煤炭的開采最早可以追溯到幾千年前，在已有的記錄中，最早開采煤炭的時代在中國古代和古羅馬帝國，包括曆史中其他早期曆史經濟體中。

我們都知道，煤炭是由樹木經過數十萬年的沉積碳化出現。

煤炭與木材燃燒相比，每單位的煤能夠産出更高的能量，帶來更高的比能。

過去很長一段時間裡，煤炭都是家用燃料的優秀選擇。

盡管它會帶來許多不可消除的影響，例如煙霧、燃燒廢棄物，但在天然氣完全替代煤炭作為家用燃料之前，煤的使用相當豐富。

如今煤炭更多用于工業制造和工業生産，特别是在冶煉、合金和發電方面，幾乎很難再找到像煤炭這樣簡單直接的原生産材料。

工業革命之後，煤炭的開采技術更是大幅度提升。

典型的暴露煤層

無論是地表煤層的暴露面還是相對較淺的位置，煤炭都可以通過露天開采的方法進行大規模生産活動。

直到18世紀後期，英國發展出了開采地下煤層的主要技術，到了19和20世紀，這一技術得到推進。

露天開采的煤層在今天已經不再多見，除了人為開采對煤炭這樣的不可再生資源的曆史因素外，露天煤層需要一定的自然保存才能夠讓煤層暴露在地表。

決定采礦方法的兩個因素中，煤層厚度和地質是主要因素。

對于露天采煤來講，最經濟的采煤方法是電鏟一類的生産工具。

它帶有兩個硬質合金鑽頭的旋轉鼓，沿着煤層一部分運行，并對煤層像剝洋蔥一般開采。

露天采礦的大型采礦機

因此露天采礦和深地下采礦是采煤的兩種基本方法，開采的方法選擇主要取決于煤層深度、密度、覆蓋層和厚度。

如果相對靠近地表，深度小于55米的煤層一般可以采用露天開采。

産于55~90米深度的煤層通常是深開采，如果深度超過90米則會更加複雜，并且更具挑戰性。

不過也有十分特别的例子，即使是在地下300~460米的煤層中也有露天開采作業。

這樣的煤層通常煤量豐富，并且煤層清晰，地質結構穩定，允許大型器械進行深度開采。

向下環繞開采的方式會讓煤層逐漸形成一個大坑，運輸車輛就通過開采出來的道路進行運輸。

或許有人會因此感到疑惑，這些100多米厚的煤層是怎麼形成的？

如果說煤炭的形成需要樹木支持，要沉積這麼多煤炭。遠古地球上真有這麼多植物嗎？

煤炭的形成較為複雜，并且要從多個方面進行分析，首先是形成過程。

枯死的植物被轉化為煤的過程被稱作煤化，在地球地質曆史的不同時期，煤化的表現也不一樣。

在低窪濕地地區，植物死後的植物物質會被保護，從而免受生物降解和氧化。

通常這一過程是由泥漿或者酸性水完成，并在長期的積累過程中成為泥炭。

煤炭的沉積過程

這将碳捕獲在巨大的泥炭沼澤中，最終被沉積物深深掩埋在地下。

經過數百萬年的沉積，深埋在地下的泥潭由于受到熱量和壓力的影響，導緻泥炭中的水、二氧化碳和甲烷丢失，碳的比例增加。

因此從這方面來講，煤的生産等級取決于達到的最大壓力和溫度。

在涉及煤化的因素中，溫度比壓力或者埋藏時間來講要重要得多。

比如次煙煤可以在低至35~80攝氏度之間形成，而無煙煤的形成至少需要180~245℃。

煤的化學結構

另外在煤炭的形成過程中，堆積作用也很重要，它需要大量的植物進行參與。

植物堆積大緻可以分為原地堆積和異地堆積，前者通常指植物殘骸沒有經過流水或者風的搬運作用，直接在原地慢慢堆積。

後者情況與之相反，由于水流或者其他外界因素的幹擾，煤炭堆積會因水流作用出現在其他沒有植物堆積的地方。

煤層堆積形成的區域

例如我國的華北平原，那裡的煤層就由西部高原河流的影響，從而帶來了大量的煤炭。

再者就是微生物作用，它們會出現在已經死亡的植物中，然後逐步分解植物，形成新的有機體。

從化學層面看，植物的木質組織主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。

經曆了數百萬年曆史的煤炭

現代泥炭多為木質素，纖維素和半纖維素的含量占據40%左右，并且還存在其他有機化合物。

不管是木質素還是纖維素，留存最多的元素為碳氫氧，煤作為植物高度碳化的結果，這意味着煤炭主要會通過脫水、脫羧和去甲烷。

除此之外，不同植物類型死亡後形成的煤炭也有較大區别。

木質素在植物中的表現

例如孢子植物主要生成煙煤和無煙煤，如果是新生代時期的被子植物則以褐煤和泥炭為主。

經過這一系列的介紹我們已經得知，煤炭的具體形成過程還有影響因素。

簡單的思考就不難發現，那些特厚的煤層往往需要大量的植物進行沉積。

非常典型的煙煤

盡管在地球的大多數地質時期都有煤炭，但所有的煤層基本都在石炭紀和二疊紀。

晚古生代冰河期，由于冰川作用導緻的海平面下降給煤炭形成提供了理想條件，但在三疊紀之後，煤炭的形成基本告終。

在過去的幾十億年中，石炭紀至三疊紀期間，地球的氣候足夠溫暖濕潤，非常适合植物生長。

因此這一時期植物的面積足夠充足，個頭也十分高大。

另外在遠古時代的地球，植物的生長環境主要以藻類植物和菌類植物為主，包括石炭紀時期的沼澤地。

這些都為煤炭沉積帶來的有利因素。

遠古時代的地球幾乎全是大型植物

另外在特厚煤層中還有一個因素不可忽略的是，地質活動的影響。

地質學家在對特厚煤層的研究中普遍發現，要想形成這樣的煤層除了植物多，地殼運動對其的影響也很小。

這讓沉積過程有了一個穩定的環境，由此不會出現斷層的現象。

不過僅憑有利的地理位置和大量植物還不能廣泛解釋石炭紀的煤層，導緻煤層快速沉積的其他因素還有高含氧量。

高含氧量便是富足的植物

這會促進野火的發生，并且增加木炭的出現。

但在3億年前，煤層的形成被突然放緩。

後來科學家經過研究認為，木質分解素的出現導緻樹木沉積來不及碳化。

由真菌進化出來的木質分解素能夠分解樹木結構，并且大量降解木質素。

木頭上長出的白腐真菌

相關分析認為，一種白腐真菌的祖先大約在2.9億年前進化出了這種木質素降解能力。

在早期的樹木中，木質素的出現使得植物能夠長得更硬、更具木質化。

但這一時期的真菌和細菌還沒有進化出分解能力。因此樹木在死亡後并沒有完全腐爛，而是跟着地質沉積被埋進了地下，最終碳化形成煤。

石炭紀沉積物中埋藏的石松石化石

白腐真菌分解木質素的過程簡單來講，真菌通過釋放出的活性分子和酶将植物的保護化合物“撕裂”。

一旦保護樹木的木質素被分解，白腐真菌就可以消化吸收纖維素，然後将其轉為糖份供自己生長。

所以從這幾個方面來講，遠古地球确實是有充足的資源讓煤炭去慢慢發展。

另外在地球造煤的幾個重要時期内，超過6000萬年的時間足以讓煤層有充足的時間去發育。

被褐腐真菌侵蝕的木頭

不過在今天，科學家發現褐腐真菌已經進化出了一種繞開分解木質素的能力，這樣植物在死亡後即使被真菌分解仍然可以保留木質素。

科學家認為溫帶地區的森林中，已經死去的棕色原木會在幾百萬年後逐漸形成煤炭。

這樣的未來十分遙遠，當下需要做的是盡可能避免依賴煤炭資源給環境帶來的問題。

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