地球上廣泛分布著各式各樣的煤田,其中的一些煤田規模相當大,比如說位於北美洲阿巴拉契亞高地的阿巴拉契亞煤田(Appalachian Coalfield),其厚度一般都可達到500米以上,最厚處的煤層厚達900米,除了厚之外,它的含煤面積也很大,其寬度在50至300公里之間,長度更是綿延了上千公里,整個煤田的含煤面積高達18萬平方公里。
如此龐大的規模,也使得阿巴拉契亞煤田被認為是世界上最大的煤田,儘管科學家告訴我們,煤是由遠古地球上的植物形成的,但我們仍然會產生疑問,像阿巴拉契亞煤田這種規模的煤田,真的是由植物形成的嗎?
答案是肯定的,簡單來講,煤主要形成於遠古地球上的那些低洼積水、植物叢生的泥淖區,在這些區域中,植物死亡後留下的遺骸會不斷地沉積在泥淖區底部,由於缺乏氧氣,它們不會完全分解,而是逐漸變成了一種鬆軟的、含有大量水分和有機物質的混合物,這也被稱為泥炭。
如果該區域具備良好的沉積構造條件,那麼隨著沉積作用的進行,「新」的泥炭就會源源不斷地生成,「舊」的泥炭就會不斷沉降,從而遇到更高的壓力和溫度,在這種情況下,泥炭中的水分會被擠出,有機物質也會發生一些化學變化,其中的氫、氧、氮等元素會不斷減少,碳元素則會保留下來,進而逐漸轉化為一種較硬、較黑、含碳量較高的物質,這就是褐煤。
假如褐煤繼續沉降到更深的地層中,它會遇到更高的壓力和溫度,從而進一步發生變化,在此過程中,褐煤中的水分以及氫、氧、氮等元素含量會持續降低,並逐漸轉化成含碳量更高的煙煤和無煙煤,在它們之中,無煙煤的含碳量是最高的(可以達到90%以上)。
可以想像的是,在遠古地球上,如果某一低洼積水、植物叢生的泥淖區能夠長時間地保持良好的沉積構造條件,那麼一代又一代的植物所留下的遺骸就會不斷地在地下形成煤,隨著時間的推移,層層疊疊的煤堆積起來,就可以形成厚厚的煤層。
實際上,阿巴拉契亞煤田之所以能成為世界最大煤田,一個重要的原因就是它所在的區域在遠古地球上就具備這樣的條件,除此之外,還有一個原因就是它形成於地球歷史上的一段特殊的時期。
相關研究表明,阿巴拉契亞煤田主要形成於石炭紀時期,由於地球的板塊構造運動,石炭紀的陸地分布與現代地球大不相同,而阿巴拉契亞煤田所在的區域在那時位於地球的赤道附近,這裡的氣候濕熱多雨,由於其地勢低佳,因此在這裡存在著大片的沼澤和茂盛的植被。
更重要的是,在石炭紀時期,地球上的氣候整體上都是溫度而潮濕的,所以在那個時候,植物在地球上得以迅猛生長,並且還演化出了許多新的植物類群,如蕨類植物、木質蕨類植物、蘇鐵類植物和裸子植物等,由於這些植物都含有大量的木質素,而當時地球上還沒有出現能夠有效分解木質素的微生物,因此當這些植物死亡之後,其留下的遺骸可以更多地沉降到地下,進而形成更多的煤。
正是因為如此,石炭紀時期形成的地層中就含有了異常豐富的煤,有多豐富呢?這樣說吧,現代地球上的煤,有差不多一半都是形成於這一時期。
需要知道的是,石炭紀開始大約3.6億年前,延續了大約6000萬年,而在整個石炭紀時期里,阿巴拉契亞煤田所在的區域基本上都是具備了良好的沉積構造條件。據此我們不難想像,經過如此漫長的時間之後,其煤層當然會非常厚,分布也非常廣,完全達到「煤層厚達900米,綿延上千公里」這樣的程度。
簡單計算一下可知,這片區域只需要每年形成0.015毫米的煤,6000萬年時間就可以形成厚達900米的煤層,當然了,這只是簡單的計算,與實際情況可能會相差甚遠,畢竟煤層的形成速度並不是均勻的,也很可能不是連續的,不過通過這種計算,我們也可以清楚了解到歲月的力量有多強大。