近日，一项发表在国际知名学术期刊《Science》的研究显示，煤炭形成的第一阶段的机制可能与想象的不同：微生物是煤矿中煤炭和甲烷形成的原因。

相关论文标题为“Methoxyl stable isotopic constraints on the origins and limits of coal-bed methane”。

这一发现对从煤田中回收甲烷的举措产生影响。

研究者观察了世界各地煤炭样品中的甲氧基，并使用稳定同位素证明有机物质最终通过微生物作用变成煤炭。

甲氧基由一个碳原子和三个氢原子连在一个氧原子上组成（CH3O-）。氧原子可以附着在大分子中任意数量的位置。在煤的情况中，它附着在煤环状排列中的一个碳原子上。

“如果你调查地球化学家，大多数人会说煤是由温度、酸或催化剂产生的。”美国宾夕法尼亚州立大学地球科学助理研究教授Max K. Lloyd表示，“但我们的结果与这些机制不一致。我们的结果表明微生物直接消耗煤的甲氧基，使煤转变，并形成甲烷。”

煤的形成起源于湿地森林中的植物落入水中而且很快被掩埋。这些植物材料堆积，经过生物化学作用成为泥炭，之后又在高温高压的环境下，逐渐变成褐煤、次烟煤、烟煤，最后成为无烟煤。褐煤仍然是植物性的，而无烟煤的成分主要是碳，它也埋得更深。

根据Lloyd的说法，如今中国、印度等地使用的大多数煤是褐煤或次烟煤，因为它们容易获得且价格便宜。但是，这类煤燃烧时产生温室气体的量最大。解决这一问题的一个不错方案是——开发这些煤层中的煤层气 (CBM)。

煤层气俗称“瓦斯”，是与煤伴生的独立矿种。它属于非常规天然气，其主要成分为甲烷，是储存在煤层中、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤体孔隙中的烃类气体，是近些年国际上崛起的优质清洁能源。

然而，煤层气生产井的寿命通常有限。“煤层气生产面临的挑战是建造井的成本非常高，而且井可能会在一个月内干涸。”Lloyd表示，“我们不知道为什么。生产商添加了更多的微生物或更多的营养（为了微生物），但这只有在这些是限制因素时才有效，如果煤炭本身是限制因素，则无效。”

研究人员表示，煤中的甲氧基会转化为甲烷，但人们也不太清楚煤中的甲烷是如何形成的。为了更好理解这一过程，研究人员研究了煤中残留甲氧基中的碳的稳定同位素。

稳定同位素是一种元素的非放射性形式。碳的同位素中，碳-12和碳-13分别含有12和13个中子，但它们的性质几乎相同。只不过碳-13在自然界中含量很少，而且质量稍微大一点。生物有机体通常更喜欢一种同位素，因此原始来源中留下的同位素会与发现的同位素百分比不同。

“事实证明，好氧微生物非常擅长降解煤中的‘环’，而厌氧微生物没有好的方法来分解环，”Lloyd表示，“因此，厌氧微生物唯一做的事情之一就是‘切掉’甲氧基部分。”

之后，这些游离的甲氧基会转化为甲烷。一旦把所有可用的甲氧基都从环上切下后，微生物就无法接触其他任何东西，反应就停止了，井就枯了。

“真正有趣的是，这些微生物正释放酶来切断甲氧基。”Lloyd表示，微生物在细胞外降解结构，这是限制性的，微生物不能轻易进入煤结构中的任何地方。

研究人员表示，煤中甲氧基随时间推移的消耗表明，煤本身是甲烷生产的限制因素。因此，添加更多的微生物或营养物质不会产生更多的甲烷，因此需要其他方法。