前寒武紀的煤炭:礦床是如何以及何時形成的

2022年11月18日08:08:07 科學 1324


前寒武紀的煤炭:礦床是如何以及何時形成的 - 天天要聞


正如人們所希望的那樣,煤礦床的起源在學校里每個人都知道。對於植物殘渣轉化為煤炭的所有階段都是可觀察的,並且從字面上看是數據 - 它們可以被觸摸。但是,應該提到該過程的要點。

死亡的有機物 - 樹榦,落葉甚至花粉 - 很容易被注意到容易腐爛。生物質的化學成分並不完全精確,但在這種情況下,可以詳盡地描述為“碳氫化合物”。真菌和細菌(包括生活在節肢動物和哺乳動物消化道中的共生微生物)分解的最終產物是二氧化碳和水蒸氣。這就是自然界中物質循環的進行方式。然後,水和二氧化碳成為光合作用過程中生產新生物質的原料。

這到底是怎麼回事?水和二氧化碳只能通過添加氧氣碳氫化合物中獲得。然後在光合作用期間再次釋放,但是 - 不是重點。底線是可能找不到氧氣。然後會有另一個過程。從衰變(缺氧不會阻止所有微生物)中釋放出來的質量將是“發光”或“沼澤”氣體,可以簡單地稱為甲烷。因為甲烷是混合物的主要成分。

這只是這種方法,氫氣根本不夠。多餘的碳將保留下來。這將導致煤礦床的形成。

在自然界中,如果我們牢記現代性,自然無氧環境是沼澤,其中有機物積聚,按照第二種機制緩慢分解,隨着沼澤氣體的釋放。這種加工的產物是泥炭(如果我們談論的是沼澤)或腐殖質(在水庫底部的淤泥層中出現類似的條件)。但沼澤和湖泊已經存在了數千年或數萬年。然後,水文條件將發生變化,泥炭層將被埋在土壤沉積物下。

經過幾百萬年、幾千萬年、幾億年,一層沉積岩之上一層有機物就會生長出來。這意味着溫度和壓力將與過程相關聯,這些過程本身已經根據無氧但不僅如此的情況引起大分子的分解。有機殘留物層被擠壓得越多,其中形成的氣體就越多,一些釋放的氫會變成原子形式並開始恢復礦物質,從中帶走氧氣。

...出於這個原因,褐煤中有很多水並“卡”在固體物質中 - 溶解在其中 - 沼澤氣體。只是沙子。當殘留物層浸入一公里深度時已經形成的褐煤的一個特徵是大量的木質素 - “未消化”,燒焦,但保留木材的結構。當然,後者只有在樹榦最初可以與遺骸一起進入水箱的情況下。即使不考慮礦物污染——沼澤中並非所有的泥漿都是有機的——褐煤也只有三分之二的碳。

褐煤可以在幾百萬年內形成,但同樣的成功,沉積物的年齡可以是1億年和2億年。儲存條件在這裡很重要。如果沉積物下降3公里,氣體和水將在很大程度上被擠出,反應將走得更遠,碳釋放的比例將增加。在6公里的深度,這意味着保質期長,因為壓榨機必須首先形成,然後還要通過侵蝕部分消除 - 產生無煙煤,其中原則上沒有水和氣體,純碳的量超過95%。

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也就是說,沼澤。他們有時會提出錯誤的問題。煤礦床的厚度可以達到800米——有這麼深的沼澤嗎?他們沒有。特別是考慮到隨着煤的形成,只能從8公里的殘留物層中獲得800米的產品。但礦床是一回事,煤層是另一回事。煤層由一層岩石隔開,彼此重疊,形成沉積物,只有在特殊情況下才能達到1.5米的厚度。沉積物僅表明這個地方的沼澤已經形成了很多次,而且很容易,即使是在一個地質時期的延續上也沒有。

但是,順便說一下,關於時期。眾所周知,大約 95% 的石頭(不是棕色,-棕色後來沉積,直到新生代)煤是在石炭紀時期形成的。沼澤出現在泥盆紀 - 大約4億年前 - 當時土地被植被覆蓋。然後是巨型蕨類植物和犁頭。隨着沼澤的蔓延,煤的形成過程開始了,這個過程仍在繼續(二疊紀時期的中斷,由大氣中二氧化碳儲量的枯竭引起)仍然處於或多或少穩定的強度下。然而,在石炭紀,正是發生了導致二氧化碳消耗的事件。大氣中的碳突然進入沉積物。

也就是說,煤總是以一種方式形成 - 如上所述 - 但在石炭紀 - 不同。當時有足夠的沼澤,但進入其中獲取有機物並不是保護的必要條件。沒有必要限制氧氣的進入。陸地植物隨後發明了木質素——實際上是木材或纖維素,從而加強了樹榦。還原劑,真菌和細菌,很長一段時間都找不到這種化合物的化學鑰匙。結果,倒下的樹榦沒有腐爛,而是被木乃伊化了。森林死了,因為磷與腐敗的樹榦一起從物質循環中去除了。樹榦上覆蓋著沙子,森林又在沙子上生長,一層一層地生長。那是3億-3.5億年前,所以有足夠的時間把煤變成石頭。

標題中提到的前寒武紀煤只是近年來的發現。最近的轟動是發現了志留紀時期薄煤層 - 從一張紙上 - 煤層。但科學走得更遠,還挖出了埃迪卡拉煤。起源與後來的博赫達或薩普利特相似。這種煤是由藻類形成的,由於它們在岸上乾燥,隨後埋在沙層下,或者當乾涸具有底層有機殘留物的水庫時。超古老的煤極為罕見,因為在到達陸地生命之前,有機物以另一種“濕”方式保存 - 隨着石油的形成。然而,即使在志留里亞人中,原則上也沒有準備在陸地上工作的重工,這一事實促進了它們的形成。衝上岸的藻類即使在氧氣存在下也會被木乃伊化。

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