森林与海洋的曼舞

很久很久以前,人们发现有一种露出地面的岩层在原野中尤其引人注目,那是一种黑色的矿石,泛着柔和的光芒。那时的人把它看作一种宝石,因为它很容易被雕琢和打磨成华丽的首饰,人们迫不及待的用这种首饰来装饰自己。黑色的小饰物不仅时尚漂亮,而且还具有一种令人惊讶的神秘特性——易燃。这种被称为“煤精”(这个词后来演变成了“煤玉”)的化石,其实就是一种纯煤的特有形态。


事实上,煤确实是一种化石。早在哺乳动物出现、恐龙进化、大陆漂移碰撞并形成现在的样子之前,在我们唐山大地之下,煤就已经存在了。

那么,您想知道煤是怎样形成的吗?换句话说,您想知道我们面前这片美丽的大南湖下曾经经历过怎样的沧桑变迁吗?那我们就从一个远古的地质历史时期——“石炭纪”说起……


在漫长的地球生命历程中,时间单位是以百万年来计算的,相当于我们的一分钟或一小时。如果把地球的生命历程比作12小时,那么,我们人类仅仅出现在几秒钟之前。

在恐龙时代到来之前,丰富的大煤田已经在我们这里的脚下沉睡了很长时代。在侏罗纪、三叠纪和二叠纪之前,是石炭纪时代。一个以煤命名的漫长的远古时代,从那时拉开了序幕。



石炭纪距我们现在大约3.6亿年到2.9亿年之间,那时的地球,气候温暖潮湿,遍地是沼泽、森林,生长着怪异的树和庞大的蕨类植物。陆地上的湖泊、沼泽中异常繁茂的丛林纠结着、蔓延着,最终占领了整个地球,它们的每一个细胞都如饥似渴的吸吮着太阳能和空气中的碳。



地上到处生长着一种奇异的鳞木,这种参天大树可以高达50多米。这种麟木的高度一般由它那笔直的树干决定,那树干在底部有近2米粗,表面是一层美丽的鳞状茎皮,像蜥蜴的皮肤一样,这种大树由此而得名。麟木的内部是柔软多髓的,在雨量充沛的时节,麟木内部的细胞会不断扩张,以保持大树挺拔的姿态;如果没有水,这些远古森林骄傲的巨人就会变得脆弱、松弛,最终将因无法承受自己的体重而轰然倒塌。




远古丛林中,还有一种生长茂盛的形似“巨大的木桶”的树——封印木,它与麟木同宗。长长的树干在靠近顶端的地方又一个分叉,像只两个头的怪物,每个分叉的顶端都长满带状叶子的大树枝,像是给这两个头各戴上了一定王冠。


然后出现了蕨类植物,这是一种简单却成功地植物,它们与我们种在陶罐中的小东西是亲戚,只不过和现在看到的不同,它们有树干,是一棵棵身长9米多的大个子。




在那远古大丛林中还有大量昆虫。由于在陆地上缺乏竞争,它们很多都长得硕大无比。有的蟑螂有人腿那么长,“巨脉蜻蜓”的翅膀长达9米,千足虫有近2米——“长得像一头牛”。但真正开启进化新纪元的,却是在森林的地面上进化的另一队生物,即我们脊椎类动物的祖先——两栖动物。石炭纪早期,它们刚从鱼进化而来,只有蝾螈大小;到了石炭纪晚期,它们已经成了5米长的怪物,又大又笨,在远古丛林里缓缓爬行。也正是在繁盛的石炭纪的树上,一些两栖动物迈出了重要的一步,即孕育出了有硬壳的蛋。由此,两栖动物进化为爬行动物,并为以后进化为恐龙、鸟类和哺乳动物奠定了基础。




石炭纪的许多植物最后都成了煤。

在广阔的滨海湖沼区和内陆湖沼区,当高大的树木倒下以后,就会被水淹没了。这些密密匝匝的石炭纪植物生长、死亡、倒伏在缺乏氧气的水中或泥地里,再不然就是被其它死亡的植物或沉淀物所覆盖,而后新的一批植物很快又生长起来。有时,在石炭纪,南半球的冰河周期性地增长和收缩,这就带来海洋的涨落。当冰河融化时,海洋就会上升,海水和海里的沉淀物一步步吞没岸上的热带森林;当冰河由融化转为增长,海洋就会回落,于是森林重新向海洋进军。




这种埋葬的过程就像是沿海森林与海洋之间的一种曼舞。

由于海水的侵入,氧气不能渗入并分解那些被埋葬的植物,这就造成了倒木和氧隔绝的情况。在缺氧的环境里,植物体不会很快地分解、腐烂。随着倒木数量的不断增加,最终形成了植物遗体的堆积层。如此循环往复,埋在水中的植物越来越多。这些死去的不计其数的植物“睡在一起”,成为聚煤的良好场所。伴随期间,地壳运动有节奏地缓慢下降,经过长期的地质作用,数亿年之后就形成了这黑色的煤炭。


我们由此得知,煤的生成必须具备一些先决条件:温湿的气候,植物的大量繁殖,适宜的地理环境,以及有节奏的地壳运动。如果这些条件有利地配合在一起,才能出现大的聚煤时期。这些先决条件,彼此密切联系和相互依存,如果缺少一个,都难于形成有开采价值的煤田。


煤炭形成要经过三个漫长的阶段。当时,高大的树木倒下以后,被水淹没了。在缺氧的环境里,植物体不会很快地分解、腐烂。随着倒木数量的不断增加,最终形成了植物遗体的堆积层。这些古代植物遗体的堆积层在微生物的作用下,不断地被分解,又不断地化合,渐渐形成了大片大片柔韧而碳含量丰富的泥炭层,这是煤的形成的第一步。






由于地壳的运动,泥炭层下沉了。泥炭层被泥沙、岩石等沉积物覆盖起来。这时,泥炭层一方面受到上面的泥沙、岩石等的沉重压力,另一方面,也是更重要的方面,泥炭层又受到地热的炙烤。在这样的条件下,泥炭层开始进一步发生变化:先是脱水,被压紧,从而比重加大,而且炭的含量逐渐增加,氧的含量逐渐减少,腐殖酸的含量逐渐降低。经过被压榨、闷烧这几个过程以后,泥炭越来越硬,就变成了褐煤。


随着地壳运动以及覆盖层的加厚,褐煤层继续埋藏在地下,不断地受到增高的温度和压力的作用,就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化,炭的含量逐渐加深,氧的含量逐渐减少,颜色逐渐变深,硬度和光泽也逐渐增强,褐煤就逐渐变成了今天最具工业价值的烟煤或无烟煤了。

如今这些森林几乎已经从地球上消失殆尽了,仅存的一小部分也远非当初的规模。换句话说,那些曾经统治地球的生物如今都已灭绝了,煤就是他们高度浓缩后的遗迹。我们能过上舒适的生活,应归功于亿万年来生态环境的进化和改善,而这些生物都扮演了重要的角色。不难想象,假如煤的产量不是那么丰富,煤将会温情脉脉的出现在博物馆里,与那些比它“年轻”得多的恐龙化石一同展出,而不是像现在这样成为铁路运输的燃料。



更令人着迷的,则是煤这种化石的贡献——它提供的能量足以深刻地改变世界。数十亿年来,地球上几乎所有的生物都依赖太阳供给的新鲜的能量——或者源源不断地来自外太空,或者由植物暂时储存于自身之中。散布在地球各处的植物仿佛专事收集太阳能,它们吸收阳光,并将其转化成化学能量,供动物享用。此外,它们还把太阳能储存在自己的细胞里,直到这些植物腐烂、燃烧,或者被吃掉;另外,这些能量还有一种不常见却很重要的命运,那就是被深深地埋藏在植物中,成为一种作古的燃料。


煤为现代社会发展提供了巨大的动力,贡献了相当于数百万年来以其难以想象的容量所容纳的太阳能。煤为现代社会改变其自身与大自然的基本关系提供了动力。如果说,我们人类以木材为燃料索取的是几十年乃至上百年的太阳能;那么,我们燃烧的煤炭则是索取的千万年甚至几亿年储存下来的太阳能。难怪后来人们给煤炭起了一个充满诗意的名字:“太阳石”。

煤不仅仅是一种燃料,也不仅仅是一种商品。它象征着人类对自然界的胜利,正是在这种胜利的基础上,文明才得以发展。19世纪中叶,哲学家爱默生曾这样写道:“每一个煤筐里都装着动力和文明。因为煤是一种可以移动的气候。它把热带的炎热带到了寒冷的极地,并雪中送炭般地给工业提供了动力。”一位作家这样写道:“有了煤,我们才有了光明、力量、动力、健康和文明,否则,我们便只有黑暗、贫穷和野蛮。”

现在,可以告诉大家,如今大南湖地下,就曾蕴藏着广袤的开滦煤田,它形成于我国第一个聚煤时期,即晚古生代的石炭纪和二叠纪。我们已知,煤是由植物生成的;而大家是否还知道:5—10米厚的植物质才能形成1米的泥炭,而同样的5—10米的泥炭才能形成1米厚的煤层。开滦煤田的平均厚度为10米,那是多少植物聚集而成的?!我们不禁深深感叹大自然这雄奇宏伟的创造力!

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