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为什么山西出来这么多煤?

来源:五六选煤  日期:2018年08月08日  文字:【 加粗】【高亮】【还原

先简要的回答下,首先煤是怎么形成的,我想这个对于各行各业都是个近乎于常识的问题了,那就是一般来讲,煤炭的主要成分是很久很久以前一层一层沉积的植物,经过压力和温度的变化,经过漫长的岁月变质形成的含有大量碳的化石燃料。

但是植物这东西到处都是,为什么山西出来这么多煤。更何况有同学说我去过山西啊,怎么看这个省份和极其丰富的植物是没什么关系的啊。

(其实可以在这里补充下,不仅仅是山西,中国的煤炭含量就很高,但是山西在这样的一个国家里居然也是个BUG,当然不仅仅山西是个BUG,整个黄土高原都一样,包括有一个在陕北毫无存在感的城市榆林,这个问题会在之后说。)

山西

先给大家看下山西在中国的位置,山西在太行山(华北平原黄土高原分界线)以西,吕梁山以东,是个被大山抬起来的豆腐块,所以总的来说地理位置就是华北平原以西,黄土高原的一部分。

首先在说之前给大家普及几个必备的知识,我觉得还是很有用的,其实这个在专栏里也有写。

我们生活的时代,在地质年代上叫做第四纪。但是神奇的是,地质年代却并没有第一、第二、第三纪。那么这个名字是怎么来的呢。其实在地质学并不发达的时代,人们认为地球的历史充其量也就几万年而已,学者曾经将地球的年代分为第一纪——第四纪

在科技的一次次革新之后,人们发现我们这个蓝色星球竟然有长达46亿年的历史,我们距离霸王龙的时代竟然比霸王龙距离剑龙的时间还要短,原来的第一纪比后面四个纪加起来还要长好多倍。如果把地球的历史比作一年,我们的文明历史就是最后一天的最后一个小时的最后几分钟。所以曾经的第一纪——第四纪的说法就太不靠谱了,我们增加了比更大的概念——代、宙。

地球诞生的时代被称为冥古宙,之后是太古宙元古宙,这三个时代曾经被称为隐生宙,在这个漫长的时期中,生物逐渐产生,但是形态却极为原始。

直到约5.5亿年前,才进入到我们生活的”——“显生宙,物种突然大幅度增加,可以说生物终于正式登场在这个星球上,而这个时候距离地球诞生已经过去40多亿年了。

显生宙分为三个,古生代,中生代,新生代。古生代的第一个”——“寒武纪产生了地球最大的一次物种增长,这也被称为寒武纪物种大爆发,大量的无脊椎动物开始称霸海洋。古生代的最后一个”——“二叠纪爆发了物种大灭绝。随后进入中生代

中生代开始于2.5亿年前,分为三个纪——三叠纪,侏罗纪,白垩纪,这个也是大家比较熟知的三个纪了,在中生代,爬行动物开始称霸海陆空,可是随着白垩纪末期神奇的撞击,爬行动物的佼佼者恐龙灭绝,中生代结束,地球进入新生代

新生代开始于6500万年前,新生代也是我们生活的,不过别着急,这离我们的出现还是很远。前面说了,我们曾经把地球历史分为第一纪——第四纪,虽然第一纪第二纪的说法不存在了,但我们还是把新生代分为了第三纪第四纪,可是后来地质学家又觉得第三纪的说法也不严谨,就又把第三纪分成了古近纪新近纪。之后才是我们生活的第四纪

其实纪下面还有更小的说法——“,第四纪分为更新世全新世。第四纪是个物种爆发的时代,更新世时期,直立人这个物种开始逐渐走出非洲大陆,不过悲哀的是,一批又一批的直立人都没有成功的抵抗大自然,逐渐的灭绝了,包括我们熟知的北京猿人,甚至智商和我们所差无几的尼安德特人。终于到了最后,被称为晚期智人的我们的祖先,逐渐走出了非洲大陆扩散到世界各个角落,一直到了最后一次冰期结束后的——第四纪全新世,才是属于我们文明的时代。

那么我们可以通过这个发现我们所熟悉的一切一切我们自认为久远的历史,和遥远的地质年代比起来,简直可以忽略不计,所以用现代的眼光去看待山西这个地方,肯定是不行的。

我们都知道,这个星球刚刚诞生的时候是极其不稳定的,内部有着大量的衰变放热,外部各种陨石撞击,后来随着大量水的出现,加上大气逐渐稳定,内部逐渐平缓,这个星球才逐渐冷却下来,或许也正是这个动荡不安的年代,造成了原始大分子有机物的出现。

而这时候的地球毕竟是个年轻的小伙子,虽然刚收了收心,但是地心内部也是有着热乎啦的能量无处释放的,所以大量的热导致地球刚刚形成的外壳”——“岩石圈的下部,产生了一个神奇的软软的高压高温地带——软流层,我们现在已知的岩浆大部分都来源于这个软流层,而不是很多人脑补的地心什么的。这个时代,就是前文说的第一个”——冥古宙。

为这个时候的地球,其实并没有什么海洋大陆,只不过比较活跃的地方,就迸发出几个青春痘,这时候的地球毕竟是图样,所以青春痘到处都是,此消彼长,就这样,地球其实形成了一个充满孤岛但却没有大陆的一个麻子星球,但是毕竟这时候的岩石圈还是很不稳定的,所以就造成了这些孤岛移动碰撞,更新换代,所以无意间,就形成了一些小小的大陆

比较有名的比如瓦巴拉大陆和乌尔大陆,他们都是虽说叫做大陆,实际上大小还赶不上现在的格陵兰,但是在那个时代,就已经是个奇迹了。

也就是说在这个时代,就已经是上文第二个宙——太古宙了,一些比较顽固的孤岛,就这样因为软流层的活跃,开始就逐渐聚合,形成了非常稳定的一种形态——克拉通(craton*3,太古宙的这些克拉通又被我们更称为陆核,克拉通这个名词非常重要,我们可以说现在的大型大陆,其本质核心都是由一块块克拉通拼合而成的,从此大陆这个东西就开始登上这个水的星球,地球上出现了越来越多的大型疙瘩也就是克拉通,克拉通和克拉通就这样汇聚在一起,然后就分不开了。

终于,这个星球上第一块真正意义上的超大陆诞生了,太古宙晚期,凯诺兰大陆形成,这块大陆就是现在北美大陆(劳伦古陆)、澳大利亚大陆、和斯堪的纳维亚一带的雏形,这是一个多个克拉通组合出来的古大陆,在这里也可以提前说下,上面提到的这三块大陆,在漫长的地质年代,一直都是最稳定的区块,没有出现面目全非一样的变化。

太古宙时期,地球发生了第一次巨大的冰期,这也就是——休伦冰期(美国休伦湖发现大量遗迹),因为就像前面说的,美洲大陆算是最古老的大陆之一了。而这次冰期很有可能就是因为大量氧气增加最后导致空气中的甲烷急剧减少,这种温室气体的丢失导致地球迅速制冷,这次冰期也叫作大氧化事件,或许正是这次事件,造成了大量的单细胞原核生物开始产生。

时间的车轮走向隐生时代的最后一个宙,也就是前面说的——元古宙,克拉通继续壮大、拼合,终于,一个巨大的原始大陆出现了,名字也很好记——哥伦比亚大陆。

在哥伦比亚大陆时期,除了上面说的那哥仨,几个新兴的克拉通加入了进来,那就是——西伯利亚板块,华北板块(华北克拉通),嗯,本文章的主角——山西兄终于可以登场了,因为山西兄其实就是一直属于这个板块的一部分的。

其实呢,这个时代发生了一个神奇的的事件,也就是现在被称作——吕梁运动的事情,正是这个吕梁运动,原始华北克拉通,也叫中朝板块开始形成,这种运动最多被发现在现在山西的界山吕梁山因此得名。

但是哥伦比亚大陆到底长成什么德行,现在地质学家都搞不明白,所以我只放上来几个猜想图,大家看一下就好。

哥伦比亚大陆的猜想图

其中绿色的就是现在的美洲大陆雏形(劳伦古陆),橙色的就是西伯利亚板块,而很不显眼的白色区域中,有着NCB(右上角的图里)就是华北模块,SCB就是华南模块,Tarim就是塔里木模块(这时候还在水下)。好的我们来看下现在世界上什么地方曾经属于哥伦比亚超大陆。

现在属于元古宙哥伦比亚超大陆的区域

从这个时候我们就发现了,人家北美洲、波罗的海周边的老祖宗自古以来就有,澳大利亚虽然碎但是好歹这时候已经是陆地了,而且也快不碎了,人家都一直稳定大大的,唯独只有我们亚洲,这个世界第一大洲,尤其是我们中国,这个世界第三大国,在那个时代简直就是一群碎渣不说,还基本都不在水面上。

我们来看下现在中国的组成部分,不过之后还会说,大致了解下就行。

中国的组成部分

(华北克拉通,华南克拉通,塔里木克拉通,这些大型克拉通里面还有更小的板块)我们似乎发现了,由吕梁山和太行山抬起来的也就是现在的山西,就是个交界的缝合区域(中间一堆乱线的地方,按照那个英文翻译的)。

好了回到我们的时光机器,我们现在还在隐生时代的最后一个宙元古宙,哥伦比亚大陆这个最早的超级大陆之一,就要挺不住了。

这也就是我们地球在这之后将会一直上演的——超大陆旋回。有TC的话说就是分久必合合久必分。

也就是说,我们巨大大大陆,然我们正是壮年的地球很是无语,因为大陆太厚总会集聚很多的火气,所以大陆合并虽然是顺其自然的融合,物极必反,大陆分裂也就是地球必然会做出的一个选择,大陆开始被地球所放射出的众多能量拉扯,然后开始分裂,就这样,哥伦比亚大陆随后四分五裂了。

又过了几亿年,一个更新的大陆产生了,这就是公认的三大超级泛大陆之一的——罗迪尼亚泛大陆。我们来看下这个。

哥伦比亚大陆的分裂(这几个我还是直接用的英文的,放心之后就不用了)

几乎都在热带的罗迪尼亚泛大陆的形成

我们看一下,除了上文中的老相好北美(劳伦古陆)、波罗的海板块之外,澳大利亚大陆彻底成了个整体,亚马逊克拉通南非克拉通撒哈拉克拉通逐渐成熟,看到右上角的NorthChina华北克拉通了吧,真是又孤独又细碎,是个处在汪洋大海之中的半岛,现在的秦岭地区、甘肃地区是个很不错的海岸。

这个时期的地球已经出现了各种各样的细菌、藻类等,到了这个时代的晚期,竟然出现了早期的无脊椎动物。而此时一场新的大冰期就要过来了。

人们到现在也不确定这次冰期到底是因为什么产生的,一般来说有太阳轨道说、由于地质运动很剧烈造成火山喷发造成的气体不平衡和灰烬遮挡太阳光说、当然也有喜闻乐见的小行星撞地球说,总之这次冰期来了太迅猛,地球进入——雪球时代。

雪球时代想象图

总之,这段时间的混乱的地质运动和气候变化使得我们失去了很多元古宙的地质资料,而不久之后,或者是地球内部大量温室气体(甲烷、二氧化碳等)增加,或者是太阳轨道的变化,总之,长达亿年的雪球地球时代结束。

可喜可贺的是,大约5.5亿年前,一个新的时代——显生宙开始了。在文章开头也说了,显生宙分为古生代、中生代、新生代。古生代的第一个纪很有名,那就是——寒武纪。

我们都听说过一个说法,叫做寒武纪物种大爆发,在寒武纪的地质测探中,发现这个时代出现了大量的腔肠动物(举个栗子,水母这种)节肢动物(举个栗子,我们现在的大虾螃蟹就是节肢动物)环节动物(举个栗子,现在的蚯蚓)。

其实很多人都在追寻为什么会有这个寒武纪生物大爆发,其实现在很多理论认为,寒武纪本身算不上真正的大爆发,因为实际上罗迪尼亚大陆的时候,由于而当时的生物还都在海洋中,再加上这个时期地质活跃所以现在证据稀少,尤其是久远的年代加上雪球时代造成的生命活动延缓,唯独暖和点的热带还几乎被罗迪尼亚大陆全部霸占,所以造成了寒武纪生命大爆发的假象,其实本质上还是个量变到质变的过程,只不过寒武纪这个速度加快了,好我们来看下在地质上,是什么导致了这个。(以下的图中黄圈标注区域为华北克拉通)

震旦纪

(寒武纪的前一个纪,元古宙新元古代最后一个纪)的罗迪尼亚泛大陆分裂,我们看到华北克拉通彻底变成了孤岛,华南陆块隆起,在这里还能清晰的看到塔里木地块,又一次超大陆旋回开始了。

寒武纪之前,一个崭新的泛大陆形成了,那就是大部分位于南半球并且重心位于南极的——潘诺尼西亚泛大陆,这也是继罗迪尼亚泛大陆之后三大超级泛大陆的第二个,但是这个大陆存在时间很短,只有6500万年(其实想想也不短,按我们的历史来说),最终在寒武纪时开始分裂。

但是我们会发现,由于大量海洋暴露宰了热带地区,海洋生物得到了赖以生存的阳光,所以冰封亿年的热情在这里得到了宣泄,潘诺尼西亚泛大陆分裂成的,就是上图的这几块大陆——以北美洲为主的劳伦古陆,以西伯利亚为主的西伯利亚地块,以波罗的海为主的波罗地板块,这几个已经老生常谈了就不说了,剩下其他的全部组合成南方的冈瓦纳古陆”*3,好的我们看看我们的华北华南塔里木这三个克拉通小伙伴,就这么孤零零的生活在大海中。

寒武纪的故事就说到这里,下面重点来了,那就是同样在古生代,寒武纪之后的几个纪。

古生代是这么组成的

寒武纪、奥陶纪、志留纪——又被我们称为早古生代。

泥盆纪、石炭纪、二叠纪——又被我们称为晚古生代。

寒武纪之后的时代,我们又可以称之为——大海侵时代。

我们先看看奥陶纪:

奥陶纪

其实和上图比变化不大,因为这次重心是山西我们主要还是看华北克拉通,板块的剧烈分裂导致地质活动非常之严重,所以华北克拉通可是受到冲击,就像个飘摇的小船一样,隆起后又下沉,不停遭受海侵。奥陶纪还有个特性,那就是原始脊椎动物出现,好了我们进入下个阶段——志留纪。

志留纪

我们直观的看下此图和上图最大的区别,是不是明显发现没有那么了。这个时期发生了著名的加里东运动,海洋减少,陆地褶皱开始增多。这个时代是个对于整个地球有深远影响的时代,那就是植物首次登陆大陆,由于海洋面积的急剧减少,海洋植物经过变异登陆,第一批英雄——裸蕨类植物正式开始占领大陆,我们的华北地块小可怜也尝到了绿叶的滋养,或许变得没那么孤独了吧。志留纪也标志着早古生代的结束。

下一个时代,是晚古生代的第一个纪——泥盆纪。

泥盆纪

泥盆纪是植物迅速发展的时期,地球变得越来越温暖,我们发现组成我们中国的三个小兄弟快乐的排列在热带地区,泥盆纪发生了加里东运动2.0——海西运动,这次地质运动造成所有的板块开始更加迅速的并和,陆地增多并且大量被各式各样的蕨类覆盖,最终,植物的2.0版诞生了——裸子植物,裸子植物拥有了种子这种东西,我们现在的木本植物也几乎全部属于裸子植物,可以说这个星球变成绿色和蓝色的世界,尤其是我们这个在热带地区还四面大海的华北板块,简直就是植物的温柔乡。

泥盆纪植物

所以我们终于迎来了,植物的大繁荣时期——石炭纪。

石炭纪的地球

海西运动还在进行,大陆合并速率加快,我们开单华北地块、塔里木地块开始闭合,华北的西北地区开始隆起,现在山西吕梁山地区开始增生,本来湿润的气候开始减弱,但是我们看下华北地块自身,华北平原北部也就是现在内蒙大同一带,其实还是温暖的热带海洋。仔细看下上面的华北地块就是这样。

上面那个孤岛华北克拉通

而在石炭纪,鱼类开始登陆,陆生动物疯狂增加,陆地节肢动物昆虫也开始迅速增长,这可以说是地球历史上第一个大繁荣时期了。

石炭纪的地球想象图

其实当时在热带的山西地区就应该是这个样子的。好了,我们大家都知道个小学就了解的常识,植物光合作用吸收二氧化碳,放出氧气。由于这个时间植物增长的可怕,导致氧气大量增加,这样节肢动物昆虫就开始肆无忌惮的生长,上图的倾听翼展可以达1m。而动物呼吸排出二氧化碳。所以植物的繁荣,二氧化碳迅速减少,而一旦减少,空气就开始越来越冷,这样一开,植物数量又开始降低。

所以石炭纪上演了最早的一次,频繁冰期间冰期更换这样的大戏,这个对山西成煤,是非常重要的一个因素。

寒冷和温暖交替,植物此起彼伏的生长死亡,而海水也随着间冰期上涨下沉,这样一来,陆地上出现了大量的沼泽以及植物沉积物。与此同时,海西运动还在剧烈的造山,华北克拉通的东北部开始塌陷,直接造成了海水大量灌入,这样就又一次直接造成了树木死亡以及沉积。

我们知道,由于这样的气候,造成降雨充沛,河流大量增多,我们要知道河流这东西简直就是大自然的塑造师,所以携带大量泥沙的河流开始在浅海地区塑造大量冲积平原,这种肥沃的地盘又一次滋养了大量的植物。

所以这么一来,又是海侵又是冲积平原,石炭纪森林的不少是被水浸泡着的沼泽地,死亡后的植物枝干很快会下沉到稀泥中,瞬间植物被封闭还原,这样就在沉积等作用下演变成泥炭,泥炭随着进一步变化成为褐煤,最后成为现在使用的烟煤。

然而到这里还没有结束山西的产煤过程,毕竟总是这么多洪水,是很不利于沉积出煤的,简单点理解,早就被冲走了。

但是我们发现石炭纪果然名不虚传,这个时期提供了大量沉积的植物有机物,所以进入到二叠纪,就是个稳定发展的时期了。

二叠纪的变化情况

华北板块由于海西运动越来越剧烈,开始出现抬升,原来湿润的环境开始减弱,海侵还是时不时的来一次,终于到了二叠纪末期,治污减少,漂流到了北边的华北平原被高气压控制,开始变得干燥,也就是说这个时候曾经沉积的一层一层东西开始固定下来,煤炭又一次有了良好稳定的发展时期。

二叠纪结束后,我们的古生代就到一段落啦,我们也就进入了大家津津乐道的恐龙时代”——中生代,众所周知,三叠纪出现了三大超级泛大陆中最后一个,很有名的——盘古大陆。

三叠纪约2亿年前的世界——盘古大陆

进入中生代,华北克拉通继续隆起,并且开始和塔里木板块、华南板块等等开始拼合,亚洲大陆的雏形开始出现,而这些大陆形成了个闭合的环状,也就是说这个时候的煤炭在地下开始经过压力和热力的效应,开始逐渐成型了。

终于到了大家熟知的侏罗纪了,最后一次大陆分裂开始。

侏罗纪

黄色为华北模块,橙色华南模块,红色塔里木模块,绿色西伯利亚模块。

我们看下侏罗纪的情况,这是从石炭纪以来,又一个繁荣的时期,我们发现,貌似现在常见的世界地图的雏形已经出现了,盘古大陆开始分裂,而我们的中国却开始由于几个模块的聚拢抬高,我们孤独的华北平原终于找到了组织。

侏罗纪时期植物极其繁盛,由于板块开始分裂,湿润气流进入到各个大陆内部,然后就是我们熟知的,刚拼出来的亚洲板块开始和太平洋板块冲撞,这样一来华北地区又开始遭受海侵。

可是山西同学毕竟站在高地,所以受到伤害不大,而且温暖潮湿的气候让整个黄土高原又开始植被丰富,生机盎然。

也就是在山西西部,我在开头说到的陕北榆林,它的煤矿大多就来自这个时候,大量的树木在这里一代一代沉积,但是毕竟历史并不是太久远,所以也没有山西的老煤成色好,拥有很大量的褐煤。

但是终于我们的好运到头了,众所周知,三哥在之后的白垩纪开始冲过来了。

白垩纪

三哥飞快的奔跑过来,可能恐龙看见三哥过来了,吓得灭绝了。终于!我们到了我们生活的时代,新生代。

新生代

古近纪(原来叫早第三纪)的始新世的情况。

三哥马上就要撞上来,传说中的帕米尔高原和青藏高原,就要彻底崛起了。

好了,我们可以上现在的世界地图了,这个时候,我们的华北模块变得更不一样了。

现在的世界(新生代第四纪全新世)

要说,三哥一来寸草不生,本来被西风带控制就容易变得干燥,三哥直接过来搞出个青藏高原,挡住了南边的海洋。

在新生代,由于华北和太平洋还在俯冲,如今中国大陆大部分地区重新受到了近东西向的挤压,华北模块又一次被深刻的触动了。

可是这下,漂流千年的华北平原实在是挺不住了,终于,华北模块的东部彻底的塌陷了下去,并且又一次受到了太平洋无情的海侵。

也就是如此,我们的山西小伙伴开始抬升,整个华北模块开始一分为二,太行山开始崛起,我们现在看到的山西就基本形成了,黄土高原崛起,山西也变得越来越干燥,这一方面也避免了整个高原被流水冲刷侵蚀,从石炭纪就有的煤们,可以安心地生活在山西的土地下面,自然还有西边的榆林的煤们,也就这样发展出来了。

而断裂的华北盆地,就这样被上游涌过来的滔滔黄河水,再一次造陆,最终大多数沉积厚达七八百米,最厚的河南一带达5000米的泥沙厚度,直到现在,黄河带来的泥沙还在造陆,一直向东延伸。

华北平原(曾经的华北盆地)的状况,就是前面描述哦的,比较一目了然了吧。

也就是这样,山西这片土地,就成了华北克拉通上最大的一片宝库,该有原料的时候,人家发生了石炭纪的植物沉积。该闷声发大财发酵的时候,山西又被抬高保护,这也就是可以总结山西煤炭的很大成因了。

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