山姆教授前面讲了土壤、金属,接下来山姆教授讲的地球宝藏是能源。
能源也是宝。可以这么说,人类利用能源的历史,也就是人类认识和征服自然的历史。
人类利用能源的历史可分为五大阶段:
(1)火的发现和利用;
(2)畜力、风力、水力等自然动力的利用;
(3)化石燃料(煤、石油等)的开发和热的利用;
(4)电的发现及开发利用;
(5)原子核能的发现及开发利用。
这一节,我们就讲讲地球的重要宝藏——煤。
人类发现煤的历史相当长,我国是世界上最早用煤作燃料的国家。远在3000多年前,我们的祖先就已开始采煤,并用这种“黑石”来取暖,烧水煮饭了。
那时候人们利用的煤多是露天煤,不需要到地下去开采。
在汉唐时代,就已经建立了手工煤炭业,煤在冶铸金属方面得到了广泛的应用。可这时,世界上的大多数国家还不知道煤是什么东西呢!
但那时候煤并不是主要的能源。18世纪前,人类只限于对风力、水力、畜力、木材等天然能源的直接利用,尤其是木材。
18世纪末,欧洲的大森林多半已被砍伐殆尽,欧洲人便从地下寻找另一种新能源——煤。蒸汽机的出现加速了18世纪开始的产业革命,促进了煤炭的大规模开采。从此,世界进入了“煤炭时代”。
煤是一种化石燃料,是古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海等地方,经过复杂的生物化学和物理化学作用和地壳长期挤压转化而成的一种具有可燃性能的沉积岩。
在显微镜下可以发现煤中有植物细胞组成的孢子、花粉等,在煤层中还可以发现植物化石,所有这些都可以证明煤是由植物遗体堆积而成的。
那么,绿油油的树枝、粗大的树干,是怎么变成黑色的像石头一样的煤呢?早在远古时代,地球上还没有人类。气候比现在也要温暖湿润得多,因而地面上到处生长着茂密高大的造煤植物。特别是在海边和内陆湖沼地带,由于这里终年积水,营养丰富,植物尤其茂盛。一开始,这些地方生长着的植物并不高大,但随着植物不断地生长和死亡,这些植物的遗体越堆越多,使得水越来越浅,养料也越来越丰富。最后,这些地方发育了高大茂密的森林。
森林一批批生长,又一批批地死亡。经过许多次的不断反复之后,植物遗体在这些地方越堆越多。在细菌的作用下,植物的遗体最终变成一种黑褐色或褐色的淤泥状物质——泥炭,它是煤即将形成的前奏。
在浅海和内陆湖沼,由于地壳下降,泥炭层会被陆地上的河流带来的泥沙掩埋,而且随着地壳的不断下降,覆盖在泥炭层上的泥沙会越来越厚,泥炭层会被掩埋得越来越深。这些被掩埋的植物遗体,经过长期的高温高压和细菌的作用,形成了褐煤。
褐煤在高温高压下,将继续失去水分和挥发水分,碳会进一步增加,慢慢地变成了烟煤;烟煤进一步变化,最后变成了无烟煤。无烟煤的发热量最高,烧起来火力很强,烟尘很少,燃烧后灰渣也不多,是一种很好的燃料。
所以说,只有大量的植物是不够的,适当的、有节奏的地壳运动也是煤形成的一个必要前提。
经过化学加工,从煤炭中能制造出成千上万种化学产品,所以它是一种非常重要的化工原料。煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等,这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。
无论是重工业,还是轻工业;无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业,还是轻纺工业、食品工业、交通运输业,煤都发挥着重要的作用,各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭,因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。
火力发电厂的主要燃料也是煤,现在有风力发电、水电和核电,但火力发电仍然占我国用电的一大部分。现在火车的燃料都是柴油和汽油,过去也是烧煤,并配备填煤的师傅。