化石燃料
huà shí rán liào
化石燃料是煤炭、石油或天然气等富含碳的能源，由古代植物和微生物的遗骸历经数百万年埋藏形成。
Definition
化石燃料是煤炭、石油和天然气的统称，由数百万年前死亡的植物和微小海洋生物埋藏之后，经过地质时间尺度上的热和压力改造而形成，其中煤炭主要来自石炭纪的沼泽植物，石油和天然气则主要来自被埋藏在细粒沉积物中的海洋浮游生物。它们的形成需要富含有机质的烃源岩被埋藏进入“成油窗口”，大致为 $2$ 到 $4\ \text{km}$ 深处、约 $60$ 至 $120^\circ C$ 的温度范围，在那里干酪根裂解成液态烃，或者在更深处裂解成天然气，随后运移进入多孔的储集岩，并被不透水的盖层所封闭；而煤炭本身则随着碳含量的提高，从泥炭依次演化为褐煤、烟煤，最终变成无烟煤。化石燃料供应了全球约 $80\%$ 的能源，燃烧它们每年向大气增加约 $37$ 十亿吨 $CO_2$，可以通过其贫化的 $^{13}C$ 以及不含 $^{14}C$ 的特征来加以识别。
Example
汽车里的汽油、为许多家庭供暖的天然气，以及一些发电厂燃烧的煤炭，都是化石燃料；桑福德附近迪普河盆地的小型煤矿一直开采到 20 世纪 50 年代，而该州的三叠纪盆地页岩中也蕴藏着一些天然气。宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州马塞勒斯页岩的水力压裂技术，使美国成为全世界最大的天然气生产国，尽管水井和管道中泄漏的甲烷，抵消了天然气相对煤炭在气候方面的部分优势；美国东部的石炭纪煤层，则保存着 $300$ 百万年前石松类树木构成的沼泽森林。
Key Insight
燃烧化石燃料，释放的是植物在数百万年前捕获的阳光，本质上是以碳的形式储存下来的远古太阳能；一加仑汽油所蕴含的能量，大约相当于一个人经过数周艰苦体力劳动所能产生的能量，这也是化石燃料能够如此彻底地主宰世界的原因。实际上，化石燃料是在反向运行碳循环：光合作用历经数亿年埋藏下来的碳，如今却在短短几个世纪之内被重新释放回大气，其速度远远超过任何自然过程能够再次将其去除的速度。