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之前我們在推送里給大家介紹過不少石頭，都是漂亮石頭，bling bling的那種——貴、好看，但就是沒什么實用價值。 比起它們，煤炭實在貌不驚人。然而對我們人類來說，黑乎乎的煤炭可比其他的漂亮石頭重要多了。  過去家里都是用蜂窩煤燒水、取暖 圖片來自：《請回答1988》 雖然現在的煤炭不再像過去那樣，直接出現在我們家里，但其實我們每天用到的電，還有每年冬天里的暖氣（南方人民不要介意），很大一部分都仍然來自煤炭黝黑身形下蘊藏的熾熱能量。  煤炭 圖片來自：123rf.com.cn 參天大樹，化作泥煤回大地 相信不少人都知道，煤炭是“植物死后被埋藏，經過一系列變化后形成”的。這樣說起來好像很簡單似的，但實際上煤炭的形成過程非常復雜，需要的條件也沒那么隨便。  煤炭，濃縮的植物精華 草莖、落葉、樹脂、孢子花粉乃至藻類都能形成煤炭，不過真正高品質的煤炭，還得用植物的木質部“變”出來——不論蕨類植物、裸子植物還是被子植物，木本種類中的木質部分，都含有豐富的“木質素”。  植物木質部 圖片來自：123rf.com.cn 與在植物體內含量更高的纖維素相比，木質素在地層中不易分解，對成煤貢獻最大。 要形成煤田，一兩棵樹遠遠不夠，需要數不清的樹木在長時間里繁茂生長，并把遺骸積攢下來。  木本植物繁盛的沼澤，容易出產高品質煤炭 常年潮濕的沼澤洼地，是最理想的環境：這種“大坑”不光適合植物生長，而且倒下的一堆堆樹干、樹枝被浸沒在水中，分解它們的需氧微生物很快會耗盡水中的氧。 這樣一來，剩余的植物遺骸不會再被氧化作用分解，而是被厭氧微生物通過還原作用分解。  沼澤洼地孕育了豐富的泥煤，是形成煤炭的第一步 這個過程更加緩慢，并且能保存更多的有機質，稱為“泥炭化”，產物就是松軟、含水的泥炭（也叫泥煤）。 生于大地的植物們，就這樣再次回歸了大地。  泥炭（泥煤），松軟含水，難以直接燃燒 成煤四大步 越黑才越好 植物遺骸變成泥炭，只是成煤“四部曲”的第一樂章。泥炭在沼澤中不斷沉積，被新的沉積物覆蓋并越壓越深，溫度、壓力逐漸升高，這才開始進入煤化成巖階段。 原本松軟又富含水分的泥炭，被擠壓得越來越結實，水分和空隙變少，于是就從“泥巴”變成了“石頭”，稱為褐煤——成煤的第二階段形態。  褐煤，外表毫無光澤 褐煤的外表呈棕褐色，但仍含有大量水分和揮發成分，燒起來熱量不高，卻冒出滾滾濃煙，污染挺重的。 雖然燒起來不咋地，但褐煤做成工藝品，居然還挺有看頭的。早在學會燒煤之前，“文藝”的史前人類就學會了用煤炭來做工藝品。其中品相最佳的材料就是煤玉，也叫煤精。 這名字可真合適。  煤玉（煤精）是褐煤的一種，打磨后會呈現黑亮的金屬光澤或油脂光澤 煤玉富含樹脂的松柏類植物，所以質地細膩均勻，適合雕刻，在珠寶界被歸為“生物寶石”。不過你非要把它當煤燒，也是能燒的。  好了，繼續說回成煤之路——形成了褐煤還不算完。在更深的地層中，影響煤炭的已經不只物理上的壓迫，更有變質作用，讓它們在分子結構、化學成分上脫胎換骨，從沉積巖變成變質巖——在變質過程中，煤炭中的有機物大分子越靠越近，分子結構變得整齊簡單，水分和雜質也被進一步擠壓出去。 剩下的部分以碳元素為主，密度和硬度也有所增大，這就是成煤第三階段：煙煤。  煙煤，外表開始有點發亮了 煙煤當中仍含有較多雜質，這是它們燃燒時的黑煙來源。不過與褐煤相比，煙煤已經是一身黑了。 這是因為在褐煤變成煙煤的過程中，產生了“瀝青化”作用，使其呈現瀝青光澤甚至金屬光澤。不過，這個過程會釋放大量甲烷，它們與二氧化碳、氮氣等混合在一起，成為伴生煤礦的“煤層氣”，也就是礦工們最擔憂的“煤礦瓦斯”。 瓦斯是煤礦生產中的有害因素，它不僅污染空氣，而且當空氣中含量為5%～16%時，遇火會引起爆炸，引發事故 不過隨著開發技術的進步，人們現在也開始把煤層氣當做能源來開采。 成煤的最后一個階段，就是從煙煤轉化為無煙煤。無煙煤中的水分、雜質更少，質地更加純凈，外表更黑更亮，燃燒時釋放的熱值高、沒有黑煙，是最優質的煤炭。 無煙煤，烏黑發亮 “修煉”完一整套的成煤流程，需要好幾億年時間。因此年代越久、地層越深的煤炭，質量也就越高。 在我們所處的人類時代，無煙煤來自至少2.5億年前的古生代植物，距今2.5億~6500萬年的中生代植物大都處在煙煤階段，而不足6500萬年歷史的新生代植物才剛剛變成褐煤。 快趕上成精了都。 圖片來自：123rf.com.cn 滄海桑田 煤炭里有老故事 漫長的地質史免不了滄海桑田，曾經林木茂盛的沼澤，最終也會干涸，被更年輕的沉積物覆蓋。 由沼澤泥炭變成的煤層，也被夾在巖層中間，如同地層之書中的幾頁黑紙。 巖層中的煤層 圖片來自：123rf.com.cn 盡管煤炭的形成過程不同于化石，但在褐煤和比較“年輕”的煙煤中，仍會保存有植物殘骸、枝葉印痕、花粉或孢子，從而透露當時的生態信息。 煤炭上有植物化石的印痕 我們看到的煤層，大多數并不是在地下靜靜躺了上億年，而是經過了地殼運動的改造——在地殼運動影響下，原本水平分布的煤層被擠得七扭八彎，完整的一個煤層被“拆”成互不相連的好幾部分。 對人類來說，這么折騰也有好處：一些位于地下深處的煤層，也被地殼運動帶到了接近地表的位置，方便勘探和開采。 當煤層離地面較近時，挖去表層就能露天開采 煤層并不純凈，里面常有一些難以燃燒的巖石夾層，俗稱“夾矸（gān）”。 夾矸的形成通常有三種原因：洪水爆發，火山活動和海水入侵，把非有機質的石頭、泥土“扔”進了沼澤里的泥炭中。在泥炭成煤期間，這些“外來戶”也轉變為矸石，夾雜在煤層中。 煤炭分布 不患寡而患不均 地理老師講過了：世界煤炭的分布很不均勻，北半球多，南半球少。 北半球有兩條巨大的聚煤帶，而南半球只有澳大利亞、南非和南極洲的煤炭資源較多，整個南美洲幾乎沒什么煤。 世界煤炭資源分布 儲量最大、質量最好的煤層，主要來自距今3.5億~2.5億年前的石炭紀和二疊紀地層。 這一時期全球氣候溫暖、陸地森林繁茂，加之煤層在地下“陳釀”的年頭夠久，基本都成了優質的無煙煤，因此開采價值最高。 圖片來自：123rf.com.cn 煤炭的分布不均，影響了近千年來的世界格局。 中國從宋代開始大規模利用煤炭，直到明代仍是全球數一數二的發達國家；18世紀以來，英國等歐洲國家利用煤炭開啟了工業革命，近代歐洲、美國的各大工業基地幾乎都位于煤礦區…… 直到今天，煤炭作為鋼鐵、冶金、電力等重工業的“養料”，依然是人類最重要的能源之一。 圖片來自：《請回答1988》 |
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