煤炭这黑黢黢的玩意儿,可能大部分人接触的比较少,但它却实实在在地支撑着咱们的现代生活,从火力发电到钢铁冶炼,哪儿都少不了它。
全世界一年就要烧掉超过80亿吨煤,咱中国更是个用煤大户,说到这儿,就不得不提美国的阿巴拉契亚煤田,那可是世界最大的煤田,厚度达一千米,更是延伸上千公里。
据说里头藏着3000多亿吨煤,够美国人用好几辈子了。
更离谱的是,科学家们竟说这全都是植物变成的。
一堆枯枝烂叶怎么就变成了这么厚的煤层,还延伸了上千公里?
煤炭的诞生之旅煤炭这黑乎乎的家伙是怎么从一堆植物变成“工业的食粮”的?这需要时间、压力和温度的共同作用。
简单来说,远古时代的植物死后,如果恰好掉进沼泽或者湖泊之类的缺氧环境里,就不会完全腐烂。
它们一层层地堆积起来慢慢变成了泥炭,这是煤炭形成的第一步,泥炭有点像湿乎乎的泥土,颜色棕黑色,可以燃烧,但热量不高。
如果这时地壳开始下沉,泥炭被埋到更深的地方,压力和温度就上来了,泥炭里的水分被挤出去,体积变小,密度变大,颜色也变得更深,就变成了褐煤。
褐煤的能量比泥炭高一些,但燃烧时烟比较大,碳含量继续增加,就变成了烟煤,烟煤颜色黑亮,燃烧时火焰更旺,烟也更少。
最后如果烟煤再经历更长时间、更高温高压的“锤炼”,几乎所有的杂质都被去除了,碳含量变得非常高,就变成了无烟煤。
这意味着,在很久很久以前,也就是大约3亿年前的石炭纪,这世界最大煤田曾经是一片巨大的原始森林,植物茂盛,就像一个天然的“大碳库”。
后来这些植物经历了漫长的地质变化,最终形成了我们今天看到的巨型煤田。
让我们来解释一下为什么阿巴拉契亚煤田的煤层能厚达1千米,延伸上千公里,这主要有两个原因:一是植物堆积量巨大,二是地壳沉积速度快。
一片茂密的森林,植物不断生长、死亡、堆积,日积月累,就会形成厚厚的植物层。
如果这时地壳快速下沉,这些植物层就会被迅速掩埋,如此反复,经过数百万年甚至上亿年的时间,就形成了厚度惊人的煤层。
而地壳的水平运动,会把这些“煤炭大厦”搬运到很远的地方,最终形成了绵延上千公里的阿巴拉契亚煤田。
石炭纪的绿色奇迹大约3亿年前的石炭纪,那时候地球的面貌与今天截然不同。气候温暖湿润,大气中二氧化碳含量很高,简直就是一个巨大的温室。
这样的环境,对于植物来说就是天堂,高达30米的树蕨像一把把巨大的绿色雨伞,长得又高又壮,茎干粗,顶部长着巨大的羽状复叶。
除了树蕨,还有很多其他的高大木本植物,例如石松、封印木、芦木等,这些植物的共同特点是体型巨大,生长迅速,富含碳元素。
石炭纪的植物疯狂生长,源源不断地向大气中释放氧气。高浓度的氧气,一方面促进了生物的生长,使得昆虫和两栖动物的体型变得异常巨大,另一方面,也为一场史无前例的大火埋下了伏笔。
因为氧气是燃烧的必要条件,浓度越高,火就烧得越旺,在干燥的季节,一点火星就足以引发一场燎原大火。
火烧过后大量的植物残骸堆积在沼泽和湖泊中,逐渐形成了厚厚的泥炭层,这是煤炭形成的第一步,而高浓度的氧气正等待着合适的时机,释放出巨大的能量。
一场持续30年的浩劫石炭纪的繁荣盛景,并非永恒不变,在高达35%的氧气浓度下,普通的树木一点就着,迅速燃烧殆尽。
更可怕的是那些高达几十米的巨型树蕨、石松和封印木,它们体内富含油脂和易燃物质。
一旦燃烧起来,就是一个个巨大的火炬,熊熊烈焰直冲云霄,把黑夜照得如同白昼。
毁掉这场繁荣盛景的大火蔓延的速度惊人,浓烟遮天蔽日,整个地球笼罩在一片火海和浓烟之中,无数的植物被烧成灰烬,动物们四处逃窜,却依然难逃厄运。
大量的二氧化碳和有毒气体被释放到大气中,气候环境急剧恶化,但看似毁灭性的灾难,却为煤炭的形成创造了绝佳的条件。
大量的植物残骸在熊熊烈焰中倒塌,并被迅速掩埋,由于地壳的运动和沉降,这些被烧焦的植物残骸,被泥土和岩石覆盖,和空气隔绝,避免了完全腐烂分解。
而这场持续燃烧了30多年的旷世大火,也为煤炭的形成提供了大量的“原材料”,石炭纪末期的大火,是地球历史上一次重要的转折点。
它不仅彻底改变了当时的地球生态系统,也为人类留下了大量的煤炭资源,可以说,没有这场大火,就没有今天我们所依赖的化石能源。
能源和未来的博弈18世纪中叶,在美国东部,人们发现了宝藏阿巴拉契亚煤田,这简直就是个地下“能源库”。
这下好了,煤炭哗啦啦地挖出来,给当时还很年轻的美国工业发展提供了强劲的动力,美国也因此蹭蹭地发展成了世界强国。
不得不承认,煤炭对人类社会的发展贡献巨大,电力、钢铁、化工,这些基础工业都离不开它,咱现在的生活,也多亏了煤炭曾经的“鼎力相助”。
不过这煤炭也有“两副面孔”,它给咱带来了好处,同时也带来了麻烦,烧煤肯定要排放一些乱七八糟的东西,像二氧化碳、二氧化硫之类的。
但是这些不是什么好东西,会造成酸雨、雾霾,还会让地球越来越热,也就是所谓的全球变暖。
现在再看看阿巴拉契亚煤田,虽然还在开采,但已经不像以前那么风光了,大家都越来越重视环保了,各种清洁能源也冒出来了,煤炭的地位自然就下降了。
干净的能源正在崛起,准备接替煤炭的班,全球能源转型的大趋势,越来越壮大,挡都挡不住。
如何在满足能源需求的同时,还能保护环境,实现可持续发展,这是个老大难的问题,需要大家伙儿一起努力。
结语如今阿巴拉契亚煤田这个曾经的“能源巨兽”,也开始面临转型,未来它或许会以新的方式,继续为人类服务。
煤炭的故事,也是人类能源发展史的一个缩影,地球的资源不是无限的,可持续发展,才是硬道理。
信源
光明网 世界产量第一大的煤田,延伸几千公里,煤炭资源量3168亿吨
百度百科 阿巴拉契亚煤田