煤炭在人类文明中很长一段时间扮演着重要的角色,为人类提供各方面的燃料。虽然现在为了响应环保号召,各国都在用其他资源代替煤炭,但煤炭依旧没有退出历史舞台。
尤其是在电价飙升的情况下,售价低廉的煤炭又成了经济发展的香饽饽,2022年,欧洲好多国家宣布重启火电厂,煤炭再次高调回归工业领域。
2022年多个国家宣布重启火电厂
我国近年来虽然在大力开发清洁能源,但国内仍然有很多火电厂一直在运行,煤炭的开采也没有停下脚步。
作为不可再生资源,如此大规模地消耗煤炭,估计过不了多少年,地球上的煤炭资源就会被人类用尽。
这不是瞎说,比如像我国的煤炭大省山西,120米厚的煤层至少需要2440米的植物遗骸才能积成,煤炭的演化一点也不轻松,可以说是一将功成万骨枯。
山西的煤矿煤层厚度能够达到120米
参天大树化作煤炭要问起煤炭是怎样形成的,很多人都会简单地回答:是植物死后埋入地下,经过几千万年的变化形成的。话说的简单,可从植物变成煤炭却一点也不容易,需要复杂的条件,不是只要堆积植物埋地下就能形成的。
煤炭虽是地球上储量最多的化石燃料,各个大陆地区和岛屿都有,但它的分布很不均匀,每个国家的煤炭储量不同,质量也有所不同,好在我国的煤炭资源居于世界前列,产煤量也非常高,一时半会儿不会出现煤炭危机。
中国的产煤量还是比较可观的
煤炭根据形成条件和成煤的原始物质不同,可以分为腐植煤、残植煤、腐泥煤。这三种煤的原始物质分别是植物遗体、植物某些组织、藻类植物和浮游生物遗体。
这些植物死后腐烂堆积起来,随着地壳的运动慢慢沉入地下埋葬,隔绝空气,再加上高温和高压的作用和物理、化学的变化等,才慢慢形成了黑色的可燃性沉积岩。
煤炭的形成需要植物残骸、压力以及时间
植物遗骸堆积处的地壳下沉的越快,就有越多的遗骸沉入地下,那么这里形成的煤炭层就越厚,反之,植物遗骸堆积的越少,煤炭层就越薄。而且有的面积也不大,毫无开采价值。
有大型煤矿的地方,可以由此反推出在远古时期这里的植被很丰富,而且地壳运动剧烈。
我国著名的煤田有大同煤田、哈尔乌素煤田、神府煤田、准东煤田、伊犁煤田、胜利油田等等。别看现在这些地方的植被不咋样,但在地球的三大成煤期里,这里的植被覆盖率却相当高。
煤田现在的植被虽然不多,但在成煤期覆盖率却很高
可以说,植物的任何部分都能通过变化形成煤炭,但是高品质的的煤却得靠植物的木质部,也就是树干、树枝,这部分含有丰富的木质素,在地下不容易被分解,成煤效果好。
煤炭在刚挖出来的时候能看到上面有植物根茎的形态,要是切片用显微镜观察,还能更清楚地看出植物的构造和组织。
地球成煤期我们现在能开采的煤大多都形成于陆生生物空前发展的石炭纪,时间大概是3.55亿年前到2.95亿年前。在这6000多万年里,陆地面积快速增加,气候温暖湿润,到处是沼泽。
我们现在开采的煤矿大多形成于石炭纪
这样优异的条件简直就是植物的天堂,所以那时候地球非常绿,森林面积很大,且树木也长的相当高大。不要以为现在很少见到高大的树木远古时期就没有,要不是人类砍伐,很多树都有足够的生长时间。
比如那时乔木类的石松树就能长到40米高,蕨类植物也根深叶茂,它们虽然个头长的相对较矮,但依然密密麻麻地霸占了森林下方的空间。
石炭纪时期的地壳运动也相当的活跃,很多地方被挤压成褶皱,形成高原和山体,因此石炭纪也是山形成的重要时期。而频繁的地壳运动刚好是促使煤炭形成的原因之一。
石炭纪进行的地壳活动形成了各种各样的地形
据现在已探明的煤炭数据统计,世界上有超过一半的煤炭都来源于石炭纪。
如果现在要找类似于石炭纪的环境,大约只能去亚马逊的热带雨林感受了。亚马逊雨林中的气候一年四季都湿热,气温变化非常小,经常出现大暴雨天气,降水量高,即使有贝尔.格里尔斯那样的野外生存技能,呆在那里都很难,更何况是比这气候还夸张的石炭纪。
大量的植物死在沼泽里、溪流边,随着水搬运工的努力和地壳运动,植物遗骸很容易能下沉到地下,然后慢慢演变成泥炭,再形成比较低级的褐煤,褐煤继续通过地壳运动的压实,成为烟煤。这时候,真正意义上的煤炭才算形成。
煤炭的形成经历了泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤的过程
而要转化成跟高质量的煤,褐煤经过的挤压相当“惨烈”,据悉,6米厚的褐煤才能压成0.3米厚的烟煤或者更少的无烟煤。
好煤炭的形成不容易中国作为煤炭大国,可想而知在远古时期我们现在的脚下生长着多少参天大树。因此,按以上成煤的标准,中国的煤田中有超过120米厚的煤层,换算成原始植物的话,起码需要积累2440米的厚度。
120米厚的煤层需要至少2440米厚的植物残骸
地质研究表明,我国的华北平地区留存着石炭纪时期的植物,山西能成为产煤数量和质量都名列前茅的煤炭大省,就足以说明这一点。
而且别看现在的山西高原是气候干旱,风沙漫天的黄土高原,回到石炭纪,那是环境相当好的地方,海洋和陆地交替出现。这样的情况下,当海水退却时,正好让陆地植物快速生长,碰到海洋扩大时,死去的植物就被埋到地下。
于是,一批又一批的植物在山西长了又埋,才形成今天这么厚的煤层。
如今的煤层汇聚了大量植物残骸
石炭纪过去,到了二叠纪时期,地壳运动更加剧烈,地表压力增加,造山作用显著,地槽封闭,地球上出现了很多褶皱山系。板块之间也逐渐联合起来,陆地面积再次扩大,海洋缩小,加上末期的生物大灭绝,煤便在这个时期加速形成。
二叠纪末期经历了一次生物大灭绝,加速了成煤时间
虽然侏罗纪和白罡纪也是成煤期,但这两个时期地球的植物都不能和石炭纪相提并论,地质变化也不如石炭纪和二叠纪剧烈,时间也不够长,因此形成的煤大多是褐煤,甚至还有泥炭,即使有些年轻的烟煤,质量远不如那两个时期的烟煤和无烟煤好。
看看山西出产的煤炭质量,就能知道,想要得到上乘的煤炭有多不容易。侏罗纪时期里现在有1亿多年,那时形成的煤炭都不太好,要好煤得看石炭纪,要是石炭纪的煤被开采完了,是不是还得等上几亿年,再经历一次成煤期呢?
如果现有的煤矿开采完了,要使用煤炭资源,只能等下一个成煤期了
可几亿年过去后,地球上还有没有人类都说不清了。
欧洲重启火电厂的事情说明,煤炭在工业发展中有着不可替代的重要性,因此,人类更应该大力发展其他清洁能源来节约煤炭资源,否则真到万不得已的时候,我们可能连煤炭都没有了。
除了化石能源,我们还需要大力发展清洁能源