木头为什么有的变成了化石,有的变成了煤炭呢?
树木在被埋入地下后,由于所处的地质环境不同因而演变成不同的形态。化石,一般是树木的有机成分经过一段时间后逐渐流失、分解、挥发掉了,而岩石或土壤中的矿物质、无机质、电解质等逐渐渗入木材内部化合、沉淀、结晶而形成的,由于木材的不同部分的致密度、硬度和分解速度都不同,所以渗入木材的不同部分的无机质、沉淀物或结晶物的时间顺序、成分构成也不相同,因此,形成的化石会保留木质的原来的纹理和形状。化石的成分与环境有关,在不同的地方,化石的成分是不一样的,我就见过类似玉石一样半透明的树木化石,非常漂亮!
煤炭一般认为是由于植物在无氧、高温、高压状态下形成的。在高温无氧的情况下,植物体的炭水化合物分解后重新组合,形成以炭黑为主,多种有机、无机成分和挥发份组成的媒。由于处于地层深处压力很大,媒就要比木头致密很多,同时,地下的许多矿物质、非金属(如:硫)、放射性物质也会渗入煤炭之中。
人们现在还经常烧木炭,用于取暖和烧烤等。烧炭的原理和媒的形成有类似之处,就是要在高温、缺氧的情况下才能使木头中的有机质分解,让炭留下来不被氧化,而其它成分大部分则分解挥发掉了,最后形成木炭,因为没有长期巨大的压力,因而木炭比较疏松。
二者的区别
1、制备方法不同。煤炭的开采方法有创新煤炭开采技术、综合应用煤矸石、地表防破坏技术、综合利用瓦斯气体;而木炭的制备方法有窑烧法、干馏法。
2、含义不同。煤炭是古代植物埋藏在地下,经历了复杂的生物化学和物理化学变化,逐渐形成的固体可燃性矿物,它是地球上蕴藏量最丰富,分布地域最广的化石燃料;而木炭是木材或木质原料经过不完全燃烧,或者在隔绝空气的条件下热解,所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料,它是保持木材原来构造和孔内残留焦油的不纯的无定形碳。
3、用途不同。煤炭主要应用于电力、钢铁、水泥、化工四大行业;而木炭主要用于冶金工业、渗碳剂的制造、二硫化碳生产、木炭砖的压制、木炭干燥剂等,还有一定的医用价值。
不一样,具体区别如下:
1、制备方法上的区别
煤炭的开采方法有创新煤炭开采技术、综合应用煤矸石、地表防破坏技术、综合利用瓦斯气体。对煤炭开采技术进行创新首先需要考虑到煤矿清洁生产,即对煤矸石进行不出井处理,对保护物实行安全开展;有效利用煤矸石,积极对其进行处理而实现变废为宝的目的。
木炭的制备方法有窑烧法、干馏法。窑烧法用泥土筑窑,满装木材,从窑门或火门点燃烧,使木材在窑内炭化,挥发物逸出而剩余木炭;干馏法即木材干馏。按照出窑的熄火方法,有黑炭和白炭两种。在熄火过程中,木炭与空气接触而进行煅烧,炭的外部被氧化,生成的白色灰附在木炭上。
2、含义上的区别
煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的食粮。煤炭是地球上蕴藏量最丰富,分布地域最广的化石燃料。构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等,此外,还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。
木炭是木材或木质原料经过不完全燃烧,或者在隔绝空气的条件下热解,所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料。木炭是保持木材原来构造和孔内残留焦油的不纯的无定形碳。木炭主要成分是碳元素,灰分很低,此外还有氢、氧、氮以及少量的其他元素,主要取决于炭化的最终温度。
3、用途上的区别
煤炭主要应用于电力、钢铁、水泥、化工四大行业。
木炭主要用于冶金工业、渗碳剂的制造、二硫化碳生产、木炭砖的压制、木炭干燥剂等,还有一定的医用价值。
参考资料来源:百度百科-煤炭
参考资料来源:百度百科-木炭
煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿产,一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成。煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上。
木炭不能制成煤,但煤却能制成焦炭。烟煤在隔绝空气的条件下,加热到950-1050℃,经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭,这一过程叫高温炼焦(高温干馏)。
最早的是木材
到木炭
再到煤炭
到煤油或者焦油
到石油
汽油,柴油,机油
到食用油到柴油汽油的转换
我今天也有这个作业
煤就是植物变的,当然这个植物不只是高大的乔木,当然还可能来自灌木的木本与草本植物,它们吸收大地的养分和水分,结合阳光固化了大气层中的碳,变成了复杂的有机物,最后在漫长的地质化学作用中变成了煤炭!
植物到底会经历什么样的过程,才能变成煤炭?
石油是无机成因还是有机成因到现在还在扯皮中,尽管石油的有机成因已经成为主流说法,但由于石油和史前有机物相差实在太大,因此怀疑的人还不在少数,甚至还包括极少数科学家!
但煤炭的成因很早就形成共识了,道理很简单,我们可以在煤炭中发现煤化的植物化石,不只是化石,而是煤化的化石,从这个角度来看,煤炭就是植物变的,这个科学道理连肉眼都可以分辨!成煤的两个阶段:
第一阶段是泥炭化阶段
这个阶段是在常温与常压下,堆积在停滞水体中的植物经过腐泥作用或者泥炭化作用,变成腐泥或者泥炭的阶段,这个阶段的植物已经经过分解和化合,最后才形成泥炭或者腐泥,此时的泥炭和腐泥含有大量的腐殖酸,和原来的植物成分上已经有了很大的不同!
西伯利亚苔原或者欧洲很多沼泽都有泥炭层,从很久以前起泥炭沼泽附近的居民都知道可以作为燃料使用,因此很多当地居民有将泥炭掘回家当过冬的燃料!
可做燃料的泥炭
这些泥炭沼泽的PH值很低,所以欧洲沼泽发现过很多沼泽木乃伊,比如著名的图伦男子!而2020年发生的北极圈内火灾,也烧到了泥炭层,这个类似于煤层燃烧的火灾,可以在地下潜伏燃烧很久,一直到某个时刻露头重新形成大火!
泥炭沼泽木乃伊
泥炭层发生的大火
第二阶段是煤化阶段
这个阶段是泥炭或者腐泥因地质变动被深埋时,由于压力的作用,经过成岩过程转化成褐煤,当温度和压力继续身高时会转变成烟煤和无烟煤,这个阶段以物理化学变化为主,这个阶段也称煤化作用。
褐煤中的植物残片
泥炭:褐煤﹑烟煤﹑无烟煤﹑超无烟煤
腐泥:腐泥褐煤﹑腐泥烟煤﹑腐泥无烟煤和腐泥超无烟煤
煤炭
其中煤化作用包括成岩和变质作用两个过程,前者主要以压力为主,泥炭会在压力作用下紧实,会经历脱水、固结成为褐煤;后者则主要以温度为主,在压力辅助下,褐煤转变成烟煤和无烟煤直至超无烟煤,变质作用继续会形成半石墨和石墨!
1、煤炭的成煤作用是一个脱氧脱氢,芳构化秩序化的过程,也是一个富集有机质的沉积岩,比如在在泥炭和软褐煤阶段主要的生物化学反应是成煤原始物质形成腐殖酸。
2、硬褐煤阶段,已形成的腐殖酸逐渐失去羟基(-OH)和羧基(-COOH)等官能团,转变为腐殖质!
3、低煤化阶段煤中的芳环层很小,而且是随机分布的,是由大量富氢官能团、富氧桥以及脂肪族侧链支撑和联结;
4、煤化过程中,芳环层逐渐脱去羧基(-COOH)、羟基(-OH)、甲氧基(-OCH 3 )以及羰基等官能团,同时芳环层逐步增大,镜质体反射率也随之增高,所以煤炭闪闪发亮就是这个原因
笔者老家就有一处还没有煤化的褐煤露头点,原本以为会成为煤矿大肆开采,结果经过评估后认为没有开采价值,据说有几个原因,首先是煤化不够,其次是灰分太高,简单的说就是夹杂了石头太多了!
煤层
植物变成煤炭的比例大概是多少?也就是多少植物能变成多少煤炭?
煤炭中除了烟煤和无烟煤等区别外,灰分比例是煤炭等级的重要指标,最好的煤灰分比例很低,可以低至1%,如果灰分比例高于40%,那么就无法称之为煤了,只能叫炭质泥岩,或者高碳泥岩。
植物状态到煤炭状态的比例很难评估,不过我们可以从几个侧面来看看大概是多少交换比:
从燃烧值和密度比例可以做个简单的比较,标准煤的热值为2.93×10^7焦/千克,木材的热值取1.26×10^7焦/千克,标准煤是木材的2.33倍,而煤炭的密度差异比较大,褐煤相对密度小于1.3吨/立方米,烟煤为1.3~1.4吨/立方米,无烟煤为1.4~1.9吨/立方米,我们取值1.5吨/立方米,木材密密度跨度从0.35~0.95吨/立方米,我们取值0.5吨/立方米
那么两者总差距大约为7倍,也就是一立方米煤炭至少需要7立方米木材来转换,而且还不包括转换过程中的损失,那么从本案中9米厚煤层至少也需要63米厚的木材堆积腐化后才能形成,看起来是一个好恐怖的数字不是吗?
但其实这并没有什么,我们在森林中步行时会发现有一个非常厚的腐殖质层,这一层就是森林中大量的落叶和枯枝等形成,而煤炭需要从能形成泥炭的地方开始,这些区域营养丰富,水分充足,而且时间可以是百万年的加持,所以原材料并不是什么大问题!
煤炭形成后的地质运动
泥炭沼泽都是水平沉积的,但成煤后的煤层大都是倾斜,当然也不排除水平煤层,这和成煤后的地质运动是有关的,我们知道普通的地面都会因多种因素沉降,而地球在长期的演化中出现一些变化也是非常正常事情!
毕竟只有在完全没有干扰的情况下才会形成水平煤层!
这是因为木材或者煤炭中含有一些矿物质,这些矿物质都是不能燃烧的,因此当烧掉木材或者煤炭中的有机物以后,这些矿物质就成为灰烬残留下来。
为什么汽油、酒精能烧个精光,而木材、煤块燃烧后却留有灰烬?
原来酒精是纯粹的有机物,汽油则是由几种碳氢化合物组成的混合物,有机物及碳氢化合物都是极易燃烧的,燃烧后完全变成二氧化碳和水蒸气,所以能烧得一点不留。
木材和煤块的组成要复杂得多。木材中除了纤维素、半纤维素、木质素、树脂等有机化合物能够烧掉之外,它所吸收的矿物质是不能燃烧的,它们将成为灰烬残留下来。
古代的树木埋在地下便生成了煤,碳和一些复杂的有机物是其主要构成成分,但也有一些矿物质和不少硅酸盐,因此煤块烧剩的灰烬要比木材多。而草本植物里也含有较多的硅酸盐和其他一些矿物质,因此像稻草、茅草这样的植物燃烧后留下的灰烬一般也比木材多。
值得一提的是,植物燃烧后,其生长时所吸收的钾元素仍存在于草木灰中,因此草木灰是一种非常不错的钾肥。