煤炭是什么由植物形成的?
煤炭与我们日常生活密切相关,人们都知道煤炭是由树木形成的,那么,煤炭是由哪些树木形成的呢?
煤是黑色固体矿物,主要成分是碳、氢、氧和氮。煤是由一定地质年代生长的繁茂植物,在不透空气或空气不足的情况下受到地下的高温和高压而变质,逐渐堆积成厚层,并埋没在水底或泥沙中,经过漫长地质年代的天然煤化作用而成。因此可以说,煤就是植物化石。在各地质时期中,以石炭纪(距今约3.5亿年)、二叠纪(距今约2.7亿年)、侏罗纪(距今约1.8亿年)和第三纪(距今约0.7亿年)造煤最多。参加石炭纪造煤的植物主要是沼泽森林的建群种,有高达30~40米的蕨类植物鳞木、印封木、芦木以及窝木、树蕨等,一些早期的裸子植物如种子蕨、科达树也加入这个阵营。
科达树
鳞木
芦木
科达目植物是早石炭纪到晚二叠纪的高大乔木,是主要的造煤植物之一。科达树是高大乔木,树干很直,有的种类有20~30米高,直径也在1米左右,上部分枝很多,形成树冠。根和茎的次生木质部很发达。叶单生,带形或舌形,最长的不过1米,螺旋状排列在枝上,叶脉多在基部分叉。孢子叶穗着生于退化叶的短枝的顶部,单性,雌雄同株或异株,小孢子叶穗都很狭长,分别组成分散的“花序”。花粉粒扁平,风媒传播。种子扁平或具翅。木质坚硬。管胞具多裂的具缘纹孔,孔膜简单,没有形成孔塞。科达目可能是种子蕨的后裔,也有人说是从前裸子植物进化而来的,到二叠纪晚期基本灭绝。银杏植物和松柏类植物是科达目的后裔。在侏罗纪和早白垩纪的时候北半球有大片的松柏森林,遗体堆积,炭化成煤。在我国西北、东北和华北地区侏罗纪—早白垩纪的煤层中,就有大量的松柏类植物的木材遗体。在大致以昆仑、秦岭、大别山一线以北的中国北方地区,早、中侏罗纪含煤地层十分发达,盛产植物化石。经过数十年的研究,该地区早、中侏罗纪植物群的基本面貌已经比较清楚,即以真蕨纲和银杏纲占优势,并有较丰富的楔叶纲、苏铁纲和松柏纲。其中真蕨纲以蚌壳蕨科、紫萁科和大型的枝脉蕨为主,并出现少量双扇蕨科、马通蕨科、合囊蕨科等植物。银杏纲中的Ginkgo,Ginkgoites,Baiera,Phoenicopsis和Czekanowskia等大量出现,并有相当的分异度特点,被认为是主要造煤植物。新疆准噶尔盆地是重要的煤炭产地,源于天山的玛纳斯河将山体切割成几十米深的巨大沟谷。在距今1.6亿年前的中侏罗纪,这里的气候温暖湿润,地表河湖纵横,蕨类、裸子植物等繁茂生长。在煤田深处常见的是蕨类和裸子植物化石。蕨类化石主要是有节类的新芦木、紫萁科的拉发尔蕨、蚌壳蕨科的锥叶蕨和分类地位不明的枝脉蕨等,现在它们都已经灭绝。裸子植物化石主要是银杏、茨康叶以及松柏类的枝条、球果等。
煤炭主要是在地球内部的物理化学过程及地质作用条件下,经过漫长的地质年代,形成的。因此,煤炭和太阳没有直接的联系。但煤炭形成的另一个重要条件:物质来源是古代植物遗体,而植物的存在和生长是离不开太阳的。因此,植物是煤炭和太阳之间的纽带,将两者联系起来。也可以说太阳的存在是煤炭形成的一个必要条件,没有太阳,就没有地球上的植物,也就没有煤炭的形成。
煤是世界上分布最广阔的化石能资源,主要分为烟煤和无烟煤、次烟煤和褐煤等四类。世界煤可采储量的80%集中在中国、美国、俄罗斯、澳大利亚、印度、德国等国家。煤的用途十分广泛,可以根据其使用目的总结为三大主要用途:动力煤、炼焦煤、煤化工用煤,主要包括气化用煤、低温干馏用煤、加氢液化用煤等。
煤炭除了作为燃料以取得热量和动能以外,更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油,即煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。经过化学加工,从煤炭中能制造出成千上万种化学产品,所以它又是一种非常重要的化工原料,如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作原料生产化肥。我国的煤炭广泛用来作为多种工业的原料。
煤的开采是一项最艰苦的工作,当前正在花较大的力量来改善工作条件。由于煤炭资源的埋藏深度不同,开采方式一般相应地也有矿井开采(埋藏较深)和露天开采(埋藏较浅)之分。
中国采煤以矿井开采为主,如山西、山东、徐州及东北地区大数采用这一开采方式,也有露天开采,如朔州平朔煤矿——全国最大的露天煤矿。
煤是古代植物遗体的堆积层埋在地下后,经过长时期的地质作用而形成的。据研究,几乎所有的植物遗体,只要具备了成煤的条件,都可以转化成煤。不过,低等植物遗体所形成的煤,分布范围小,厚度薄,很少被人利用。那些分布广、规模大、利用广泛的煤,都是高等植物的遗体(主要是古代的蕨类、松柏类以及一些被子植物的遗体)形成的。
在地球的历史上,最有利于成煤的地质年代主要是晚古生代的石炭纪、二叠纪,中生代的侏罗纪以及新生代的第三纪。这是因为,在这几个时期内,地球上的气候非常温暖潮湿,地球表面到处长满了高大的绿色植物,尤其在湖沼、盆地等低洼地带和有水的环境里,封印木、鳞木等古代蕨类植物生长得特别茂盛。
当时,高大的树木倒下以后,就会被水淹没了,这就造成了倒木和氧隔绝的情况。在缺氧的环境里,植物体不会很快地分解、腐烂。随着倒木数量的不断增加,最终形成了植物遗体的堆积层。这些古代植物遗体的堆积层在微生物的作用下,不断地被分解,又不断地化合,渐渐形成了泥炭层,这是煤的形成的第一步。
由于地壳的运动,泥炭层下沉了。泥炭层被泥沙、岩石等沉积物覆盖起来。这时,泥炭层一方面受到上面的泥沙、岩石等的沉重压力,另一方面,也是更重要的方面,泥炭层又受到地热的作用。在这样的条件下,泥炭层开始进一步发生变化:先是脱水,被压紧,从而比重加大,而且石炭的含量逐渐增加,氧的含量逐渐减少,腐殖酸的含量逐渐降低。完成这几个过程以后,泥炭就变成了褐煤。
褐煤如果继续不断地受到增高的温度和压力的作用,就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化,褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了。
开滦、阳泉等煤田,是在古生代的石炭纪至二叠纪时期形成的,这个时期的成煤植物是古代的蕨类植物。大同的武宁煤田,是在中生代的侏罗纪形成的,这个时期的成煤植物有古代的苏铁、松柏类、银杏类等裸子植物。抚顺和云南的小龙潭煤田,是在新生代的第三纪形成的,这个时期的成煤植物是古代裸子植物中的松柏类和原始的被子植物。
既然煤始于植物,那它无疑是太阳能的产物,因为植物的生长靠的就是太阳能。
经过亿万年以后,死亡的植物,在地壳作用下,炭元素最终形成煤炭
所以煤炭燃烧放出的能量,实际上来源来太阳
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。
在地表常温、常压下,由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用,转变成泥炭或腐泥;泥炭或腐泥被埋藏后 , 由于盆地基底下降而沉至地下深部,经成岩作用而转变成褐煤;当温度和压力逐渐增高,再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。
煤形成的年代
在整个地质年代中,全球范围有三个成煤期:
古生代的石炭纪和二叠纪,成煤植物主要是孢子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。
中生代的侏罗纪和白垩纪,成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。
新生代的第三纪,成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤,其次为泥炭,也有部分年轻烟煤。