几亿年前动植物死亡后,为什么会演变出煤和石油?
煤主要是远古时期的植物死亡后转变而来,这点在学术界没太大争议;关于石油的形成,目前有生物成油说和非生物成油说,并且涉及到阴谋论什么的,一时半会也没有定论。
煤和石油是当今世界最重要的化石燃料,化学成分都很复杂,但主要还是以碳氢化合物为主,都被认为是不可再生能源,人类能够开采和使用的煤和石油将会越来越少。
煤的形成
地球上的煤基本都源于远古植物死亡后,由于当时的微生物无法分解木质素,导致大量植物碎屑积累,最后在地质作用下又埋入地下,经过高温高压碳化,从而形成了密实的固态煤。
这个煤的形成理论基本没什么争议,因为大量证据均证明了这个观点,比如:
1、形成时间最早的煤和石油,大约在5亿年前的寒武纪时期,这也是地球生物第一次大爆发的时期。
2、世界上50%以上的煤,均形成于3亿年前的石炭纪时期,这一时期是陆地植物大量繁盛的时候,陆地森林覆盖率达到了60%,是形成煤的最佳时期。
3、在侏罗纪和白垩纪时期,出现了大量能分解木质素的细菌,所以接下来的两亿年间,煤的形成量减少。
4、世界上的煤矿,均形成于沉积岩中,与理论一致。
5、煤中含有大量有机质,与植物碳化后的成分一致。
6、在煤矿开采中,能见到很多横切面存在树木纹理,这也是最直接的植物成煤证据。
石油的形成
石油的流动性比较好,关于石油的形成,有两种说法:
(1)生物成油论
这是有关石油形成最为广泛的说法,说远古时候的生物(包括动物、浮游生物、微生物等等)死亡后沉入湖底,由于缺乏氧气,这些尸体无法彻底分解,最终被泥沙覆盖沉积起来。
然后进过数百万年的沉积,这些沉积物越来越深,压力和温度也越来越高,如果条件恰到好处,沉积物中的碳就会转变为复杂的碳氢化合物,最终生成石油和天然气,整个过程需要上千万年的时间。
(2)非生物成油论
有科学家提出,自然界中的碳可以固化为碳氢化合物,并在地质作用下可以形成石油。
关于石油的形成,生物成油论占据主导,也有很多证据的支持;但是无论那种理论正确,目前人类技术都无法大规模生成石油,所以石油是不可再生资源,一旦地球上可开采的煤和石油用完,那么人类将面临重大的能源危机。
据估计,全世界的石油还能使用大约100年,煤还能开采200年,未来人类必须找到可持续发展的能源才行,比如核能、太阳能、潮汐能等等。
煤炭是远古植物形成,这一点并没什么疑问,因为在各个地质年代的煤炭层中发现了大量的植物化石,比如我国的华北以及西北与东北地区的早白垩纪煤层中,发现了大量的松柏类植物花化石,另外在大别山、秦岭以及昆仑山以北的煤层中真蕨类与银杏纲植物居多,另有大量的苏铁纲、楔叶纲等中侏罗纪时代的植物!而准噶尔盆地的煤矿也是中侏罗纪时代,与秦岭与昆仑山一带的蕨类植物化石等有相当的雷同!
一、煤炭是怎么形成的?
煤炭一般有高等植物形成的腐殖煤和低等植物的腐泥煤,当然还有两类混合煤与残殖煤等几种,其中腐殖煤的比例是最多的,现有蕴藏量比例超过95%!我们就简单说说腐殖煤的形成!
远古时期的高等植物死亡后,如果堆积在空气不足的沼泽中,将会产生不完全氧化作用,随着不断堆积将完全隔绝空气,随着本身的厌氧细菌的分解,植物开始脱水、去羧基(-COOH),释放出二氧化碳、甲烷等气体以及排出多余水分,使残骸的碳含量相对增高,氢氧成分减少,成为一种凝胶状物,就是俗称的泥煤!
如果此时再次沉积或者因地质运动下沉,这些泥煤会被堆积层压实、失水以及老化硬结形成含碳量高,氢氧含量比较低的褐煤!如果此时沉降更深受到几千甚至几万个大气压,在200℃的高温作用下形成烟煤和无烟煤!
二、石油的形成
从现代石油成因理论来说,一般都普遍支持有机成因,当然也有部分理论支持无机成因,我们来简单了解下两者的差异!
一、有机成因
沉积的生物有机质在生物化学的作用下形成石油的早期中间物质-干酪根,随着地质运动,埋藏加深,干酪根逐步发生催化裂解和热裂解形成原石油!再经过地质作用最终形成具开采意义的油藏!
从有机成因来说,我们的石油将会越来越少!毕竟大自然的积累是有限的,人类无节制的开采使用,终有一天将会将地球上数十亿年积累的太阳能(有机物都来自于光合作用,动物也间接来自太阳能)消耗一空!
2、无机成因
比如化学家门捷列夫就认为油气是无机化合物经复杂地球物理化学作用形成,很有可能来自于地幔的无机成因!如果真是无机成因,那么油气从另一个意义上也许是“无限的”,而且油田分布将会形成新的理论!
有机成因的证据:石油馏分具旋光性,这是生物有机质普遍具有的旋光性!另现代的沉积物都发现有构成类似早期烃类化合物!
无机成因的证据:碳氢沉积物在地球早期即形成,比如在科拉深钻孔底部就发现大量的氢沉积物!并且又发现已经开采过的油田又有油流入,似乎从有机成因上有些难以解释!
不过无论是无机还是有机,有一点倒是大家都统一意见的,即过多的燃烧石油会造成空气污染,无节制的排放将会造成全球温室效应,未来地球气候极端化发展也许指日可待,甚至已经在发生!因此从这点上来看,即使无限时候人类仍然得有限使用,核聚变电站还是得研制,要不然总有一天地球将不适合人类生存!
随着人类走进科技发展的时代时代,对资源的需求也是越来越多,而且过去在没有科技的日子里,古时候的人们只能利用一些地表的资源,对地下的资源基本应用不到。可是科技的到来却让利用地下资源成为了可能,其中对人类影响最深远的一种资源就是石油。
相信没有一个人不知道石油,人类的很多机械都需要用到石油,比如摩托,汽车,飞机,火车等。可能有人认为石油的作用就是提供汽油,柴油这些,其实不是,石油从地下抽上来之后是原油,是一种又黑又臭的液体物质,原油经过提炼加工之后,又会分化为很多种用途。
我们常见的比如航空汽车,航空煤油,普通的汽油,柴油。石油的附产品还会石油溶剂,润滑剂,石蜡,沥青等,可以说石油全身都是宝,没有一点浪费。石油的用途非常广泛,无论是日常生活还是工业生产都离不开它,正是石油对于人类的影响如此之大,所以石油储备量也成为一个国家综合实力强弱的标志之一。
一个国家如果有丰富的石油储量,这个国家至少会非常富有,而且石油的动荡也关乎着全球的经济动荡,前段时间国外某国的油田被破坏,造成了全球金融市场的大动荡,可见它的影响力有多么大。而且为了石油,有些国家会不惜发动一场战争来掠夺。
地球地下石油的储量是非常丰富的,现在我们每天都在从地下抽取石油,而且已经抽取了半个多世纪,可地下石油的储量仍然没见减少。石油深埋地下千米以下,很多人都非常好奇如此丰富的石油储量到底是如何形成的?曾经有人提出石油是由动物尸体形成的,这种说法对吗?
科学家对石油的形成目前有两种观点,一种认为是由各种有机物经过万年以上的地质改变慢慢演化而来。而这种有机物其中一部分就是由动物尸体构成的,科学家认为在数亿年前的远古时期,地球发生过生物大灭绝事件,相信很多人对此都知道,地球数十亿年里一共经历了五次生物大灭绝。
地球早期的生物以海洋生物最为丰富,生物大灭绝来临之后,80%的海洋生物灭绝,这些生物的尸体中含有丰富的有机物,海洋生物死亡后分解后的有机物在岩石中沉积下来,通过板块运动,地壳的移动和有机物的不断叠加,氧成分消失,碳元素被保留下来,与剩下的无机物等化学物质形成了石油。
因此,我们会发现地球上的石油储量大部分都在海底,虽然一些陆地也有石油储量,但是这些有石油储量的陆地根据科学家探索发现,它们在很久以前其实也是海洋,只不过后来板块移动,使原来的海洋变成了陆地。虽然变成了陆地,但是地底千米以下却积压了曾经海洋生物分解的有机物,它们与无机物结合慢慢形成了石油。
科学家对石油形成的另一种说法,认为在远古时期,地球大气中的氧气和碳元素很多,这些物质与其他杂质相结合,重量比较轻,所以没能像岩石一般沉入到地壳之中,而是粘附在岩石壁上,随着地壳的运动,摩擦和产热,慢慢的就形成了具有流动性的石油。
这两种说法到底哪一个正确,现在也没有确定的答案,不过石油里面大部分物质是碳氢化合物,形成石油的时候有机物和无机物都有参与,而有机物的来历有可能是动物,也有可能是植物,因为它们都能够分解产生碳元素。
至于石油是由动物的尸体形成的,这一点说法并不完全正确,在石油的形成过程,动物的尸体有参与是大概率事件,原因就是石油基本都是形成于海洋中,而海洋里最多的就是各类生物,这些生物包括鱼类和海洋植物。不过有一点是明确的,石油的形成跟陆地动物的尸体关系并不大,如果有关系也是海洋生物的尸体。
我们已经在地球上发现3000种以上的碳氢化合物,石油是由其中350种左右的碳氢化合物形成的,比石油更轻的碳氢化合物则成为天然气。煤矿与石油的成因很类似,但煤是植物的化石,又是固态。
大量产生碳氢化合物的岩石即称为“石油源岩”。埋没于地中的石油源岩受到地热和压力的影响,再加上其他多种化学反应之后就产生石油,而石油积存于岩石间隙之间便形成油田。
地壳变动而石油生成
我们最近逐渐了解地球内部的变化与石油的生成有十分密切的关系,在描述此种关系之前,让我们先来了解一下地球内部的状况。
地球的半径大约是6400公里,覆盖地球表面的地壳下方是由岩石形成厚达2900公里的“地慢”,其下方则是由金属形成的“地核”,并以大约5100公里深处分界,分为“外核”与“内核”。外核主要是由液态金属铁组成,内核则主要是固态铁。 地球表面铺满坚硬的“板 块”,厚度约有100公里,是由向上喷出的“洋脊”产生的,’在 缓缓移动到“海沟”后就沉降于 另一板块下方。 80年代后期,人们学会捕捉地震波传递到地球内部时的立体图,于是发现令人惊讶的地慢活动状况。高温又巨型的上升流“超级卷流”由地底涌上后,以蘑菇形态分别存在于夏威夷和非洲大陆正下方。此外,低温的巨型下降流“冷卷流”则以水滴形态占据亚洲大陆及南美洲大陆正下方的冷卷流似乎是沉降到地函底部。
我们现在的知道的是,地幔内部落热对流是以冷卷流向超级卷注移动的形态而形成的。此种运动不仅影响板块运动,似乎也对整个地球的地质和环境的变化产生很大的影响。
超级卷流是石油制造者?
现在全球生产的石没之中,有60%是产生了恐龙称霸地球时期所形成的石油源岩,所形成的“黑色页岩”则遍布世界各地。黑色页岩主要是由未经氧化的藻类等浮游植物遗骸堆积而成。由此可知当时必须有可让浮游植物繁殖又不会产生氧化的缺氧环境条件,大量的黑色页岩才会形成。
最近发现,石油源岩在此时代的形成似乎与超级卷流运动的活化可以促使由地下涌出的地幔物质所形成的洋脊体积增大,海面因而上升,使得较低的陆地变成浅海,而浅海则具有可当石油原料的藻类等浮游植物极易繁殖的环境。
浅海地区的藻类等浮游植物因而出现大幅增加和大量死亡的现象,周围的细菌为分解其残骸而消耗氧气,于是出现了缺氧环境。
地球温暖化也会改变深层海水的流动状况,由于高纬度地区与低纬度地区海水的温度高低不同,较低温但含有丰富氧气的高纬度地区深层海水会流向低纬度地区海洋。但地球温暖化的现象减少。氧气较少的海域因而扩大,无法氧化的浮游植物便逐渐堆积,所留下的大量有机物则形成石油源岩。
生物的演化改变了石油的性质
由于石油的原料是生物的遗骸,因此调查石油的性质便可以得知古老时期的生物演化过程和地球环境历史。
生命的演化大概有下述的过程。生命是于38亿年前诞生,并逐渐地进行演化,到了距今5亿5000万年前的古生代寒武纪时期,爆发性的演化才开始,大约4亿4500万年前,生命也登上了陆地。
4亿4000万年至4亿年前时期,石油源岩的主要成分是当时繁茂的浮游植物所形成的耐碳氢化合物。另一方面,羊齿类植物在此时期繁琐盛于海岸近处,因此以陆上植物为原料的石油源岩也出现了。
2亿9000万年前,广大的陆地普遍出现由裸子植物组成的森林,并到处形成被沼泽地包围的湖沼,藻类便在湖沼中开始繁殖。由此也产生了以藻类为原料的新种石油源岩,这也是陆上植物的繁盛促使新性质石油源岩诞生的一例。
9000万年前时期,被子植物和针叶树林开始逐渐扩张到高纬度地区和高地,因而出现以陆地木材为原料的石油源岩。另一方面,树木的树脂成为轻质原油的原料,形成新的石油源岩。针叶树林的增加竟使得木材取代了藻类,成为石油源岩的主要原料。
最近石油性质的分析技术有长足的进步,我们已逐渐可以取得有关石油原料性质,以及由热能引起的变化过程等的详细资料。由此种资料即能进一步了解原料生物遗骸逐渐堆积时的环境状况。
大约1亿7000万年到200万年前所发生的全球性规模“阿尔卑斯造山运动期”也造出了巨油田,在此时期,分布于广大范围的1亿年前前后形成的石油源岩都没入地中。现有的石油和天然气有大约3分之2就是此时期形成的。
煤炭和石油自从被人类所发现以来,就是人类文明进步与发展所不可或缺的重要能源,那么这些能源从何而来呢?关于煤炭和石油的来源,有一句简单的描述,煤炭源于植物,而石油源于动物,这是真的吗?
煤炭和石油虽然都是人类最为重要的能源,但二者的性质和成因截然不同,先来说说煤炭吧。煤炭源于植物,这一理论可以说已经得到了广泛的认可,也取得了众多证据的支持,不过仍然有一些不同的声音在扰乱视听,所以有必要对此进行辟谣。之所以有人并不支持植物成煤理论,是因为他们认为树木死亡后便会被腐蚀,进而化为土壤的一部分,既然连全尸都难以保全,又怎么可能化为煤炭呢?这种说法看似有理,却忽略了一个重要的因素,就是煤炭形成的时间。
众所周知,木本植物大约出现在3.5亿年以前,当时正值石炭纪时期,而木本植物又是形成煤炭的主力军。
目前已发现的煤炭资源有超过一半的储量都是在石炭纪时期生成的。树木死亡之后会被泥沙封存起来,这对于石炭纪时期的地球来说并不算是什么难事,因为那个时候的地球可以说是沼泽遍布,随着岁月的流逝和地质的变迁,这些被深埋于地下的树木在高温和高压的作用之下逐渐炭化形成煤炭。
那么这里有一个问题,为什么树木死亡之后不会腐烂变为泥土,而是会随着地质的沉降变为煤炭呢?原因就在于煤炭形成的时间,煤炭形成的高峰时期是石炭纪,而此时地球上的微生物还没有进化出分解木质素的能力,所以树木死亡后不会被微生物分解腐烂化为肥料。
不相信植物成煤理论的人还有另一个观点,就是认为煤层的密度高,而森林的密度显然比煤层低。
首先,石炭纪的森林密度远比现在高,大量的树木、蕨类植物都是煤炭的原材料。其次,死亡的树木并不是直接化为煤炭的,这儿写死亡的树木在被泥沙封存后会逐渐化为泥煤,而泥煤是一种凝胶状物,之后,泥煤会堆积压实,逐渐硬化成为褐煤,最后会随着地质的沉降,在高温高压的作用下形成我们现在所见的煤炭,所以煤层的密度高于森林中树木的密度是理所当然的事情。
说完了煤炭,现在我们再来说说石油吧,与煤炭不同,关于石油的形成至今仍然存在着争议,一种观点认为石油是由生物所形成的,另一种观点则认为石油的形成与生物并无关系。
科学是讲究证据的,因此大多数的科学家都支持生物成
理论。迄今为止已经在石油中发现了诸多生命迹象。
那么根据生物成理论,石油是如何形成的呢?形成石油的主要原料就是一些藻类和浮游生物,当这些生物死亡后,它们的尸体便会沉积到水底,这些由尸体所组成的水底沉积物在被继续覆盖之后,便会因温度和压力的升高而发生化学变化,进而形成我们所熟悉的石油以及天然气。
根据生物成理论,石油的形成与煤炭的形成过程具有一定的相似性,特别是都需要高温以及高压的作用,不同的是,煤炭的形成需要特定的条件,在白垩纪之后,由于微生物进化出了分解木质素的能力,所以树木便很难再生成煤炭了,但石油的形成就没有这样的困扰。
由于煤炭的形成需要特定的条件,所以煤炭是一种典型的不可再生资源,而石油从理论上来讲是可以继续生成的,但生成石油需要漫长的时间,从这个角度来讲,石油同样也是不可再生资源。
最后再来说说非生物成油说,石油的成分是相对较为复杂的,但主要就是碳氢化合物,而地球地壳之中本身就含有各种碳氢化合物,而由于密度的差异,这些碳氢化合物逐渐从水和其它物质中分离出现并聚集到了一起,于是就形成了我们所知的石油。单从理论上来讲,非生物成油说同样是没有问题的,只不过目前还找不到有力的证据来支持这一观点,所以与生物成油说相比,支持非生物成油说的科学家是相对较少的。不管石油是怎么形成的,也不管是煤炭还是石油,它们都是重要的不可再生能源,所以节约能源是非常重要的一件事。
科学家说煤炭是由几亿年前的树木演变而成的,这个理论不难理解。但是按照科学家的说法,石油是几亿年前动物尸体演变成的,那么有石油的地方必然会出现大量的动物骨骼化石才对,化石呢?所以说石油是动物尸体演变而成的确实有点耐人寻味。事实上有谁见过,农村埋在自家果木树下的动物尸体,几年后挖出时还会看到动物骨骼周边有油脂存在呢?还有古人都是土葬,有谁见过古人的坟墓里还会有类似石油的物质存在?闻所未闻。
我个人认为石油可能不是在地球形成的,而是来自遥远的外太空。这些石油在低温下形成陨冰游走于太空中,当十几亿年前路过太阳系来到地球时,它们便被地球引力所吸引,便成为了地球物质的一部分。
石油到底是怎么来的?这可能对于现在人类而言并不重要了!因为它只是作为能源被人类所用。
首先,根据过去教科书上的说法,石油是由古代生物的尸体,在一定的特殊条件下,经历上万年的时间形成的,期间还经历了一系列的化学变化,因其形成过程十分漫长,故将其视为一种不可再生的能源。
这种能源会越用越少,直至枯竭,现在的能源危机也是基于这种说法。可是仔细推敲就会发现,这个说法存在很多漏洞,既然是由动物尸体演变而来,为什么会埋在地下深处,而不是地表呢;为什么石油会集中的存在某个区域而不是散落在各处呢?但是无论怎样,生物形成论仍是目前西方社会和科学界的主流说法,并且得到了广泛宣传。
此外,还有另一种截然不同的说法,他们认为石油是由非生物形成,是由源于地壳本身的碳形成的,与生物尸体无关。这一理论认为,石油是一种黑色的可燃性的液体,主要成分是碳氢化合物,地壳里存在的碳元素在高温高压的特殊条件下形成了石油,类似于钻石的形成过程。因此,它是一种可再生资源,能不断产生,不需担心石油耗尽的问题。
为了证实这一假说,科学家们做了大量研究。他们发现,以前曾经开采完的废气油田,有一些能有“自充式”的修复功能,过一段时间又再次发现石油,这个发现在一定程度上证实了石油源自地球本身而非由生物形成的这一论断。
随着科学研究的深入,越来越多的科学家认为,石油总量与生物的尸体无关系,而与地壳深处的碳氢化合物的总量有关,它和天然气一样,是由于地幔燃烧而产生的一种化合物,可以供人类长期使用,这也解释了为什么在地壳浅层存在大量的石油和天然气。到底真相如何,还有待于科学家们寻找更多的证据,做进一步研究。