Than đá hình thành từ rừng cổ ra sao: vỉa than Quảng Ninh, than bùn U Minh

Than đá là xác cây cối của những khu rừng đầm lầy cổ, bị vùi dưới bùn trước khi kịp mục, rồi bị đất đá đè và hơi nóng trong lòng đất nén dần qua hàng chục, hàng trăm triệu năm. Than ở Quảng Ninh, vùng mỏ lớn nhất Việt Nam, chủ yếu là than antraxit, hình thành từ thực vật sống vào cuối kỷ Trias, cách nay khoảng hai trăm triệu năm, còn sớm hơn cả thời nhiều loài khủng long nổi tiếng.

Bắt đầu từ một khu rừng ngập nước

Bình thường, cây chết đổ xuống sẽ bị nấm, vi khuẩn, mối, giun phân huỷ. Gỗ mục dần và gần như biến mất sau vài chục năm. Than chỉ hình thành khi chuỗi phân huỷ ấy bị chặn lại.

Điều đó xảy ra ở đầm lầy. Nước đọng che kín lá cành rụng, làm thiếu oxy. Vi sinh vật cần oxy không sống nổi, nên xác thực vật cứ thế chồng lên năm này qua năm khác thành một lớp xốp màu nâu gọi là than bùn. Muốn có than đá, lớp than bùn ấy phải tiếp tục bị lún xuống, bị cát và bùn từ sông đổ về phủ lên, rồi bị vùi ngày càng sâu.

Bốn bậc của than: càng sâu càng đen, càng nhiều carbon

Càng xuống sâu, sức nén và nhiệt độ càng tăng. Nước và các chất khí bị ép ra ngoài, phần còn lại ngày càng giàu carbon.

Bậc	Trông thế nào	Lượng carbon (gần đúng)	Khi đốt
Than bùn	Nâu, xốp, còn thấy rõ sợi rễ, mẩu lá	Dưới khoảng 60%	Nhiều khói, ít nhiệt
Than nâu (lignit)	Nâu sẫm, mềm, có khi còn vân gỗ	Khoảng 60–70%	Khói nhiều, nhiệt vừa
Than đá (bitum)	Đen, có lớp, hơi bóng	Khoảng 75–90%	Nhiệt cao, dùng luyện than cốc
Than antraxit	Đen bóng ánh kim, cứng, sạch tay	Trên khoảng 90%	Ít khói, nhiệt rất cao

Quá trình này rất chậm và tốn "nguyên liệu". Các nhà địa chất thường ước tính phải cần nhiều mét than bùn, có thể từ khoảng năm tới mười mét, mới ép ra được một mét than đá. Một vỉa than dày vài mét ở Quảng Ninh nghĩa là nơi đó từng có rừng đầm lầy sống và chết liên tục qua rất nhiều nghìn năm.

Kỷ Than đá: thời của những cây khổng lồ không có hoa

Phần lớn than đá ở châu Âu và Bắc Mỹ hình thành trong một giai đoạn được đặt tên luôn theo nó: kỷ Than đá, kéo dài từ khoảng 359 tới 299 triệu năm trước. Khi ấy chưa có cây ra hoa, cũng chưa có cỏ. Rừng là dương xỉ thân gỗ, cây mộc tặc cao như nhà nhiều tầng, và những cây vảy (lepidodendron) thân phủ vảy hình thoi, cao tới vài chục mét.

Vì sao thời ấy lại để lại nhiều than như vậy? Một giả thuyết từng nổi tiếng cho rằng khi đó chưa có loài nấm nào phân huỷ được chất gỗ. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu gần đây cho rằng nguyên nhân chính là địa lý: khi ấy có những vùng đất thấp rộng mênh mông, ẩm ướt, đang lún dần, rất hợp cho đầm lầy. Vấn đề này vẫn còn tranh luận.

Vỉa than Quảng Ninh: rừng cổ dưới chân Hạ Long

Bể than Quảng Ninh trải dài từ vùng Đông Triều, Mạo Khê, Uông Bí, qua Hòn Gai (Hạ Long) tới Cẩm Phả. Đây là vùng cung cấp phần lớn than của cả nước.

Than ở đây già hơn người ta tưởng

Than Quảng Ninh không thuộc kỷ Than đá mà hình thành muộn hơn, vào cuối kỷ Trias, khoảng hơn hai trăm triệu năm trước. Trong các lớp đá kẹp giữa vỉa than, các nhà cổ sinh vật đã tìm thấy nhiều dấu lá hoá đá của dương xỉ, cây tuế và các cây hạt trần cổ. Chúng là những "tấm ảnh chụp" khu rừng đã biến thành than.

Vì sao than Quảng Ninh là antraxit

Sau khi hình thành, vùng này bị uốn nếp, nâng lên, nén mạnh trong những lần vỏ Trái Đất chuyển động. Sức ép và nhiệt độ ấy đẩy than lên bậc cao nhất: antraxit, đen bóng, nhiều carbon. Vì vậy than Quảng Ninh cháy cho nhiệt cao, ít khói, từng được xuất khẩu đi nhiều nước.

Lộ thiên và hầm lò

Ở Cẩm Phả có những moong lộ thiên lớn như Cọc Sáu, Đèo Nai, Cao Sơn: người ta bóc từng tầng đất đá phủ bên trên để lộ vỉa than, tạo thành những hố khổng lồ nhiều bậc. Ở nhiều nơi khác, vỉa than nằm sâu, thợ mỏ phải đào đường lò xuống dưới đất hàng trăm mét. Than được khai thác ở Quảng Ninh từ cuối thế kỷ 19.

Nghề thợ lò vất vả và nguy hiểm. Trong vỉa than thường có khí mê-tan; khí này không màu, không mùi, trộn với không khí theo tỉ lệ nhất định thì có thể nổ. Vì thế các hầm lò có hệ thống thông gió, máy đo khí và quy định nghiêm ngặt về lửa.

Than bùn ở U Minh: một "mỏ than" đang hình thành

Muốn thấy bước đầu tiên của than ở Việt Nam, hãy nhìn về rừng U Minh ở Cà Mau và An Giang (vùng U Minh Thượng thuộc Kiên Giang cũ). Rừng tràm ngập nước ở đây nằm trên lớp than bùn dày, do lá cành tích tụ trong điều kiện ngập úng.

Than bùn khô rất dễ cháy và cháy âm ỉ dưới mặt đất. Những đợt nắng hạn kéo dài từng gây cháy rừng U Minh lớn, khi lửa lan trong lớp than bùn rất khó dập. Vì vậy người giữ rừng ở đây phải giữ mực nước trong kênh rạch vào mùa khô. Nếu để yên hàng triệu năm và bị vùi sâu, lớp than bùn này cũng có thể bắt đầu con đường thành than.

Năng lượng cất giữ từ ánh nắng cổ

Khi đốt than, nhiệt toả ra thực chất là năng lượng Mặt Trời mà cây cổ đã thu bằng quang hợp từ hàng trăm triệu năm trước. Carbon mà cây hút từ khí quyển xưa được cất trong lòng đất; đốt than là trả nó về khí quyển dưới dạng khí CO₂ chỉ trong vài giây.

Đây là lý do than được gọi là nhiên liệu hoá thạch, và là lý do nhiều nước, trong đó có Việt Nam, đang tìm cách giảm dần điện than, tăng điện gió, điện mặt trời. Ở Quảng Ninh, nhiều bãi thải đất đá mỏ cũ đã được san lại và trồng cây phủ xanh, một số mỏ được dời xa khu vực vịnh Hạ Long để giảm bụi.

Thử làm: quan sát ba bước đầu của than

Bạn không thể làm ra than ở nhà, và cũng không nên đốt thứ gì. Nhưng có thể quan sát những bước đầu tiên.

Phần 1: soi than bùn

1. Xin một nắm giá thể trồng cây có ghi "than bùn" (bán ở cửa hàng cây cảnh).
2. Rải lên tờ giấy trắng, soi bằng kính lúp. Bạn sẽ thấy sợi rễ, mẩu lá, vỏ cây chưa phân huỷ hết: đó chính là thực vật đang trên đường thành than.
3. Nhỏ nước vào, quan sát nó giữ nước như bọt biển. Rửa tay sau khi làm.

Phần 2: ép lớp lá như đầm lầy

1. Lấy một lọ thuỷ tinh hoặc chai nhựa trong đã cắt miệng (người lớn cắt giúp).
2. Xếp xen kẽ: một lớp lá khô, một lớp cát, một lớp lá, một lớp đất sét hoặc bùn, lặp lại 3–4 lần. Đánh dấu độ cao ban đầu bằng băng dính.
3. Đổ nước cho ngập, đặt lên trên một vật nặng phẳng (chồng sách bọc túi ni lông).
4. Sau 2–3 tuần, đo lại độ cao. Các lớp lá sẽ xẹp xuống rõ rệt. Hãy hình dung sức nặng của hàng trăm mét đá đè lên trong hàng triệu năm.

Phần 3: in dấu lá

Ấn một chiếc lá có gân rõ lên miếng đất sét mềm, gỡ lá ra, để khô. Dấu gân lá còn lại giống đúng những dấu lá dương xỉ mà người ta tìm thấy trong đá kẹp vỉa than Quảng Ninh.

Câu hỏi thường gặp

Than đá được hình thành như thế nào?

Than đá hình thành từ thực vật ở đầm lầy cổ bị nước che kín nên không mục hết, tích lại thành than bùn. Lớp than bùn bị vùi sâu, chịu sức nén và nhiệt độ trong hàng triệu năm, mất dần nước và khí, giàu carbon lên thành than nâu, than đá rồi antraxit.

Than Quảng Ninh có từ bao giờ?

Than Quảng Ninh hình thành vào cuối kỷ Trias, khoảng hơn hai trăm triệu năm trước. Trong đá kẹp vỉa than còn thấy dấu lá hoá đá của dương xỉ, cây tuế và cây hạt trần cổ. Than được khai thác ở vùng này từ cuối thế kỷ 19.

Than antraxit khác than đá thường thế nào?

Antraxit là bậc cao nhất của than, chứa trên khoảng 90% carbon, đen bóng, cứng và ít bụi. Nó cháy cho nhiệt cao, ít khói hơn than bitum. Than Quảng Ninh chủ yếu là antraxit vì vùng này từng bị nén ép mạnh.

Than bùn là gì?

Than bùn là lớp xác thực vật chưa phân huỷ hết, tích tụ ở vùng ngập nước như rừng U Minh. Nó nâu, xốp, còn thấy rễ và lá, giữ nước rất tốt nên hay được dùng làm giá thể trồng cây. Than bùn là bước đầu tiên trên con đường thành than đá.

Vì sao gọi than là nhiên liệu hoá thạch?

Than là phần còn lại của sinh vật cổ, giống như hoá thạch, và năng lượng của nó là ánh nắng mà cây đã thu từ hàng trăm triệu năm trước. Lượng than hình thành mất hàng triệu năm nhưng bị đốt hết trong thời gian rất ngắn, nên nó không tái tạo được.