早期地球大气层氧气含量很低,二氧化碳含量很高。自从蒸汽机时代以来,大规模燃烧煤和石油,二氧化碳的含量仅仅翻倍而已,远不到0.1%。石油的形成历史远比煤炭古老,石油是由古代浮游生物遗骸(主要形成油型干酪根)形成的,而浮游动、植物出现的远比陆地维管束植物(主要形成煤型干酪根)早,凭借大量浮游植物疯狂的光合作用能力(不到24小时细胞数就能翻倍),只要其它营养盐允许,完全可以闪电般瞬间固定掉早期大气层中的大部分二氧化碳,石油的实际储量很可能比煤还多。


问题的描述基本都没有错,唯独最后一句的结论「石油的实际储量很可能比煤还多」有问题。

即我们并不知道地球上的石油和煤炭到底有多少,也不知道到底是石油更多,还是煤更多。

因为这两个问题对于实际勘探石油和煤炭没有多大价值,所以基本没有人去严肃的考虑它们。

既然要放眼30多亿年的生物演化史来看待油气和煤炭的形成与储存,

那么就必须将地质运动的破坏作用纳入考虑范畴。

何意?

举几个例子,比如加拿大油砂。

这些油砂储存在上白垩系McMurray组砂岩地层里,与地表之间只有几米的表土。

所谓油砂,实际上就是原本位于地下较深处的砂岩地层被灌满了更古老的(注1)原油,然后被地质运动带到了地表。

西加拿大沉积盆地的简单示意剖面,引自【1】

(注1:加拿大油砂的烃源仍有争议,多数学者认为是源自古老泥盆纪-石炭纪沉积的海相地层)

假如我们将时钟向后拨一千万年,那时会怎样?

太平洋向北美大陆的俯冲依旧如故,洛基山继续抬升,加拿大地盾整体继续发生缓慢抬升,

是不是有可能使目前富含油砂的白垩系地层彻底被风化殆尽,连同其中的油砂一起消失在历史里?

这是很有可能的,毕竟整个西加拿大盆地就是一个小小的前陆盆地,而目前的油砂暴露位置处在前陆盆地的斜坡带边缘,随著挠曲作用的继续发展,它是有可能被风化掉的。

西加拿大盆地的地质图,出自【2】

不仅如此,这些油砂本身就已经是经历了高度生物降解之后的原油残留——富含重油和沥青。假以时日,各种物理、化学和生物的破坏就会让这些油砂中的烃类物质消散掉,以二氧化碳的形式重新加入碳循环。

一处白垩系砂岩地层露头,下部含有原油,这是地下的砂岩油藏抬升破坏的结果。

第二个例子,来自新疆克拉玛依,我又要拿黑油山说事了。

这是地下油气沿著天然裂缝上涌,流出地面的现象,通常会在地表形成所谓的沥青湖。

本质上,这也是地下深处油气系统受到的一种破坏。

与之类似的是世界各地的泥火山。

喷发气体和泥浆的泥火山,气体通常含烃可燃。

(BBC纪录片的画面 https://www.bilibili.com/video/av507083/?p=2 )


所以,地下的油气是有寿命的。

太过古老年代产生的油气系统,一般都会受到地质运动的严重破坏,轻者重返地表,油气在此过程里发生转移或散失;重者要么被岩浆烧毁,要么变回二氧化碳重返大气。

石油工作者在国内很多山地及丘陵都发现了古老的、靠近地表的、油气散失殆尽的古油藏,那些裂缝、层面和孔隙里依然残存的沥青则无声诉说著它们富含油气的过往。

张家界大坪地区的震旦系灯影组古油藏,引自【3】

如果在知网使用「古油藏」进行搜索,你会发现,在青藏高原、云贵高原、湘鄂山区、甚至鄂尔多斯的山地里,都找到了大量的古油藏。


回到问题本身,「是不是大部分煤和石油没被发现」?

它的答案很骑墙:既是,也不是。

「是」的层面,表达在已知的含油气盆地里,仍然有很大的油气勘探空间,石油工作者每年都会提交大量的新增储量——虽然越来越难找了,但总归还是有的。

「不是」的层面,表达的是纵然地球生命历史非常漫长,曾有大量的有机质形成并被埋藏进地层里生成油气,但是油藏本身处在持续的地质运动过程里,它经常会因为地质运动而遭受破坏,其内的油气发生转移或者遭到破坏,油气被岩浆烧毁,或者转变为二氧化碳重返大气。从这个意义上,很多人们想像中「茫茫多的油气」实际上早就受到了破坏,变成你吸进肺里的那点二氧化碳、你吃进肚子里的猪肉白菜炖粉条子。

来,干了这碗猪肉白菜炖粉条子

煤炭与油气类似,唯一不同的在于油气是流体,受到破坏时会溜走。

煤炭就要乖宝宝许多,受到破坏,那就破坏到底了呗……

煤田自燃,煤炭受到破坏的一个重要方式。

感谢阅读。

参考文献:

【1】Zhou, S., Huang, H., Liu, Y. (2008). Biodegradation and origin of oil sands in the Western Canada Sedimentary Basin. Petroleum Science, 5(2), 87–94. doi:10.1007/s12182-008-0015-3

【2】http://www.researchgate.net/figure/266596492_fig1_Figure-1-Geology-of-the-Alberta-Basin-and-study-regions-blue-Saline-Aquifer-Mapping

【3】刘安, 欧文佳, 危凯, et al. 张家界大坪镇灯影组古油藏特征及天然气勘探意义[J]. 地质学报, 2017(8).


题主问本质上的是一个碳循环的问题。地球上的碳是在有机碳和二氧化碳之间转换的,原本二氧化碳这么多,怎么现在二氧化碳和有机碳都不多了?是不是大部分有机碳还以矿藏的形式没有发现? 这个问题不引入碳酸盐和洋壳俯冲的概念是没有办法根本性解释的。另外洋壳俯冲以后跟氧气隔绝,很多碳仍然以有机形式存在。

自从植物出现后,地球大气呈现出强氧化性,碳单质和碳氢化合物形式的碳元素只要接触到空气就迅速(地质时间尺度)地被化学或生物过程破坏,碳的主要固定方式不再是单质和碳氢化合物,而是氧化后的产物碳酸根。

这些碳元素与钙镁和其他金属元素结合,不但形成云贵的喀斯特地貌,而且有大量形成于海洋之中,或在陆地上形成又随著大河沉积到海底。

这些海底的沉积物,包括可能有的煤矿和油藏,又有一部分随著俯冲的洋壳回归地球内部。

参见以下研究:http://html.rhhz.net/bmpg/html/20170201.htm 张立飞, 陶仁彪, 朱建江. 2017. 俯冲带深部碳循环:问题与探讨. 矿物岩石地球化学通报, 36(2): 185-196,作者提到:「Burton等 (2013)总结了新生代以来已知所有的火山岩碳释放通量,认为不同源区的岩浆作用的碳释放量5.4×10? g只占俯冲进入地球深部碳总量(5.4~8.8)×1013 g的很小一部分。由此认为地球系统新生代以来俯冲进入地幔的碳基本都被保留在地幔中,且地幔中碳含量是逐渐增加的。「 引用Burton M R, Sawyer G M, Granieri D. 2013. Deep carbon emissions from volcanoes. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 75(1): 323–354


@Serena Yu 感觉这个问题不只应该从碳去哪里了考虑,还应该从氧气从哪里来考虑。现有大气层中的氧气如果全部由二氧化碳以及水分解而来,那么生成的有机物应该在几百万亿吨量级。而现有探明的储量,煤、石油、天然气、可燃冰加起来,不同报道虽然数据差别很大,但都在几万亿吨量级,这里还差了整整两个量级。

@云舞空城 云大的回答信息量很大,但总的来说似乎是说「破坏掉了」。但这么大量的有机物,破坏掉了总要有个去向,「以二氧化碳的形式重新加入碳循环」是个含糊的说法,如果这里面有一半在大气中的话,大气的二氧化碳就要翻几十翻了吧。如果剩下一半最终有变成了 有机物,无论是什么形式,量都还是比现在的探明储量大几十倍。

难道会埋入地幔深处?


还低陆地都还有很大一部分石油矿藏资源未发现,发现了目前技术手段无法开采的情况也有


不管是按照无机还是有机理论,现在发现的石油实在是太少了,我认为地下石油还很多,关键需要理论创新,新思路来指导


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