤真的是植物形成的吗?

科学界的主流观点认为,煤确实是远古地球上的植物形成的,其形成过程总体上可以分为两个阶段。

第一阶段被称为“泥炭化阶段”,在此阶段中,微生物不断地分解植物遗骸,并不断地发生合成作用(如腐殖化作用、生物化学凝胶化作用等),最终就会形成富含碳、氢、氧、氮等元素的泥炭(由高等植物形成)或者腐泥(由低等植物形成)。

第二阶段被称为“煤化阶段”,此阶段需要地壳的沉降来进行“配合”,当泥炭或者腐泥所在的地壳发生沉降时,周围的温度和压力就会逐渐升高,其中的氢、氧、氮等元素的含量就会不断减少,但碳元素却会保留下来,如此一来,其单位体积的碳含量就会逐步提高,当达到一定的程度时,就形成了褐煤

褐煤是煤化程度最低的煤,在此基础上,如果地壳继续沉降,那么褐煤所承受的温度和压力也会继续升高,这会导致其中的氢、氧、氮等元素的含量继续减少,而单位体积的碳含量则会继续增加,随着这种过程的持续,褐煤的密度和硬度就会因为压力的提升而不断增加,颜色也随之逐渐变深,从而形成了烟煤和无烟煤(后者碳含量最高)。

实际上,人们常在煤矿的横截面上发现一些树木的纹理,而在有些煤层中,还存在着煤化的植物化石,这可以认为是上述理论的良好证据,所以“煤是由植物形成的”这种观点,如今早就已经成为了一种共识。

100多米厚的煤层是怎么形成的?

特厚煤层的形成依赖于有利的沉积构造条件,其中丰富的水资源(水的流动性不能太强)、茂盛的植物以及速率稳定的地壳沉降是必不可少的。

因为水的流动性不强,其带来的泥沙等碎屑沉积物就很少,所以在这种环境中的沉积物基本上都是来自于植物,植物一代又一代地生长,并以稳定的速率沉积,第一代植物的遗骸会被第二代植物的遗骸掩埋、第二代植物的遗骸又会被第三代植物的遗骸掩埋……

在经历了“泥炭化阶段”和“煤化阶段”之后,这些沉积物就会形成煤层,随着时间的推移,层层叠叠的煤层不断地堆积,久而久之,就形成了100多米厚的煤层。

远古地球上真的有这么多植物吗?

答案是肯定的,在整个地质年代中,地球上的煤主要形成于三个时期,分别是晚古生代的石炭纪和二叠纪、中生代的侏罗纪以及新生代的古近纪。在这些时期里,地球上的气候温暖又湿润,植物在地球的陆地表面大量生长,为特厚煤层的形成提供了足够的物质条件。

正如我们前面所说,只要存在着合适的沉积构造条件,煤层就会一直形成,简单计算一下就可以知道,即使是煤层的厚度每年只增加0.01毫米,在1千万年以后,它的厚度也可以达到100毫米。

而上述的三个成煤时期,每一个都跨越了数千万年的时间,由此可见,100多米厚的煤层看上去似乎厚得离谱,但是考虑到如此漫长的时间跨度,这又显得合情合理。

有意思的是,根据研究人员的初步勘测,在南极洲也存在着大量的煤,仅仅是南极洲东部冰盖之下的煤储藏量就高达大约5000亿吨。那么这些煤是怎么形成的呢?其实这可以通过地球的板块运动来进行解释。

由于地球的板块运动,地球表面的陆地其实一直都在以非常缓慢的速度移动,在3亿多年前的石炭纪,它们几乎全部都聚集在了一起。

如上图所示,此时南极洲所在的陆地正处于气候温暖的区域,其地理构造又能够让来自海洋的暖湿气流可以深入陆地,所以南极洲上的植物就长得非常茂盛。直到大约1.65亿年前,南极洲才开始缓缓地向地球的最南端移动,可以看到,这段时期正是地球上第一个重要的成煤时期,因此南极洲存在着大量的煤也就不足为奇了。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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