九米厚的煤層,需要多高的樹木才能變成?

煤炭、石油和天然氣是目前世界上利用歷史最長、規模最大、在能源消費領域佔比最高的3種一次能源,近現代幾百年來,由它們的直接燃燒釋放能量、或者深化加工製成相應能源產品,在推動世界經濟社會發展和保障基本民生等方面,發揮了舉足輕重的作用。在這3大傳統能源中,煤炭的發現歷史最長、開採強度最高、在能源結構中所佔的比重最大,同時在燃燒過程中向空氣中釋放的二氧化碳總量也最多,在能源結構調整和推進綠色發展過程中,減煤降碳也成了最關鍵、難度最大的任務。

九米厚的煤層,需要多高的樹木才能變成?

煤層的厚度千差萬別

關於煤炭的形成,目前科學界早已經形成共識,那就是在漫長的地質作用過程,以大量植物為基礎,透過富集、沉積、有機物碳化等一系列過程,逐漸演化為煤炭。而根據成煤前植物的種類、數量、富集環境、沉積時間以及地質運動等條件的不同,所形成的煤炭形態、煤層位置和厚度都會有所差異。

九米厚的煤層,需要多高的樹木才能變成?

其實九米厚的煤層,在地球所有煤炭礦藏中根本算不上什麼,稍微規模大點的都能突破十米大關,比如遼寧撫順的西露天礦,其煤層平均厚度為55米,最深處可達150多米,是我國最大的露天煤礦。對比之下,我國最大的井工煤礦-陝西神木大柳塔煤礦,有3個煤層可以開採,總厚度15米左右。根據行業預設的標準,井工煤礦煤層厚度超過3。5米、露天煤礦煤層厚度超過10米,方可稱為“厚煤礦”,處在這個標準的煤炭產量,佔到了我國煤炭總產量的45%左右。

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煤炭的形成過程

有很多朋友一直都非常疑惑,深達數米甚至數十米的煤層,需要多高的樹木變成呢?其實,當我們清楚煤炭是如何演變而來,這個問題回過頭來就知道怎麼回事了。在地球歷史上,曾經發生過五次生物大滅絕事件,其中有四次對植物造成了極具毀滅性的打擊,比如3。5億年前的泥盆紀晚期、2。5億年前的二疊紀末期、2億年前的三疊紀末期以及6500萬年前的白堊紀末期,造成大量植物死亡的原因可歸納為以下幾個方面,一是氣候冷熱劇烈變換,二是超級火山爆發,三是小行星撞擊。

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而在幾次生物大滅絕期間,超級火山爆發是由劇烈的地質執行所引發,而小行星撞擊則推動全球性火山和大規模地震的發生,在此過程中,大量植物的殘骸隨著水流衝擊、地質運動從地球表面被帶到了地下,在地下經過複雜的生化、物理化學和地球化學等作用過程,最終形成了不同品質的煤炭,這也是為何在有的煤炭中能夠發現植物化石的原因。植物成殘骸到變為煤炭,大體可以分為泥炭化和成煤化兩個主要階段。

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在泥炭層的中上部為氧化環境,含有大量的腐殖酸、木質纖維、樹脂等,在泥炭層的下部為還原環境,主要是沉積的較難分解的植物角質、樹臘、瀝青質等。在很多沼澤地帶,由於具備了泥炭形成所有條件,上層聚積了大量泥炭化物質,一些附近的居民習慣於將這些物質抽離帶回,適當乾燥化後可直接作為燃料使用。

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此後,隨著褐煤沉積的深度逐漸增加,所受到的壓力和周圍溫度都逐漸提升,一方面含水量進一步降低,另一方面腐殖質含量越來越低直至消失、而含碳量增加,從而發生脫羥、脫羧、脫甲烷等變質作用,逐漸演化為煙煤、無煙煤甚至石墨。

煤炭的厚度和來源植物的高度之間存在對應關係嗎?

從以上煤炭的形成過程我們可以看出,煤層的高低,既取決於當時埋入的植物數量,同時也取決於煤層規模的大小(即延展長度),另外也取決於包裹煤層岩石的特性。由於樹木等植物在形成煤炭之前,必然要發生相應的分解、重組和擠壓等過程,所以,樹木的高度和能夠形成多厚的煤層之間沒有必然的對應關係。

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不過我們可以換一種思路來做個簡單的推測,那就是用密度差。煤炭的平均密度我們取煙煤的中間值1。55克/立方厘米,木材取0。5克/立方厘米,也就是說二者是3。1:1的關係,考慮到木材在泥炭化和成煤化的過程中,有一部分會被微生物分解或者高溫變性而損耗營養物質,所以估且用4:1來衡量,於是我們可以得出,在相同延展長度的情況下,9米厚的煤層至少需要36米厚的木材(忽略木材中間的空隙)才能夠形成。

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煤層產生傾角的原因

至於煤層都有傾角,就非常容易解釋了,畢竟在煤層的形成過程中,一方面基岩(承載煤層)不可能完全與地平面平行,煤層沿著基岩分佈,底部的接觸面也就不會水平,從而形成一定的傾角。

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另一方面,在地質作用的影響下,原本相對規則的煤層,也有可能會有一部分割槽域發生沉降、隆起或者斷層,這就使得從小尺度上看,煤層無論是上層還是下層,都會有一定的傾角。

九米厚的煤層,需要多高的樹木才能變成?

還有,就是煤炭在形成過程中,不同的植物、不同的壓力環境,也會造成煤層密度和分佈的不均勻性,出現傾角也在所難免了。

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