【小说连载】《神奇的煤炭》——“煤炭是怎样炼成的”
2019/5/16 20:30:08熊志建 中国科学院北京分院
(上接“为煤炭正名”)
“好了，小可，你能有这个认识，爷爷很欣慰。那么，接下来，我们一起来了解一下煤炭是怎么形成的吧。”刘国栋说道。
艾科学安静地坐在刘国栋的办公桌对面，等着聆听他的讲解。
“小可，煤炭的形成是一个非常复杂的过程，经历的时间也特别长。长到如果以人的寿命来度量的话，人类的生命长度完全可以忽略不计。因为这个过程至少是几千万年甚至上亿年。目前，不同的书籍对煤炭的形成可能有不同的表述，但其核心和关键论述都差不多，现在广泛地认为煤是由植物遗体经过生物、地理化学和物理化学等多种作用，经过复杂的、长期的过程，最后演变而成的。”刘国栋一面讲着，一面观察着艾科学的反应，以便随时调整自己讲授的进度和用词。
好在艾科学并没有显示出茫然的神色，相反，倒是副听得津津有味的样子。
看到艾科学的表现，刘国栋很满意，继续说道：“植物简单来说，可以分为两大类，一类是低等植物，另一类则是高等植物。低等植物主要包括菌类和藻类，突出的表现是没有根、茎、叶等器官的分化；而高等植物则不同，它们是由低等植物逐渐进化而来的，构造相对来说比较复杂，已经有了这些具体器官的分化和区别。当然，无论是低等植物，还是高等植物，最终都是煤炭形成的原料。从这一点来说，二者之间并无明显差别。”
喝了一口水，刘国栋示意艾科学也补充一点水分。随后，继续讲授道：“有了植物，这是最基本的一个条件，要想形成煤炭，还需要满足其他诸多条件，比如，适宜的气候条件，植物可以大量持续地繁殖，合适的地质场所，嗯，还有地壳的沉降运动作用等。”
“这些条件满足之后，煤炭的形成就基本上是万事俱备，只欠东风了。这个东风是什么呢？”刘国栋鼓励地看着艾科学，希望她可以回答下。当然，如果艾科学回答不出来，也是可以理解的。毕竟她还只是一个小学二年级的学生。
不过，出乎刘国栋的意料，艾科学没有过多地思考，便回答道：“爷爷，我知道，这个东风指的就是时间，漫长的时间，您之前说过的。”刘国栋赞许地看了看艾科学，越发喜欢这个小姑娘了。
“小可，不错，你说得很对，就是时间。漫长的时间，是煤炭形成的必须条件。如果要将这段时间分成几个阶段的话，现在一般是分成两个阶段，第一个阶段是泥炭化阶段，或者也叫腐泥化阶段；第二个阶段则是煤化作用阶段。”刘国栋说道。
“那么，这两个阶段，植物在各种复杂的作用下，会发生什么变化呢？”艾科学突然提出了一个问题。
“问得好，小可这说明你已经进入了科学的世界了。”刘国栋不失时机地表扬道。
“要想知道在这两个阶段中，植物发生了什么变化，那么，我们首先要弄清楚植物的组成成分究竟是什么?”刘国栋一面说着，一面起身从橱窗里拿出了第二张图片。“小可，你看，植物的组成成分基本上可以归结为四个方面，即碳水化合物、木质素、蛋白质和脂类化合物。其中，碳水化合物又包括纤维素、半纤维素及果胶质，脂类化合物则包含脂肪、蜡质、树脂、角质和木栓质等，”顿了顿，他继续说道：“这具体的概念，小可你暂时不需要弄懂，等你到了初中，你们应该会开设一门“植物学”的课程，到时会讲得特别清楚和细致。我们现在要知道的就是，植物在两个成煤阶段中发生的变化，最终其实都是这四种成分在不断发生变化就行。”
将手中的图片递给艾科学，刘国栋继续说道：“在植物形成煤炭的第一个阶段，也就是我们刚才讲到的泥炭化阶段，植物——特别是高等植物在微生物作用下，首先要分解、水解为性质较活泼的化合物，然后这些化合物之间进一步相互作用，合成新的比较稳定的有机化合物，例如腐殖酸、沥青质等。需要指出的是，在这一阶段中还可以进一步细分为多氧条件和缺氧条件两个不同的过程，”顿了顿，他继续说道：“经过泥炭化阶段,植物组织的器官，就像我们之前提到的，如根、茎、叶等基本消失，形成了颗粒比较细小，含水量很大，整体呈胶泥状的泥炭。泥炭就这样产生了。同时，植物的组成成分也将发生很大的变化，原先大量存在的纤维素和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质则基本消失，而植物中原本并不存在的腐殖酸却大量增加，并成为泥炭最主要的成分之一，据测算，这一比例通常可以达到40%以上。”
“那么，第二阶段呢?在更靠近煤炭形成的进程中，又会发生哪些变化呢?”艾科学问道。
“煤化作用这个阶段，其实也暗含了两个过程。一个是成岩作用的过程，另一个则是变质作用的过程。在第一一个过程中，刚刚形成的泥炭，在沼泽中一层一层地堆积，不断堆积，越积越厚。此时，当地壳下降速度较大时，泥炭将被泥沙等覆盖。在这些沉积物的压力作用下，泥炭将会发生一系列变化，慢慢地，微生物的作用逐渐消失，取而代之的，则是缓慢的物理化学作用。时间到了一定程度之后，泥炭就逐渐变成了褐煤。”刘国栋拿起桌子上的杯子，停了下来，准备喝口水，润润嗓子。
“褐煤？爷爷，难道说这个时候，煤炭就已经形成了吗?“艾科学兴奋地问道。毕竟让她这么小的年纪，听了半天理论，为的就是知晓煤炭是如何形成的。现在听到刘国栋好不容易说到了“褐煤”这个名词，艾科学又如何能够不兴奋呢?
刘国栋慈爱地看着艾科学，心里暗暗说道，真是难为这个小姑娘了。
”是啊，小可，你说得很对，单从物质本身来看，此时煤炭可以说形成了。”刘国栋说道。
“可是，爷爷，既然媒炭已经形成了，那为什么还要经历您说的另一个过程?”艾科学颇有些打破砂锅问到底的意思。
“哈哈，小可，你可算是谈到本质上了。虽然经过成岩作用，泥炭最终变成了褐煤。但是，从煤炭本身的质量来看，这是品质最低的一种。此时，当形成的褐煤继续沉降，一直沉降到地壳较深处时，褐煤中的物理化学作用开始大显神威，经过变质作用这个阶段，褐煤就会逐渐转变成为烟煤，这一过程如果继续下去，烟煤最终就会变成无烟煤。”刘国栋笑着说道。
“哇，好神奇，就好像动画片里的孙悟空一样，煤炭还能这么变化多端呢。”艾科学高兴得差点跳了起来。”可是，爷爷，您说的我基本都清楚了。但是，您这仅仅是一个讲道理的过程。我现在有一点不明白，如果我的面前放着很多块煤炭，我又怎么能够准确地分辨出它们究竟是属于哪一种呢?”艾科学又有了新的问题。
“嗯，小可，你真是一个聪明的子。你说的这种情况确实存在。刚才爷爷是按照时间的变化，简单地讲解了煤炭形成的过程。这仅仅是一种理论上的阐述。岁月的车轮浪湖向前，现在，造物主已经为我们准备齐了各种煤炭资源，当然，在岁月的长河中，此时此刻，爷爷刚才讲到的过程，肯定还在继续发挥作用。但是，就你提出的问题，我现在就可以明确地回答你。”刘国栋态度肯定地说道。
“那是什么?爷爷，您快说，不要卖关子了，真是急死我了。”艾科学着急地站了起来，跑到刘国栋身边，亲昵地搂着他的手臂说道。
“哈哈，小可，不要着急，要想做一名合格的科学家，遇事不骄不躁，可是一项很重要的素质啊。就是到了这个时候，刘国栋仍旧不忘随时对艾科学进行教育。
(待续)
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《神奇的煤炭—科学好好玩》
本书借由小主角艾科学的视角，从当前社会关注的雾霾热点出发，展开故事长卷，在叙述中将科普工作的理念潜移默化地贯穿于全文中。本书着重围绕如何科学的认识煤炭来进行故事创作，以一种易被接受的方式，进行煤炭知识的科学普及。作者在创作中融入了科技、文学、童话、幻想等元素，目的是希望全社会能真正重视科学普及，共同做好科普工作。
作者简介
熊志建，男，汉族，中国科学院山西煤炭化学研究所所长助理、高级工程师、硕士生导师，拥有国家咨询(投资)工程师、全国投资建设项目管理师、注册安全工程师等资质。主要从事有关能源、化工(特别是煤化工)、环境等领域中的过程优化、系统集成、战略研究、项目咨询、科学传播等工作。先后主持、承担或参与国家、中科院、山西省以及地方政府各类课题60余项。作者具有深厚的文学功底，又在相关科研领域工作多年，具备了将复杂科学知识通俗化的潜质，现在研究所分管包括科学普及在内的科学传播等工作。
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