煤是怎样形成的?
**解析:**煤是一种固态的,可以燃烧的或用作工艺原料的沉积岩,是地球 上能源矿产中最主要的一种,系古代植物经过复杂的生物化学作用和地质作用而形成的。
煤的形成需要一定的条件。
第一,要有大量的植物生长和繁殖。在地质时代,石炭纪、二叠纪和侏罗纪等气候温暖潮湿、植物茂盛,是地球上主要的成煤期。
第二,植物遗体要有合适的堆积环境。适合植物遗体堆积的环境主要是沼泽,其次是湖泊及海滨低地。后者经植物遗体的堆积淤浅最终也会演变成沼泽。在沼泽环境中有丰富的水分,为植物繁殖创造了条件,水分又使植物遗体与大气隔绝,免于氧化。
第三,要求地壳缓慢下沉,下沉的速度同植物遗体堆积的速度保持平衡, 即植物遗体的堆积,补偿填充了地壳下降造成的空间,使地表依然保持沼泽条件。由于有节奏的地壳运动和反复堆积,在同一地区往往具有很厚的煤层或很多层煤。
由植物遗传转变为煤的过程(统称成煤作用),一般要经过三个阶段:
- 菌解阶段,即泥炭化阶段。当植物堆积在水下被泥沙覆盖起来的时候,便逐渐与氧气隔绝,由嫌气细菌参与作用,促使有机质腐烂分解而生成泥炭。这一阶段也可以说是生物化学作用的阶段,其式是:
5C6H10O5→C20H22O4+6CO2+CO+3CH4+8H2O
可见,通过这种作用,植物遗体中氢、氧成分逐渐减少,而碳的成分逐渐增加。
- 煤化阶段,即褐煤阶段。由于地壳下降,已形成的泥炭物质被继续堆积的泥炭或其它的泥沙、砂等沉积物覆盖。这样,一方面便形成完全封闭的环境,细菌作用逐渐停止:另一方面泥炭便开始压紧、变硬、脱水和胶结, 碳的含量增加,过渡成为褐煤。(3)变质作用阶段,即烟煤及无烟煤阶段。
褐煤是在低温低压条件下形成的。如果褐煤埋藏在地下较深位置,就会受到高温高压的作用,使褐煤的物理、化学性质发生显著变化(主要是密度、比重、光泽和硬度等增加,水分和挥发成分减少和碳的含量进一步增多),便逐渐变成烟煤。烟煤进一步变质,可成为无烟煤,无烟煤具有较强的金属光泽和较大的比重,含碳量更高,无粘结性。
煤的形成过程的三个阶段也可用直观表解如下:
原始材料 |
泥炭化阶段 |
煤化阶段 |
变质作用阶段 |
||
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泥炭 |
褐煤 |
前期 |
中期 |
末期 |
|
烟煤 |
无烟煤 |
石墨 |
|||
HON ↑ 植物体中的 |
挥发掉的气体( CO 、 CO2 、 CH4 、 H2O ) 增加植物体中的 含挥发成分减少 |
||||
↓ C |
65 % |
74 % |
90 % |
96 % |
100 % |
矿物质 (灰分) |
→ 减少 |
如果采用图示的方法,煤的形成过程又可形象地反映在下面的示意图中。