煤层厚达1千米,延伸上千公里!地球最大煤田是植物形成的吗?

森罗万象籍 2024-05-13 08:16:52

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综述

美国是一个国土辽阔,资源丰富的大国,拥有无比丰富的煤炭资源。东部地区的阿巴拉契亚煤田是世界煤炭产量最大的煤田。其纵跨东部9个州区,绵延长达1200多公里,煤层最深厚度达1000米。

根据卫星数据显示,阿巴拉契亚煤田的煤炭储量达3168亿吨,该煤田自1750年开始开采,每年可产煤4亿吨,如今依然未有枯竭的迹象。如此巨量的煤炭资源,难道真的是史前植物生成的吗?

阿巴拉契亚煤田

阿巴拉契亚煤田呈现出一个长约1200公里、宽50到300公里的长条形状,其有效煤炭储量达18平方公里。这片煤田从美国东北部的缅因州一直延伸至东南部的乔治亚州,横跨9个州区。

该煤田最厚处达到1000米,每年可产出煤炭4亿吨。此外,煤田的分布结构非常有利于开采。99%的煤层几乎是水平状的,平均厚度只有1.7米,使得开采工作更加便利。

由于煤层相对较浅,平均开采深度只有70米,甚至有些地方可以直接进行露天开采,这进一步降低了开采成本,避免了矿井开采的风险。

整个煤田有20多层可采煤层,产出的煤炭种类很多,其中褐煤占0.7%,烟煤占92.5%,无烟煤占6.8%。因为地理位置优越且开采方便,因此这里也是美国最早开采的煤田,自1750年在弗吉尼亚州正式展开开采。

1970年之前,煤田产出的煤炭产量一直占到了整个美国的70%,之后虽有所下降,但一直保持在50—60%之间。在煤炭资源的推动下,这一地区的钢铁,机械,化工等多个工业部门蓬勃发展,如今已成为美国重要的工业区之一。

煤炭的形成阶段

地层中煤炭是史前植物残骸经过千百万年漫长的变化形成的,如今地层中煤炭形成的年份主要是石炭纪,二叠纪和三叠纪,其中石炭纪生成的煤炭占到了一半以上。

石炭纪早期,陆地面积不断扩大,植物逐渐适应陆地环境,各种植物发展日益繁盛。三叠纪晚期和侏罗纪早期,全球气候逐渐湿热,植物生长范围大大扩展,进一步形成了大量的煤层。

地层中煤炭形成大致可分为3个阶段。

第一阶段,物理堆积。植物死亡后,大量遗骸在原地堆积。或经过流水和风的搬运作用,汇集在某一地区,如河流下游,三角洲浅水盆地,并在随着时间的推移逐渐形成沼泽。同时砂石土壤物质也在此堆积,和植物遗骸形成新的岩层。

第二阶段,生化分解。在各种厌氧和喜氧微生物的作用下,植物遗骸被分解破坏,并形成新的富含碳氢元素的有机化合物,形成含碳量远高于植物的泥炭腐泥。

生物作用进行的同时,化学作用也开始进行。微生物分解产生的有机化合物进一步对植物遗骸进行分解,在化学作用下分解合成新的稳定化合物,如腐殖酸和沥青质等。

如今有的地层中泥炭形成的年代比较晚,可以明显地看出有植物腐败的痕迹,并有进一步向化石能源转换的倾向。其年代愈久,泥炭的成煤化程度就越高。

第三阶段,挤压成煤。地层中的泥炭在长久压力的作用下,逐渐转化为具有生物岩特征的褐煤。随着时间的推移,地层中的褐煤在压力和高温下持续被脱水,分子结构中的含氧官能团大量失去,其结构进一步稳定。在此过程中,褐煤逐渐向烟煤和无烟煤转化。

煤田的成因

面积广阔的阿巴拉契亚煤田的必然经历了无比长久的形成过程。相关研究发现,该煤田形成于3.6亿年前—2.9亿年前的石炭纪,那时的地球湿润多雨,植被生长繁茂,可谓是属于植物的大繁荣时代。

石炭纪的植被主要以蕨类,石松类和早期裸子植物构成,这些植物在适宜的环境下不断生长,形成了大片的沼泽和森林。

植物死亡后,它们逐渐堆积并在湿润的环境下形成大片的沼泽。石炭纪时期,地球缺乏足够种类的微生物,这导致分解速度相对较慢,尤其是木质素等难以降解的成分更难被分解。

在沼泽中堆积的植物遗骸未能完全分解,在地质作用的影响下逐渐形成了厚厚的有机质层。这些有机质层沉积在地下,经历千百万年的高温高压作用,逐渐形成了煤炭。

按照煤炭的煤化程度从高到低可分为无烟煤,烟煤,褐煤以及泥炭。阿巴拉契亚主要盛产烟煤,石炭纪时期这里地势较低,气候温暖湿润,存在着大量的蕨类植物。植物死亡后的遗骸堆积于此,为煤层的演变提供了条件。

据地质学家推算,史前堆积的植物遗骸,每年大约可以形成0.01毫米的沉积物,这个速度相当缓慢。但石炭纪距今已有3亿多年之久,在如此大的时间尺度下,阿巴拉契亚形成上千米厚的煤层也就不足为怪了。

结尾

阿巴拉契亚大型煤田的形成,是时间与环境相互作用的结果。千百万年的岁月里,地质作用将这些有植物遗骸形成的机质层一步步转化为了煤炭。如今煤田内丰富的煤炭资源,不仅是工业燃料,更是地球古老岁月的见证。

如今煤矿开采,燃煤发电等活动带来的环境污染和气候变化等问题,已经日益凸显,人类更应当以更加珍视的态度看待煤炭资源,只有更好地平衡经济发展和环境保护的关系,尊重自然规律,在合理的前提下利用资源,才能实现地球生态和人类文明的可持续发展。

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森罗万象籍

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