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大家都知道煤炭是重要能源,大部分人觉得煤田就是地表下那些黑乎乎的层,从古代植物埋藏变来的。

但如果你听说过一个超级大的地下煤田,面积能顶上中国国土四分之一,还藏得特别深,那你可能会想,这玩意儿到底咋回事,是不是也从植物来的?

其实这个所谓的煤田不是传统意义上的煤炭,而是地球地幔里的碳富集区。它不是煤,而是碳元素集中起来的矿物层,来源跟植物没直接关系,主要靠地球内部的碳循环过程。

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先说说世界上公认的最大煤田。传统煤田是指地壳里那些由古代植物遗骸转化成的煤炭储藏区。

美国东北部的阿巴拉契亚煤田算得上规模最大的一个,它横跨好几个州,总面积大约18万平方公里。

这地方从宾夕法尼亚州到阿拉巴马州,拉得老长,全长超过1200公里,宽度50到300公里不等。煤炭储量惊人,总量估计3160亿吨左右,可采的部分也有500亿吨。

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从18世纪中叶开始挖,到现在挖了快300年,每年还能出产4亿吨煤。这煤田帮美国工业发展立了大功,支撑钢铁、电力和化工产业。它的煤层稳定,厚度500到900米,采起来相对容易,主要用露天法,设备先进,矿工风险低。

美国在采矿技术上领先,探测仪能看清地下百米煤层,自动化机器多,效率高。所以这个煤田是全球能源基地之一,提供优质煤,推动经济发展。

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但这个阿巴拉契亚煤田面积才18万平方公里,中国国土960万平方公里,四分之一是240万平方公里,它远没那么大。那标题里的最大煤田指啥?其实是地幔里的一个巨大碳储藏区。

地幔是地球从地壳下面到地核上面的那层,厚度2900公里,占地球体积80%。这里碳元素多,主要以矿物形式存在,不是煤块。科学家通过地震波数据和实验室模拟,发现下地幔有个异常区,碳含量高,体积庞大。

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这个区厚度约1000公里,横跨几千公里,表面投影面积能到几百万平方公里,差不多中国国土四分之一大小。它位于非洲大陆下面,向南美方向延伸。

碳在这里不是从植物直接来,而是地球碳循环的结果。简单说,海底板块下沉带走碳酸盐沉积物,到地幔高温高压下分解,释放二氧化碳,溶进岩浆,形成碳酸岩或矿物堆积。

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为什么说不是植物形成的?传统煤是石炭纪时期热带雨林植物死后埋藏,在压力和热下变质成的褐煤、烟煤啥的。

那是有机碳,从生物来。但地幔碳更多是无机碳,从地球形成初期就有的,加上板块运动带下去的碳酸盐

碳酸盐是海底石头里的钙镁碳化合物,不是植物残渣。板块俯冲时,这些东西下沉,地幔温度1000到1500摄氏度,压力巨大,碳酸盐裂解,二氧化碳融进熔岩,冷却成菱铁矿、菱镁矿等含碳矿物。这些矿物聚集成层,形成富碳区。

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地幔对流推动这个过程,热物质上升,冷物质下沉,带碳循环。万有引力和板块拖拽力也帮忙,拖拽力是引力的6到8倍,主宰俯冲。岩石圈推动边缘下弯,像冰川移动。整个过程不靠植物,直接是地质力学和化学反应。

地幔碳储量占地球总碳90%以上,比地壳多得多。核心可能也有碳,液体外核碳含量0.3%到3%,但地幔是最大储藏库。碳在这里不均匀分布,有些地方浓缩两倍以上。科学家用高压实验模拟,挤压碳酸盐样本,看碳怎么变。

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结果显示,深层碳从俯冲带来,循环交换地表和深部。火山喷发时,碳以二氧化碳形式回大气,影响气候。地幔碳不光存着,还影响板块运动和地热。富碳区可能让岩石软化,推动对流,帮地球释放热量,维持磁场保护免辐射。

对比传统煤田,地幔这个区不是煤,没法挖。它太深,钻探最多到12公里,地幔从30公里开始。煤田是浅层资源,可开采,帮人类工业革命。但地幔碳是地球系统一部分,帮调节碳平衡。

过多碳进大气变温室气体,地幔吸碳帮稳定气候。过去亿万年,海陆变迁,植物碳埋藏成煤,但更多碳通过俯冲进深层。北美石炭纪雨林帮形成阿巴拉契亚煤田,但全球碳循环更广,涉及无机过程。

这个大碳区怎么发现?靠地震波。波速慢的地方密度低,可能富碳矿物。模型显示,这个区绵延数千公里,厚1000公里,面积投影240万平方公里左右。比阿巴拉契亚大多了,但不是煤田,叫碳富层。

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科学家估算,地幔碳总量几万亿吨,远超地表煤。核心碳也多,但不确定。碳从哪里来?地球形成时气体捕获,加上陨石带入,后来生物固定碳,但深层主要是原始碳和循环碳。植物碳主要在地壳煤和石油里,地幔碳从碳酸盐岩来,海水沉淀的。

不是植物形成的证据:煤有植物化石痕迹,地幔矿物没。煤有机,地幔碳无机为主。形成时间不同,三亿年前,地幔碳从地球诞生。实验室把碳酸盐放高压,变菱铁矿,没植物参与。

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碳循环平衡重要,过多表面碳乱气候。地幔吸碳帮稳。未来研究钻深探,解更多谜。

总之,这个地下巨型“煤田”其实是地幔碳富区,面积大,来源靠循环,不是植物。