中國(guó)是世界上最早利用煤的國(guó)家。遼寧省新樂(lè)古文化遺址中,就發(fā)現(xiàn)有煤制工藝品,河南鞏義市也發(fā)現(xiàn)有西漢時(shí)用煤餅煉鐵的遺址。希臘和古羅馬也是用煤較早的國(guó)家,希臘學(xué)者泰奧弗拉斯托斯在公元前約300年著有《石史》,其中記載有煤的性質(zhì)和產(chǎn)地;古羅馬大約在2000年前已開(kāi)始用煤加熱。
在煤的形成過(guò)程中,植物是絕對(duì)的主角。當(dāng)?shù)厍蛱幱诓煌刭|(zhì)年代,隨著氣候和地理環(huán)境的改變,生物也在不斷地發(fā)展和演化。這些植物在相應(yīng)的地質(zhì)年代中造成了大量的煤。但是,我們一點(diǎn)也不能忽略動(dòng)物的作用,正是由于它們的“嘴下留情”,那些古代植物才有機(jī)會(huì)燃盡生命的最后余熱。
在四億年前的古生代志留紀(jì),當(dāng)植物第一次從海洋移民陸地的時(shí)候,展現(xiàn)在它們面前的是一片前途無(wú)量的天堂般的勝境。這里根本就沒(méi)有能吃它們的動(dòng)物,只要把大自然的挑戰(zhàn)克服過(guò)去了,它們想怎么活就怎么活。于是植物就這樣步伐緩慢卻穩(wěn)健地一點(diǎn)一點(diǎn)征服了陸地,三億五千萬(wàn)年前的泥盆紀(jì)末期,陸地上開(kāi)始出現(xiàn)廣袤的森林,隨后的石炭紀(jì)和二疊紀(jì),森林更是茂盛到了無(wú)以復(fù)加的程度。一部分死亡的樹(shù)木來(lái)不及被微生物分解就沉積到了地底,于是形成了大面積的煤層。而最早的陸生脊椎動(dòng)物——原始兩棲類——是泥盆紀(jì)才開(kāi)始出現(xiàn)的,它們的成體毫無(wú)例外,全都是肉食動(dòng)物。換句話說(shuō),兩棲類和森林在同一片陸地上共處了將近一億年,它們卻全然沒(méi)有想過(guò)去吃這些森林!
大型食草動(dòng)物的第一次大規(guī)模出現(xiàn),始于兩億五千萬(wàn)年前的中生代三疊紀(jì)。只不過(guò),這時(shí)候終于知道去吃植物的動(dòng)物,已經(jīng)不是兩棲類,而是從兩棲類中分化出來(lái)的爬行類了,特別是眾多食草恐龍的出現(xiàn)??上?,天不假年,恐龍的好日子并沒(méi)過(guò)多久。六千五百萬(wàn)年前的白堊紀(jì)末期,不管是食草的還是食肉的,在短短的時(shí)間內(nèi)都消失了。于是被食草恐龍壓迫了將近兩億年之久的陸生植物得以緩過(guò)勁來(lái)。重新享受起那種沒(méi)有太多壓迫的悠閑生活。被子植物就是在這種情況下迅速擴(kuò)張,在大部分陸地上取代了裸子植物,成為陸生生態(tài)系統(tǒng)的新主人的。在緊隨白堊紀(jì)之后的新生代第三紀(jì),由于吃植物的動(dòng)物銳減,廣袤的森林再一次合成出了過(guò)量的有機(jī)質(zhì),沒(méi)有被及時(shí)吃掉和分解掉的就沉積到了地底。于是再次形成了煤層——這就是在煤礦地質(zhì)學(xué)上意義僅次于石炭一二疊紀(jì)煤層的第三紀(jì)煤層。
我們知道,煤正是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的。這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程叫做植物的成煤作用。一般認(rèn)為,成煤過(guò)程分為兩個(gè)階段:泥炭化階段和煤化階段。前者主要是生物化學(xué)過(guò)程,后者是物理化學(xué)過(guò)程。在泥炭化階段,植物殘骸既分解又化合,最后形成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥都含有大量的腐殖酸,其組成和植物的組成已經(jīng)有很大的不同。
溫度對(duì)于在成煤過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)有決定性的作用。隨著地層加深,地溫升高,煤的變質(zhì)程度就逐漸加深。高溫作用的時(shí)間愈長(zhǎng),煤的變質(zhì)程度愈高,反之亦然。在溫度和時(shí)間的同時(shí)作用下,煤的變質(zhì)過(guò)程基本上是化學(xué)變化過(guò)程。在其變化過(guò)程中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是多種多樣的,包括脫水、脫羧、脫甲皖、脫氧和縮聚等。
壓力也是煤形成過(guò)程中的一個(gè)重要因素。隨著煤化過(guò)程中氣體的析出和壓力的增高,反應(yīng)速度會(huì)愈來(lái)愈慢,卻能促成煤化過(guò)程中煤質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的變化,能夠減少低變質(zhì)程度煤的孔隙率和水分,增加密度。
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