Việc hình thành của than đá vẫn là một trong những bí ẩn lớn nhất trong cộng đồng khoa học. Tuy nhiên, đã có nhiều nghiên cứu và giả thuyết về nguyên nhân hình thành than đá được đưa ra trong thời gian qua.
Hầu hết các nhà khoa học từ lâu đã hình thành một quan điểm thống nhất về sự hình thành than: Các mỏ than được hình thành do sự phát triển, chết và tích tụ liên tục của các loài thực vật cổ đại trong đầm lầy than bùn, sau đó bị biến đổi bởi sự chuyển động của các mảng địa cầu.
Nhưng vẫn có những nhà khoa học đưa ra quan điểm khác. Họ cho rằng than đá không phải đến từ quá trình biến đổi của thực vật cổ đại mà rất có thể là đến từ không gian.
Hiện nay, hầu hết các nhà khoa học đều cho rằng than là một dạng nhiên liệu hóa thạch, được hình thành từ thực vật bị chôn vùi trải qua các giai đoạn từ than bùn. Tiếp theo dần chuyển hóa thành than nâu hay còn gọi là than non (lignit), và thành than bán bitum. Sau đó, thành than bitum hoàn chỉnh (bituminous coal). Cuối cùng là biến đổi thành than đá (anthracit).
Hầu hết các nhà khoa học tin rằng nguyên nhân hình thành của than là sự biến đổi của thực vật trong thời cổ đại, bởi vì hóa thạch thực vật được bảo quản tương đối tốt đã được tìm thấy trong các mỏ than, các mô thực vật và bào tử bên trong có thể được thấy rõ qua chờ quan sát bằng kính hiển vi.
Tuy nhiên, một số nhà khoa học đã đặt câu hỏi về điều đó. Họ cho rằng những bằng chứng này chưa đủ để giải thích nguyên nhân tồn tại của than. Ví dụ, tại các mỏ than ở Sơn Tây, Thiểm Tây và những nơi khác tại Trung Quốc là những nơi ban đầu được chứng minh là không có than, nhưng các mỏ than cuối cùng đã được tìm thấy ở đó.
Bản thân than có nhiều biến thể về tính chất, và có thể được phân loại thành bốn loại hoặc cấp bậc chính – than non, á bitum, bitum và antraxit – theo thứ tự tăng hàm lượng cacbon và năng lượng. Hầu hết than được đốt trong các nhà máy điện là than bitum hoặc than á bitum. Một loại thứ năm, được gọi là than luyện kim (hoặc “luyện cốc”), được sử dụng để luyện thép.
Một số nhà khoa học nghi ngờ rằng hóa thạch thực vật không đủ bằng chứng để kết luận rằng thực vật biến thành than, bởi vì những hóa thạch thực vật này không chỉ tồn tại trong các vỉa than mà còn được tìm thấy trong các thành tạo đá khác.
Một số nhà khoa học đã đặt câu hỏi rằng một số vỉa than rất mỏng và không thể hình thành các vỉa than như vậy sau khi thực vật phát triển, chết, tích tụ tự nhiên và bồi lắng. Vì vậy, nguyên nhân tạo than phải liên quan đến quá trình vận chuyển, tác động và kết tủa của nước.
Tất cả các loại than cũng chứa lưu huỳnh, khi đốt cháy sẽ thải ra không khí độc hại. Hàm lượng lưu huỳnh được xác định bởi các điều kiện mà than đá được hình thành. Các mỏ than có hàm lượng lưu huỳnh thấp phát triển trong môi trường nước ngọt; các mỏ có hàm lượng lưu huỳnh cao đến từ các đầm lầy nước lợ hoặc các môi trường chịu ảnh hưởng của biển.
Khi khai thác các mỏ than, có thể thấy gangue (đá mạch) than trộn lẫn trong mỏ than, và lớp gangue than cũng dày và mỏng khác nhau. Chúng tiếp xúc chặt chẽ với vỉa than và có dấu vết để theo dõi. Nhìn vào lớp gangue cũng có thể thấy rõ dấu vết của quá trình tác động và xử lý nước trên bề mặt.
Đối với sự hình thành các vỉa than dày, một số nhà khoa học cho rằng đây không phải là quá trình sinh trưởng, chết đi, tích tụ, vùi lấp tự nhiên của thực vật cổ đại mà là sự hình thành các vật liệu chứa than do nước mưa vận chuyển đến vùng trũng trong quá trình tích tụ than cổ đại. Theo thời gian dài, số lần tác động ngày càng nhiều, dẫn đến hình thành vỉa than rất dày.
Hầu hết các nhà khoa học tin rằng sự hình thành than không thể tách rời khỏi thực vật.
Về nguyên nhân hình thành của than đá, một số nhà khoa học cho rằng nếu thực vật hóa thạch thành than, chúng sẽ nhanh chóng bị chôn vùi và cách ly với không khí với tiền đề là thực vật không bị thối rữa và không bị xói mòn bởi một số lượng lớn vi khuẩn, theo đó trầm tích thực vật có thể tạo thành than.
Mặt khác, đầm lầy than bùn thuộc môi trường ăn mòn nước nông, nguồn nước lấy từ lượng mưa tự nhiên và nước ngầm, trong môi trường này, sinh trưởng, chết đi và tích tụ chỉ có thể chuyển hóa thành saprolite.
Hầu hết các nhà khoa học tin rằng sự hình thành than không thể tách rời khỏi thực vật, nhưng một số nhà khoa học đã phát hiện ra rằng than tồn tại trước khi xuất hiện thực vật có mạch.
Thực vật có mạch có niên đại 306 triệu năm, nhưng các thành tạo than được hình thành sớm nhất là 600 triệu năm trước ở Trung Quốc - Kỷ Ediacara
Các vỉa than trải dài khắp Chiết Giang, An Huy, Hồ Nam và các nơi khác, trữ lượng rất phong phú, thậm chí có thể tìm thấy những vỉa than khổng lồ dày hàng chục mét, dày hàng trăm mét, thời đó chưa có thực vật bậc cao cũng như đầm lầy than bùn trên Trái đất.
Khai thác than.
Do đó, một số nhà khoa học cho rằng than đá không phải được biến đổi từ thực vật cổ đại, các chất chứa than có thể đến từ không gian, 1,1 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang, các chất chứa than đã đến Trái đất từ không gian và hình thành các vỉa than.
Tuy nhiên, để chứng minh phỏng đoán này, các nhà khoa học này không chỉ nghiên cứu cấu trúc địa chất mà còn phải khám phá quy luật của các thiên thể, và vẫn còn một chặng đường dài phía trước.