地球上的煤，為什麼主要形成於3億年前？

煤的來源

現代社會的出現，煤起到了其他物質無可比擬的作用。但煤是怎麼形成的？

大約3億年前，出現了一個被地理學家稱為石炭紀的時代，石炭紀的植物看起來很難腐蝕。石炭紀的樹木死亡後，倒在地面。那時的地面大多是沼澤，但這些植物殘骸卻沒有被微生物分解，基本保持原有狀態。隨著時間的流逝，更多樹木倒在了早先樹木的上面。隨著越來越多的樹木倒下，下層的樹木受到後來倒下樹木覆蓋層的壓迫，再加上受到來自地球內部熱量的加熱，這些樹木殘骸逐漸喪失了揮發性元素，變成一種越來越接近純碳的物質。

這就是煤形成的過程。煤為工業革命提供了能源，驅動工廠和火車運轉，加熱壁爐，為煤氣燈提供煤氣，還是將礦石變成鋼鐵的還原劑，藥品、燃料和其他化學物質的原料，世界的絕大部分電力都是用煤生產的。但人們還不知道石炭紀形成的如此大量的煤的原因。森林在石炭紀之前的泥盆紀時代就存在了，並從那時起就一直存在至今；雖然不是所有煤是在石炭紀形成的，但石炭紀形成的煤遠遠高於其他時期，如下圖所示。石炭紀這個名稱也是因此而來。

有好奇者就會問為什麼石炭紀會形成這麼多煤？一個原因就是石炭紀時期的沼澤缺少氧氣，能減緩木腐微生物的活動。就其本身而言，這種原因也說的過去；可除了石炭紀，其他時代也存在著沼澤。為了解釋為什麼石炭紀會產生如此多的煤，有人認為石炭紀石炭紀的木腐微生物沒有將木頭腐爛掉。

植物化學的變化讓樹木長高，按照這一理論，植物化學也干擾了腐木微生物的活動，讓植物的大部分有機物不腐爛。沒有人對第一種原因提出質疑，在最近出版的《美國國家科學院院刊》里，斯坦福大學的凱文·博伊斯和他的同事發表了質疑第二種原因的論文。凱文·博伊斯博士認為石炭紀時期的煤、沼澤和其他事物都是大陸板塊移動造成的意外結果。

伸向天空

凱文·博伊斯博士他們的認為是進化時間滯後假說導致石炭紀的微生物不能完全消化樹木。第一種維管植物（即有內部輸送水分管道的植物）出現在志留紀，志留紀是泥盆紀之前的時期。維管化植物意味著植物能從根部吸取水分，因而能長高；高大的植物導致了一場貫穿泥盆紀的競賽——長得越高的植物，越能無遮蔽地獲取陽光，結果卻是讓了多的樹木生長出來，從而出現了森林。

樹木必須變得強壯，要不然就會倒塌。樹木的一部分支撐力量來自於纖維素，纖維素是一種由長鏈狀的糖分子構成的古老物質，植物細胞的細胞壁就是由纖維素組成。但第二種分子的出現後，樹木的進化才加快了，這就是木質素分子。木質素分子由酚類化合物組成，與糖類物質相比，酚類化合物很難被分解。因此，凱文·博伊斯博士他們認為石炭紀後的微生物才進化出可以分解酚類化合物的能力。因此，在石炭紀時期，倒下的樹木就簡單地堆砌在沼澤里，儘管他們的纖維素被微生物分解了，木質素卻被保留了下來，最終形成了煤。

這只是一種純粹的假設。對真菌植物進化的分析結果表明真菌的木質素消化酶（主要腐蝕介質）確實在二疊紀才首次出現，二疊紀是石炭紀之後的時代，這一結果支持上述假設。凱文·博伊斯博士和他的同事卻壓根不相信這種假設。

伊斯博士他們對此的質疑建立在對Macrostrat資料庫的極其仔細分析的基礎上，並且分析了哪種類型的植物是地層單元形成煤層植物群的主要植物。Macrostrat資料庫記錄了全部北美洲地層的數據。

石炭紀的植物與現代植物不同。此外，在石炭紀的不同時間段，主要的樹木品種也不同。伊斯博士的團隊發現一個現象：形成煤的高峰時期與一種被稱為石松植物類群居於統治地位的時間重合；而石松植物的樹榦主要由周皮組織構成，周皮相當於現代樹木的樹皮，木質素含量很低。存在於石炭紀之前和之後的石松類植物（在進化出能消化木質素的真菌之前）之中有很多含木質素較高的品種，但這些石松類樹木形成的煤少很多。

此外，雖然北美的二疊紀岩石的煤層含量低，但中國的二疊紀岩石煤層含量高。這種現象看起來與木質素消耗率突然上升並不一致。雖然化石記錄不能顯示過去的真菌體內含有哪種酶，但化石記錄卻顯示石炭紀的真菌的多樣性和活躍性與二疊紀的真菌情況一樣。所有這些原因共同作用之下，石炭紀產生的大量的煤並不是真菌活動程度不高的原因。因此，伊斯博士認為不能簡單地將進化延遲假說作為原因。

否定一個假設卻是另一回事。如果有人能提出另一種理論來替代進化延遲假說，肯定有助於否定進化延遲假說。伊斯博士和他的同事們就準備提出另一個理論。伊斯博士他們認為石炭紀的大量的煤是大量漂移導致的結果。

在石炭紀，各個大陸都在一定程度上移動著。大陸移動，特別是大陸移動導致的大陸碰撞（確實如此）讓大陸扭曲，大陸扭曲導致山脈和盆地產生。伊斯博士對盆地感興趣，盆地的下撓表面此處曾經常被洪水沖刷，洪水沉澱物掩埋了樹木倒下的沼澤，降低了樹木遭受微生物腐蝕的程度。

在石炭紀，發生局部沉降不是什麼新鮮事。19世紀的地理學家認為石炭紀發生很多局部沉降，雖然他們不知道大陸漂移的事情。在進化延遲假說出現之前，對於石炭紀出現大量煤的解釋基本集中於生物學方面。伊斯博士認為造成這種情況的真正原因是地理原因。一旦樹木被洪水沉降物掩埋之後，煤沒有被侵蝕，從而被保存至今。

在二疊紀，大陸運動暫時停止了一陣，世界所有陸塊地塊聚集在一起，形成了一個超大陸，該超大陸被稱為泛古陸。但泛古陸並沒有讓局部沉降停止，還讓天氣變得乾燥（泛古陸的均值點離海洋的濕空氣的距離比小一些的大陸都要遠一些），意味著沼澤數量變少了。

使得形成的煤變少了，被腐蝕的樹木也比以前多了。直到白堊紀時，泛古陸發生分裂，煤形成和保存的條件再次形成。按照伊斯博士的假說，現代煤形成的第二個高峰期是白堊紀和緊隨其後的新生代。

如果伊斯博士的假說成立，大陸運動才是最終導致工業革命的原因。沒有大陸漂移，就沒有煤；沒有煤，就沒有人類；如果人類在沒有煤的情況下進化出來，現在人類還在田野里耕作。

請您繼續閱讀更多來自 知識百科 的精彩文章:

※地球已經形成46億年，為什麼地核還是這麼熱？
※一個王朝行將覆滅前的最後10年發生了什麼？
※冥古宙之前是什麼?冥古宙曾在32億年前撞上地球
※為什麼在宇宙中，恆星形成的腳步在110億年前慢下來
※500年後的地球將發生什麼變化？驚呆
※100年前的「帝都」與「魔都」是個什麼樣？
※如果下一秒人類滅亡 ，後來的地球會變成什麼樣？
※那些世界上最成功的人，25歲的時候在做什麼？
※慈禧太后在去世的前一天，為什麼要毒死年僅38歲的光緒皇帝
※50年前的飛機餐是什麼樣？驚呆了
※打開地宮最後一道石門，裡邊一片混亂，400年前發生了什麼
※500年前的人吃什麼？
※要在2025年把人類送上火星的馬斯克，是一個什麼樣的人？
※1948年上海舞女大遊行，年輕的她們是為了什麼？
※月經前2天褐色分泌物，隨後有血塊，是什麼問題？
※燒了5500年的，究竟是什麼火？
※揭秘！50年前的日本街頭的女性工作者是什麼樣的？
※展望：10萬年後的人類生活是什麼樣？
※千年以後，人類將變成什麼樣？