Ở một góc nào đó trên Trái đất, những vỉa than dày hàng chục mét trải dài như đại dương đen, lặng lẽ kể những câu chuyện hàng trăm triệu năm trước. Tuy nhiên, sự hình thành của nó luôn là điều bí ẩn.
Các nhà khoa học từ lâu đã khám phá nguồn gốc của than đá, họ đã nỗ lực tìm kiếm câu trả lời và chỉ gần đây nỗ lực của họ mới nhận được những thành quả nhất định.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng những vỉa than dày hàng chục mét thực sự mang một nguồn gốc gây sốc, một câu chuyện vĩ đại về quá trình tiến hóa của Trái đất và nguồn gốc của sự sống.
Nguyên nhân hình thành than: tàn dư thực vật tích tụ hàng trăm triệu năm và sự biến đổi của vỏ Trái đất
Sự hình thành của than bắt đầu từ hàng trăm triệu năm trước trong kỷ Carbon, khi thảm thực vật tươi tốt trên Trái đất phát triển mạnh mẽ. Khi những cây này chết đi, phần còn lại của chúng tích tụ trong hồ, sông và đầm lầy. Theo thời gian, những tàn dư thực vật này tích tụ hết lớp này đến lớp khác, tạo thành một lượng lớn chất hữu cơ.
Là một loại nhiên liệu hóa thạch quan trọng, than được hình thành do sự tích tụ hàng trăm triệu năm của mảnh vụn thực vật và sự thay đổi của lớp vỏ Trái đất. (Ảnh: Allthatsinteresting).
Khi lớp vỏ Trái đất thay đổi, các chất hữu cơ này trải qua những thay đổi hóa học dưới tác động của áp suất và nhiệt độ. Những biến đổi của lớp vỏ bao gồm các chuyển động địa chất, sự va chạm của các mảng vỏ và những thay đổi kiến tạo trên Trái đất, dẫn đến sự nén và nâng lên của các địa tầng. Do có áp suất cao và nhiệt độ cao, chất hữu cơ dần dần chuyển hóa thành than.
Quá trình hình thành than có thể chia làm 3 giai đoạn chính: giai đoạn mùn, giai đoạn than mềm và giai đoạn than cứng.
Trong giai đoạn mùn, xác thực vật được bao phủ bởi trầm tích từ hồ hoặc sông và trải qua quá trình phân hủy, nén. Sản phẩm hình thành ở giai đoạn này là mùn có độ ẩm cao, kết cấu mềm. (Ảnh: ZME).
Các quá trình hình thành than: Tăng trưởng thực vật, phân hủy và chôn lấp
Hàng trăm triệu năm trước, trên Trái đất có thảm thực vật và rừng tươi tốt. Nhiều loại thực vật khác nhau như cây cối và thảo mộc hấp thụ ánh sáng Mặt Trời và tổng hợp chất dinh dưỡng thông qua quá trình quang hợp. Trong quá trình này, thực vật hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển và chuyển hóa nó thành chất hữu cơ, bao gồm cellulose, lignin, v.v.. Những chất hữu cơ này là thành phần chính của thực vật.
Khi thực vật chết đi, chúng dần dần bị phân hủy. Khi không có oxy bên ngoài, xác thực vật bị phân hủy bởi vi sinh vật trong môi trường ẩm ướt như đầm lầy hoặc hồ. Những vi sinh vật này chuyển đổi chất hữu cơ của thực vật thành các chất đơn giản và ổn định hơn như mùn và than bùn. Đất mùn là loại đất giàu chất hữu cơ, có lợi cho sự phát triển của cây trồng. Than bùn là giai đoạn chuyển tiếp trong quá trình sản xuất than.
Khi xác thực vật bị bao phủ bởi trầm tích đầm lầy hoặc hồ, chúng sẽ bị chôn sâu dưới lòng đất. Theo thời gian, tàn tích thực vật bị chôn vùi dần dần bị ảnh hưởng bởi áp suất và nhiệt độ dưới lòng đất. Trong quá trình này, nước và các thành phần phi hữu cơ của tàn dư thực vật dần bị nén và ép ra ngoài, để lại những tảng đá than chứa hàm lượng chất hữu cơ cao.
Ở giai đoạn than mềm, qua lớp phủ sâu hơn và áp suất tăng lên, mùn chuyển dần thành than mềm chứa cacbon cố định và ít ẩm hơn. Nó có kết cấu đồng đều hơn nhưng vẫn tương đối mềm. (Ảnh: Zhihu).
Khi địa chất thay đổi, than đá tiếp tục bị chôn sâu hơn và chịu nhiệt độ và áp suất cao hơn. Các yếu tố này thúc đẩy các phản ứng hóa học của chất hữu cơ trong đá than để tạo ra than. Theo mức độ hư hỏng và thành phần khác nhau, than có thể được chia thành các loại khác nhau, chẳng hạn như than non, than bitum, than antraxit, v.v..
Đặc điểm hình thành than: nhiệt trị cao, dễ cháy và giàu chất hữu cơ
Than là nhiên liệu hóa thạch phổ biến, có nhiệt trị cao, dễ cháy và giàu chất hữu cơ. Nó được hình thành từ tàn tích thực vật cổ xưa trên Trái đất thông qua các quá trình địa chất lâu dài, chủ yếu bao gồm sự phân hủy và nén của thực vật.
Nhiệt trị cao của than là một trong những đặc tính quan trọng nhất của nó. Chất hữu cơ trong than tồn tại dưới dạng xác thực vật, sau hàng triệu năm tiến hóa và chịu áp lực, hàm lượng cacbon trong than không ngừng tăng lên khiến nhiệt trị của than ngày càng cao. Nhiệt trị cao của than làm cho nó trở thành loại nhiên liệu rất hiệu quả, có thể cung cấp lượng năng lượng lớn và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp và đời sống dân cư.
Giai đoạn than cứng là giai đoạn cuối cùng của quá trình hình thành than. Ở giai đoạn này, dưới tác động của lớp phủ sâu hơn và áp suất cao, than mềm dần dần chuyển hóa thành than cứng với kết cấu dày đặc và hàm lượng carbon cực cao. Than cứng có hiệu suất cháy và nhiệt trị cao và là một trong những loại than được sử dụng phổ biến nhất. Ảnh: Sina
Vì than rất giàu carbon nên sự kết hợp giữa carbon và oxy tạo ra một lượng nhiệt năng lớn đồng thời giải phóng hơi nước và carbon dioxide. Năng lượng giải phóng từ quá trình đốt cháy này có thể được sử dụng để tạo ra điện hoặc trực tiếp sinh năng lượng cho sản xuất công nghiệp và sưởi ấm cho mục đích dân dụng. Bản chất dễ cháy của than cũng khiến nó trở thành nguồn năng lượng thuận tiện.
Than rất giàu chất hữu cơ, có nghĩa là có rất nhiều thông tin sinh học thực vật được lưu trữ trong đó. Phần còn lại của thực vật cổ đại trên Trái đất hình thành than thông qua các quá trình địa chất và bản thân chất hữu cơ được nhúng trong những phần còn lại này chứa một lượng lớn thông tin về cấu trúc tế bào và mô thực vật. Vì vậy, than có thể cung cấp những thông tin quý giá về lịch sử và quá trình tiến hóa sinh học của Trái đất, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa của Trái đất.
Mặc dù than có đặc tính tỏa nhiệt cao, dễ cháy và giàu chất hữu cơ nhưng nó cũng có một số vấn đề. Việc đốt than tạo ra một lượng lớn carbon dioxide và các loại khí độc hại khác, gây ô nhiễm môi trường và làm trầm trọng thêm tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu. Ngoài ra, bản thân quá trình khai thác và đốt có thể có tác động xấu đến môi trường và sức khỏe địa chất.
Đặc tính dễ cháy của than khiến nó trở thành nhiên liệu lý tưởng. (Ảnh: Zhihu).