Nếu than thực sự được tạo thành từ thực vật, thì cần bao nhiêu thực vật chết để tạo thành một vỉa than dày 900 mét?

Cao nguyên Appalachian ở miền Đông Hoa Kỳ là mỏ than lớn nhất thế giới. Các vỉa than ở đây dày tới 900 mét. Toàn bộ mỏ than dài từ 1.200 đến 1.250 km và rộng từ 50 đến 300 km, bao phủ một diện tích khoảng 180.000 km².

Nhưng câu hỏi ở đây là: nếu than thực sự được tạo thành từ thực vật, thì làm sao chúng ta có thể giải thích được những vỉa than dày tới 900 mét? Cần bao nhiêu cây cối chết để tạo thành một vỉa than dày như vậy?

Theo các nhà địa chất, sự hình thành than đá là một "dự án chuyển đổi sinh khối" lâu dài, cốt lõi của dự án này là quá trình thực vật cổ đại dần dần chuyển hóa thành nhiên liệu đen thông qua các lớp hoạt động địa chất.

Hơn 300 triệu năm trước, trong thời kỳ Than đá và Permi, các lục địa của Trái đất rải rác những khu rừng đầm lầy khổng lồ, nơi sinh sống của những cây vảy cao 30 mét, cây phong và cây dương xỉ rậm rạp.

Khi những cây này chết đi, chúng sẽ rơi xuống vùng nước nông của đầm lầy. Đầm lầy đặc biệt ở chỗ lớp nước của nó có thể cô lập oxy, khiến các vi sinh vật phân hủy thực vật khó hoạt động.

Thông thường, sau khi cây chết, nó sẽ bị phân hủy hoàn toàn thành carbon dioxide và nước bởi vi sinh vật, nhưng trong đầm lầy, quá trình này bị gián đoạn. Vi sinh vật chỉ có thể phân hủy một phần các thành phần dễ hỏng của cây, để lại các cấu trúc cứng còn lại như lignin và cellulose, như thể chúng được "bảo quản" và tích tụ từng lớp một.

Trải qua hàng trăm, hàng ngàn năm, những mảnh vụn thực vật phân hủy một phần này ngày càng dày lên, tạo thành một lớp than bùn xốp. Đây là bước đầu tiên trong quá trình hình thành than đá, mà chúng ta gọi là "giai đoạn than bùn".

Tuy nhiên, than bùn không phải là dạng cuối cùng của than đá. Để trở thành than đá, than bùn phải được Trái Đất "ép" và "nung nóng". Khi vỏ Trái Đất dịch chuyển, đầm lầy có thể dần dần lắng xuống, và lớp than bùn có thể bị bao phủ bởi các trầm tích như bùn, cát và đá.

Theo thời gian, từng lớp trầm tích đè lên than bùn như một tấm chăn dày. Khi áp lực tăng lên, nước và các thành phần dễ bay hơi trong than bùn bị ép ra ngoài, mật độ than bùn tăng dần và hàm lượng carbon cũng tăng dần.

Ở giai đoạn này, than bùn chuyển thành than non, một loại than mềm hơn, có màu nâu nâu, là điểm khởi đầu của quá trình than hóa.

Nếu hoạt động địa chất tiếp tục, trầm tích sẽ tích tụ dày hơn và nhiệt độ dưới lòng đất sẽ tăng theo độ sâu. Dưới tác động liên tục của nhiệt độ và áp suất, tạp chất trong than non sẽ tiếp tục bị đẩy ra ngoài, và hàm lượng carbon sẽ tiếp tục tăng.

Khi nhiệt độ đạt khoảng 100°C, than non chuyển thành than bitum, loại than phổ biến nhất. Loại than này tạo ra rất nhiều khói khi đốt và có hàm lượng carbon từ 70% đến 90%.

Nếu nhiệt độ và áp suất dưới lòng đất tiếp tục tăng, ví dụ trên 200°C, than bitum sẽ tiếp tục được "tinh chế" và cuối cùng trở thành than anthracite. Loại than này hầu như không chứa độ ẩm và chất dễ bay hơi, và hàm lượng carbon của nó vượt quá 90%. Khi cháy, nó tạo ra ngọn lửa nhỏ và ít khói, nhưng ngọn lửa lại cô đặc hơn, khiến nó trở thành loại than tốt nhất.

Đây là quá trình hình thành than đá. Nghe có vẻ đơn giản, nhưng thực chất đây là một quá trình địa chất cực kỳ dài, có thể mất hàng triệu, thậm chí hàng chục triệu năm.

Quay lại câu hỏi ban đầu, nếu bạn muốn tạo ra một vỉa than dày tới 900 mét, điều này không chỉ mất nhiều thời gian mà còn đòi hỏi thời gian và địa điểm đặc biệt!

Các nhà khoa học đã tiến hành mô phỏng và phát hiện ra rằng nếu than bùn được giữ ở nhiệt độ 100°C và áp suất 100 MPa trong 1 triệu năm, thể tích của nó sẽ giảm xuống còn một phần mười kích thước ban đầu. Điều này có nghĩa là để hình thành một vỉa than dày 1 mét, các trầm tích thực vật ban đầu phải dày 10 mét.

Dựa trên phép tính này, độ dày của các trầm tích thực vật tương ứng với một vỉa than dày 900 mét phải đạt tới 9.000 mét, cao hơn đỉnh Everest, đỉnh núi cao nhất thế giới với độ cao 8.848,86 mét.

Sự tích tụ thực vật ở quy mô này là không thể tái tạo trong môi trường tự nhiên hiện đại. Môi trường đặc thù của kỷ Than Đá đã cung cấp ba điều kiện cần thiết cho sự hình thành than đá: nồng độ carbon dioxide cao (nồng độ CO₂ trong khí quyển cao gấp sáu lần so với ngày nay), thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thực vật, các chuyển động vỏ Trái Đất thường xuyên tạo thành các bồn trầm tích, và sự thiếu hụt các vi sinh vật có khả năng phân hủy lignin.

Khi những điều kiện này biến mất vào cuối kỷ Permi do hoạt động núi lửa và biến đổi khí hậu, thời kỳ hình thành than đá trên quy mô lớn của Trái Đất đã kết thúc.

Do đó, vỉa than dày 900 mét là sản phẩm của một giai đoạn lịch sử địa chất đặc biệt. Nó chỉ được hình thành từ kỷ Than Đá đến kỷ Permi. Quá trình này không thể lặp lại, vì vậy chúng ta nói rằng than đá là nguồn năng lượng không tái tạo.