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烟煤： 烟煤通常是带状的沉积岩。在这张照片中，您可以看到明亮而暗淡的煤带在整个样本上水平定向。亮带是保存完好的木质材料，例如树枝或茎。钝化带可能包含通过溪流冲入沼泽的矿物材料，沼泽中火灾产生的木炭或降解的植物材料。该标本跨度约为三英寸（7.5厘米）。图片由西弗吉尼亚州地质与经济调查局提供。
什么是煤炭？
煤是一种有机沉积岩，通常在沼泽环境中由植物材料的积累和保存形成。煤炭是可燃的岩石，与石油和天然气一起，是三种最重要的化石燃料之一。煤炭用途广泛。最重要的用途是发电。
煤形成环境： 沼泽的通用图，显示水深，保存条件，植物类型和植物生产力在沼泽的不同部分如何变化。这些变化将产生不同类型的煤炭。图片由西弗吉尼亚州地质与经济调查局提供。
泥炭： 最近堆积的部分碳化的植物碎片。这种材料正在变成煤炭，但是它的植物残渣来源仍然很容易辨认。
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煤如何形成？
通常在沼泽环境中，煤是由植物残渣的积累形成的。当植物死亡并掉入沼泽中时，沼泽中的死水可以保护植物免于腐烂。沼泽水通常缺乏氧气，氧气会与植物残渣反应并导致其腐烂。氧气的缺乏使植物残渣得以保留。另外，可能在陆地上消耗植物残骸的昆虫和其他生物在缺氧的环境下在水下不能很好地生存。
为了形成产生煤层所需的厚厚的植物残渣层，植物残渣的积累速率必须大于腐烂率。一旦形成厚厚的植物残渣层，就必须将其掩埋在泥土或沙子等沉积物中。这些通常被洪水冲入沼泽。这些材料的重量压紧了植物碎屑，并有助于将其转化为煤。大约十英尺的植物残渣会压缩成仅一英尺的煤。
植物碎屑堆积非常缓慢。因此，积聚十英尺的植物碎片将需要很长时间。形成5英尺厚的煤层所需的50英尺植物残骸需要数千年的积累。在那段长时间内，沼泽的水位必须保持稳定。如果水变得太深，沼泽的植物将淹死，而如果不保持水的覆盖，植物的残骸将会腐烂。为了形成煤层，必须长时间保持理想水深的理想条件。
如果您是一个精明的读者，您可能会想知道：“五十英尺深的植物残渣如何堆积在只有几英尺深的水中？”这个问题的答案是煤层形成是非常不寻常的现象的主要原因。它只能在以下两种情况之一下发生：1）上升的水位与植物残渣积累的速度完全保持一致；或者，2）与植物残渣积累速率完全保持一致的沉降景观。大多数煤层被认为是在三角洲环境中在条件2下形成的。在三角洲上，大量的河流沉积物沉积在小面积的地壳上，这些沉积物的重量导致沉降。
为了形成一个煤层，必须在很长一段时间内保持这种完美平衡的景观上，要有植物残渣积累的完美条件和沉降的完美条件。很容易理解，为什么在整个地球历史上仅发生了几次成煤条件。煤的形成需要高度不可能发生的事件的巧合。
无烟煤： 无烟煤是煤炭的最高等级。它具有明亮的光泽，并因半贝壳状断裂而断裂。
什么是煤炭“等级”？
与构成其他岩石的矿物材料相比，植物碎片是一种易碎的材料。由于植物残骸暴露在埋葬的热量和压力下，其成分和性质都会发生变化。煤的“等级”是对已发生多少变化的度量。有时，术语“有机变质”用于此更改。
根据成分和性质，将煤分配给与其有机变质水平相对应的等级进展。下表汇总了基本排名的进展情况。
褐煤： 煤炭的最低等级是“褐煤”。它是被压缩，脱水和石化成岩石的泥炭。它通常包含可识别的植物结构。
煤炭有什么用途？
在美国，电力生产是煤炭的主要用途。美国开采的大部分煤炭都被运送到发电厂，粉碎成很小的颗粒，然后燃烧。燃烧的煤产生的热量被用来产生蒸汽，而蒸汽又使发电机产生电能。美国消耗的大部分电力是通过燃烧煤炭产生的。
燃煤电厂： 煤炭被燃烧发电的能源厂的照片。三个大烟囱是冷却塔，在发电过程中使用的水在重新使用或释放到环境之前先被冷却。从最右边的烟囱流出的排放物是水蒸气。燃烧煤炭产生的燃烧产物被释放到右侧的高而薄的烟囱中。在该烟囱中有多种化学吸附剂，用于吸收燃烧过程中产生的污染气体。图片版权iStockphoto / Michael Utech。
煤炭还有许多其他用途。它用作制造过程的热源。例如，砖和水泥是在通过喷粉燃烧而加热的窑炉中生产的。煤炭也被用作工厂的动力来源。在那里，它用来加热蒸汽，而蒸汽则用来驱动机械设备。几十年前，大多数煤炭用于空间供暖。仍然以这种方式使用一些煤炭，但是现在使用其他燃料和煤炭生产的电力。
焦炭生产仍然是煤炭的重要用途。焦炭是通过在没有空气的情况下在受控条件下加热煤来生产的。这驱除了一些挥发性物质并浓缩了碳含量。焦炭然后用作高碳燃料，用于金属加工以及需要特别热燃烧火焰的其他用途。
煤炭也用于制造。如果加热煤，则产生的气体，焦油和残留物可用于许多制造过程。塑料，屋顶材料，油毡，合成橡胶，杀虫剂，油漆产品，药品，溶剂和合成纤维都包括一些煤衍生的化合物。煤炭也可以转化为液体和气体燃料。但是，这些煤的用途主要是实验性的，并且规模较小。