烧煤取暖应该是几代人的共同回忆，在那个年代，人们的生活燃料大多都是煤炭，许多家庭贫困的人还会跟着火车“捡煤渣”，可你知道煤炭是如何形成的吗？

在火车轨道上捡煤渣的人

传统的看法认为，植物是成煤的主要原因。

事实上，自从5亿年前寒武纪物种大爆发，地球就开始变得有些不一样了，出现了各种动物和植物。而在这样的演化之下，它们的尸体“堆叠”在了一起成为了化石能源，比如厚厚的煤层。

因此今天咱们就来探索几个问题，地质史上主要的“成煤期”有哪几个，煤层的形成机制又是怎样的，煤层的厚度都是一样的吗？

煤层

还有，100多米厚的煤层又是怎么形成的？远古地球上真的有这么多植物吗？“植物演化论”又是否是绝对的成因呢？

地质史上的主要“成煤期”

在揭开超厚煤层形成的原因之前，大家需要先明确一点，以下的讨论都是基于“植物是成煤的主要原因”这种理论来说的，至于存在的相关争议，我们会在下文之中举例探讨。

植物是成煤的主要原因？

要问为什么科学家会给出这样的观点，第一是因为在煤炭当中发现了许多的植物化石，第二就是当人们回顾过往的地质年代时，发现在植物茂盛的时代，煤层的形成更加容易，因此将这种阶段定义为了“成煤期”。

地质史上的三大成煤期分别是处于古生代的石炭纪和二叠纪，中生代的侏罗纪和白垩纪以及新生代的第三纪。简单来说，地球上的煤层可不是“一夕之间”就形成的，而是经过了日积月累的沉淀。在这种积少成多的情况下，形成100多米厚的煤层其实也很正常。

煤层形成的横面图

第一个成煤时期是石炭纪和二叠纪，当时地球的地壳运动非常活跃，并且在古大陆之上的气候非常的“温暖潮湿”。在这种buff的加持之下，植物迎来了属于自己的时代。

石炭纪的植物可谓是异常茂盛，并且植物的种类也非常多，不仅有高大的乔木，还有低矮的灌木，总之这些植物将土地安排得“明明白白”，只要能生根的地方就安家落户。

石炭纪的植物概念图

而到了二叠纪的时候，植物的生长环境就不如从前安逸了，并且各个板块之间的碰撞联合也使得顺应时代变化的植物改变了繁殖策略。

二叠纪早期的植物以蕨类为主，像石松、真蕨等都很常见，不过后来由于气候的变化，植物不再像从前那样拥有充足的水源了，就开始转为“裸子植物”，这种植物更加耐旱。

二叠纪植物群示意图

第二个成煤时期侏罗纪和白垩纪，裸子植物依旧占据着主要的地位，根据调查资料显示，咱们中国西北部以及北美地区的煤层，大部分都是在这一时期形成的。不过这一时代的植物再也达不到石炭纪时期的“繁盛”状态了，因此成煤的体量相较之前少了很多。

至于地质史上最后一个成煤期，也就是第三纪，成煤植物的种类再次发生了变化，以被子植物为主。毕竟这一时代爬行动物已经悄然退场，舞台属于哺乳动物，而中国部分沿海地区的煤层都是在这一时期形成的。

珙桐是距今6000万年前新生代第三纪孑遗植物

当然，之所以将这几个时期定义为成煤期，除了因为它们有茂盛的植物作为原材料以外，还有必不可少的一点，就是这些时期的地质活动是非常剧烈的，毕竟煤层形成是需要原材料和外部动力共同存在。

那么，煤层除了通过“堆叠”的方式形成以外，还会通过什么样的方式呢？在100多米的煤层形成过程中，哪个时期的贡献最大？

煤层的堆叠

石炭纪的繁茂植物以及超厚煤层

石炭纪因为环境非常适合植物生长，原来不怎么起眼的植物都长到了惊人的规模。比如说在泥盆纪时期，瘦弱的石松，当时就算是一阵风都能将它吹倒，而到了石炭纪石松就开始了自己的“逆袭之路”，长成了身高可达40米的高大树木。

早期泥盆纪植物以裸蕨类为主

因此，如果我们真的能够穿越时间，回到石炭纪，你会为眼前繁茂的原始森林所倾倒。虽然植物因为不能行动、言语的原因，一直都不在“地球霸主”的备选名单之内，但是毫不夸张地说，这个时期的植物真的用体型和覆盖面积证明了自己。

由于拥有丰富的“原材料”，一般认为全世界煤炭总储量的50％左右，都是在这一时期形成的。而在打下了良好的基础之后，后来两个成煤时期就在这之上继续添砖加瓦，造就了超厚煤层。

超厚煤层

世界上具有超厚煤层的煤田有很多，比如位于吐哈盆地沙尔湖坳陷的西山窑组含煤 就达到了100米，成煤时期正是石炭纪早期。

还有位于我们国家吐哈盆地沙尔湖坳陷的西山窑组含煤，一共有25层，单层煤厚度最高达到了217.4米，总厚度为301米，成煤时期是侏罗纪中期。

至于超厚煤层的形成方式，研究煤地质学的专家学者从不同的角度分析之后，给出了三种看法。毕竟100多米仅靠堆积的话，也不是朝夕之间就能做到的。

煤层的堆积位置

传统的煤地质学理论认为，泥炭沼泽水面上升速度与植物遗体堆积速度长期处于均衡补偿状态便可以形成厚煤层，甚至厚度达数百米。

第一种看法认为超厚煤层是因为有长期的补偿机制，换句话说在“聚煤期”阶段，沼泽应该是在持续稳定的下沉当中的。因为只有这样，植物遗体的堆积速度才会进一步增加，为后来的成煤增加更多的“原材料”。

沼泽地

第二种看法认为异地堆积也会导致超厚煤层形成，所谓的异地堆积指的就是重力流、水下泥石流等现象的搬运作用。简单来说，煤层的形成并不一定只看它当时所在位置的情况，还可能收到属于大自然的“馈赠”，异地堆积会将礼物带到这里。

最后一种则是多煤层叠加，其实这种观点应该是大家率先想到的，毕竟“积少成多”的道理大家都明白。

泥石流会带走一些东西

如果有某地的煤层经历了古生代、中生代和新生代三个成煤期的加注，那它想不变厚都不可能。当然，需要注意的是，这个叠加的过程并不是持续不断的，因为地球的变化可谓是“日新月异”。

学者王国力在研究鄂尔多斯盆地西南部华亭煤田延安组超厚煤层的凝胶化指数、结构保存指数和灰分产率、显微组分类型等的变化时发现，超厚煤层是由“填积型”和“退积型”煤层叠加而成的。

超厚煤层是由“填积型”和“退积型”煤层叠加而成的

说到这儿，大家应该对百米厚煤层的形成原因和方式都完全了解了。不过以上皆是咱们站在“植物成煤”的理论上出发的。实际上，针对煤炭到底是怎么形成的，一直存在着不少的争议。

煤炭形成原因的相关争议

除了植物演化成因以外，还有不少人认为煤炭的形成和“油基泥沙”有着密切的关系。持有这一观点的学者认为，植物死亡变成的腐质泥燃值非常低并且与煤炭的有机成分之间有着较大的差异。再者，古地质时期的植物繁盛情况大多源于推测，并不足以成为确切的证据。

煤做燃料

油基泥沙则是液态石油渗透到泥土中之后形成的一种物质，它和煤炭之间的化学成分更加相似，并且性质也更加契合。因此有人认为，煤炭的形成是油基泥沙在各种外力条件的影响之下，通过脱水、结晶、变质等方式，最终变成了煤炭。

可是这样说的话，煤炭当中的植物化石又作何解释呢？

煤矿的地质构造

他们给出的观点是这样的，煤炭当中之所以会出现植物化石，是因为当植物死亡之后，油基泥沙当中的原油给它们制成了“保护膜”，再在堆积作用下，将这些植物变成了纤维化石永远的留在了煤层之中。

不知道大家觉得，哪种说法更有道理呢？实际上，不论煤炭是如何形成的，它都是自然对人类最慷慨的馈赠。