地球内部深处,有着数以亿吨计的煤炭资源,由于其深埋在地球深处,人们至今还无法直接进行勘探开采,在碳资源方面,这些资源无疑是一个巨大的“宝藏”。
这也是人们一直以来认为,煤炭、石油、天然气等碳资源是主要存在于地球地表附近的原因。
除此之外,在地球科学的研究中,地下深处也存在着巨大的碳资源,但是他并不是一般意义上的煤炭资源,而是一种特殊的地幔碳资源——碳富层。
这个碳富层又被地质学家称之为“地幔煤田”,它形成于距离地表几十公里到上百公里的地幔深处,然而煤炭等碳资源主要存在于地壳层中,难道在地壳上就已经存在着如此巨大的煤炭资源?
那么地壳碳资源已经这样丰富了,那么地幔中的碳富层又有多厉害呢?
这个碳富层究竟是如何形成的?
地壳和地幔。
在地质中,地壳、地幔和地核被认为是地球最重要的三大圈层,地幔和地壳之间没有明显的“分界线”,地壳和地幔在组成结构和物质成分上也存在着差异。
在构造构造上,地壳是由地壳岩石构成的,而地幔是由地幔岩石构成的,这两种构造在化学组成方面也存在着明显的差异。
地壳和地幔的分界线通常被划分在“摆渡圈”这个深部地质概念划分层面。
摆渡圈的内部,是地球上最大的造岩矿物——辉长岩,而地幔的物质构造则由较多的铝、镁、铁等大离子构造出来,这两种岩石,正是地壳和内地幔的分界线,以及地幔的最外层。
地幔又分为上下地幔,上地幔距离地壳较近,而下地幔则是地幔中部的一部分,上下地幔之间相互衔接,形成整体巨大的地幔圈层结构。
在地质结构上,地壳又分为大陆地壳和海洋地壳,这两者在分布上存在着较大的差异。
大陆地壳主要分布在大洲地区,而海洋地壳则主要分布在海洋中,在地壳构造方面,大陆地壳主要由玄武岩构成,而海洋地壳则是主要由辉长岩构成。
地壳的厚度主要受到地壳板块本身的构造和地热构造的影响,大陆地壳的厚度为35-40公里,而海洋地壳的厚度则为5-10公里。
地幔则厚达2850公里,地幔的构造主要由橄榄石构成,而地幔矿物中又主要含铝、镁,从而形成了艾森霍尔茨曲线,这条曲线正是地球上内部的最核心部分。
地壳和地幔的组成不仅在物质方面存在着较大的差异,在结构和硬度方面也存在着较大的差异,地壳在物质组成方面则在地幔上层,因此地壳的硬度要高于地幔。
地幔则充满着熔融的岩浆,因此地幔在物质组成和结构上要比地壳的硬度要小。
地幔中的岩浆充满着“地热”这种地热能量,因此地幔被认为是地球上的一座“冶金炉”,地壳中的岩石也是来源于地幔深处的岩浆,因此地幔中的岩浆资源是地壳矿石积累的来源。
地幔中的板块构造也影响着地壳构造,在地球构造活动中,板块之间会相互作用,引发地震等重大自然灾害。
地幔中的“流动岩浆”也会影响到地幔的构造活动,地幔岩石的流动活动会引发地震等自然灾害,这也是地球上地震的活动来源。
地幔中的铁矿能造成地磁场,而地磁场也是地球上自然活动的一个重要指标。
在地球的形成上,地幔的熔融活动是地球形成的一个重要条件,由于地幔中岩浆的熔动活动,引发地壳板块的活动,随着板块活动上浮,经历了高温高压的活动。
在这个漫长的过程中,地壳和内地幔中存在着较多的碳元素,大部分碳资源附着于火山喷发中,而一些碳资源被带入到地幔深处。
地幔中的碳资源就此形成,地幔中的碳资源密度高达1千克,这样的密度在地幔的构造中非常大。
地幔中的碳资源被形成为“碳酸岩岩浆”,碳酸岩岩浆的熔动活动非常庞大,因此地幔中的碳资源也非常宝贵。
碳酸岩岩浆可以在地幔深处形成钻石,地幔中的钻石资源也是非常昂贵的资源,由此可见,碳富层的价值有多大。
巨大的煤田。
在地幔中,由地幔的熔动活动形成了碳酸岩岩浆,在早期,地幔中的温度非常高,形成了助熔剂,碳资源在高温高压的作用下,被形成了“地幔煤田”。
由于地幔中的碳资源非常稀缺,因此地幔煤田也是非常珍贵的资源,地幔煤田的面积非常大,辐射面积约为7828万平方公里,这个数据足以体现出地幔煤田有多大。
地幔煤田的面积相当于地球上陆地面积的四分之一,巨大的面积给人们留下了一个非常深刻的印象。
地幔煤田厚达1千米,绵延上千公里,地幔中的碳资源含量,比地表所存在的煤、油、天然气总和还要多,可以说地幔煤田是地球上碳资源最丰富的资源。
地幔煤田中的碳资源不仅仅是单一的碳元素,还含有较多的碳酸盐以及其他的化学元素,这些元素最终形成的碳酸盐,也会解离成碳烟酸和其他元素。
地幔煤田中的碳元素和钙、镁结合形成含碳矿物,含碳矿物主要是碳酸岩类矿物,其中又以方解石和白云石为主,巨大的碳资源最终形成了厚厚的煤层,因此地幔煤田又被称之为“巨大的煤田”。
地幔煤田的存在给人们留下了一个非常庞大的疑问,上地幔的温度已经不及2000摄氏度了,那么为什么地幔煤田里的煤石也能够存留下来?
地幔中的煤石是由煤和石炭构成的,然而地幔的温度高达4000摄氏度,因此煤矿会在这种极高的温度下氧化,然后变成二氧化碳,因此地幔中的二氧化碳浓度会大大提高,而地球的气候也会发生重大变化。
地幔中的煤石层下深处的温度一般在1500-2000摄氏度之间,因此地幔中的煤石层和热源仍然存在着巨大的温差。
地幔中的煤石层并不是被形成在1500-2000摄氏度的高温高压环境下,而是由于热源的下移,煤石层形成的。
随着热源的下移,地幔中的温度降低,形成了冷却环境,地幔中的煤石在这种冷却环境下,将不再受到外部的干扰,随着时间的推移,最终形成了地幔中的煤石层。
地幔中的煤石层和地球上的煤石存储有效层不同,地幔中的煤石层未曾受到地球表面的活动,形成了一层相对纯净的煤石存储层。
因此人们在对地幔中的煤石层的研究越来越多,随着地壳深部的勘探,人们对地幔中煤石矿物的研究也日趋深入。
地幔煤田是如形成的?
地幔中的煤田是在地壳深部,从100-120公里到上百公里处形成的,地幔煤田的形成是一项庞大的工程,也是一项奇观。
地幔煤田中的碳绝大部分是从地壳板块上“俯冲”来的,由于地幔中的温度较高,煤石资源会在这种温度下氧化。
碳在高温下,不仅会被氧化,还会被分解,在地壳板块上,地幔岩石会逐渐被矿蚀,经历了长期的演化过程,地幔岩石中的碳资源,就此被释放出来。
在板块碰撞相互俯冲的过程中,碳资源会随着板块的活动,从地壳板块中,逐渐俯冲到地幔板块中,这个过程就是所谓的“二氧化碳的深埋过程”。
地幔板块中的碳资源,经历这一波又一波的深埋过程,最终形成了如今地幔煤田。
地壳中的碳资源一般沉积在地壳深部,而地幔板块中的碳资源一般会沉积在地幔板块处,碳资源会随着板块的活动,游离在板块内部的岩浆中,随着板块的上浮逐渐冷却,形成地幔中“煤田”。
地幔中的碳资源下沉的速度,由于地幔中的岩浆下沉速度的变化,因此地幔煤田的形成也是非常漫长的过程。
地壳板块中的碳资源,一般存储在大陆板块中,由于大陆板块质量较大,因此大陆板块中的碳资源也是非常丰富。
根据地质学家的研究,地壳中的碳资源含量约为2.4-3.6亿吨,而碳酸盐的含量,约为1000万公里。
碳酸盐形成的厚度大约在100-200公里,尽管地壳板块中的碳资源容量很大,但是总体来说,相对于地幔中的碳资源来说,容量还不是很大。
地幔板块中并不是所有的板块都具有碳资源,在地幔板块中,有一定数量的碳资源,而有些地幔板块中,甚至没有碳资源。
地幔板块中地幔板块的构造,也会影响到碳资源的分布,在地幔中,上部地幔和下部地幔,分布着粗细不一的管状结构,柱状管状结构中分布着一定数量的碳资源。
大多数的碳资源,分布在距离地幔150-200公里的地幔深处,这也为地幔煤田的形成提供了“基础”。
在地幔板块下沉的过程中,除了“氧化损耗”碳资源,还会释放出二氧化碳,这也是地球上二氧化碳资源丰富的重要原因。