石炭紀（古生代的紀元之一）

主要特征

石炭紀是地殼運動非?；钴S的時期，因而古地理的面貌有著極大的變化。這個時期氣候分異現(xiàn)象又十分明顯，北方古大陸為溫暖潮濕的聚煤區(qū)，岡瓦納大陸卻為寒冷大陸冰川沉積環(huán)境。氣候分帶導致了動、植物地理分區(qū)的形成。

石炭紀是地殼發(fā)展史上重要的造山時期，地殼上分布最廣的晚古生代海西山系的雛型，基本上在石炭紀形成。早石炭世末期的蘇臺德運動是晚古生代最主要一次構(gòu)造變動，使北美的阿帕拉欽地槽、西歐的萊茵海西地槽、歐亞交界的烏拉爾地槽等的主體部分皺起形成山系；西伯利亞地臺以南的遼闊地槽區(qū)，大致可以中天山-內(nèi)蒙古自治區(qū)南部一線為界，其北部石炭紀陸相為主，蘇臺德運動也明顯存在。石炭紀的古氣候問題中最令人注意的是：崗瓦納大陸自石炭紀末至二疊紀初的大規(guī)模的冰川活動現(xiàn)象、持續(xù)時間長達5000萬年，屬極地大陸冰蓋類型。

煤炭來源

石炭紀是植物世界大繁盛的代表時期。石炭紀開始于距今3.5億年，延續(xù)了約6500萬年。由于這一時期形成的地層中含有豐富的煤炭，因而得名“石炭紀”。據(jù)統(tǒng)計，屬于這一時期的煤炭儲量約占全世界總儲量的50%以上。

動物演化

石炭紀陸生生物飛躍發(fā)展，海生無脊椎動物也有所更新。

與泥盆紀相比，蜓類是石炭紀海生無脊椎動物中最重要的類群，而腕足動物盡管在類群上減少，但數(shù)量多，依舊占相當重要地位，頭足類則以菊石迅速發(fā)展為主。

在

石炭紀

石炭紀

最早發(fā)現(xiàn)于泥盆紀的昆蟲類，在石炭紀得到進一步的繁盛，已知石炭、二疊紀的昆蟲就達1300種以上。陸生脊椎動物進一步繁盛，兩棲動物占到了統(tǒng)治地位。早石炭世一開始，兩棲動物蓬勃發(fā)展，主要出現(xiàn)了堅頭類（也稱迷齒類），同時繁盛的還有殼椎類。

植物演化

石炭紀

石炭紀是植物世界大繁盛^[1]的代表時期。早石炭世的植物面貌與晚泥盆世相似，古蕨類植物延續(xù)生長，但只能適應(yīng)于濱海低地的環(huán)境；晚石炭世植物進一步發(fā)展，除了節(jié)蕨類和石松類外，真蕨類和種子蕨類也開始迅速發(fā)展。裸子植物中的苛達樹是一種高大的喬木，成為造煤的重要材料之一。

石炭紀的氣候溫暖濕潤，有利于植物的生長。隨著陸地面積的擴大，陸生植物從濱海地帶向大陸內(nèi)部延伸，并得到空前發(fā)展，形成大規(guī)模的森林和沼澤，給煤炭的形成提供了有利條件，所以，石炭紀成為地史時期最重要的成煤期之一。此外，石炭紀也是地殼運動頻繁的時期，許多地區(qū)這時褶皺上升，形成山系和陸地，地形高差起伏，使地球上產(chǎn)生明顯的氣候分異。按照地理環(huán)境的不同，科學家們根據(jù)石炭紀的植物分布特點劃分出各具特色的植物地理區(qū)，每一植物地理區(qū)都有自己的特色植物群（flora）和一定的生態(tài)特征。

在石炭紀的森林中，既有高大的喬木，也有茂密的灌木。喬木中的木賊根深葉茂，木賊的莖可以長到20~40厘米粗，它們喜愛潮濕，廣泛分布在河流沿岸和湖泊沼澤地帶。石松是另一類喬木，它們挺拔雄偉，成片分布，最高的石松可達40米。石炭紀時，早期的裸子植物（如蘇鐵、松柏、銀杏等）非常引人注目，但蕨類植物的數(shù)量最為豐富。蕨類植物是灌木林中的旺族，它們雖然低矮，但大量占據(jù)了森林的下層空間，緊簇擁擠，蒸蒸日上。可以這樣說，今天地球上之所以蘊藏有如此豐富的煤炭資源，與石炭紀的植物界的繁盛密切相關(guān)。中國是煤炭資源大國，外國科學家們曾經(jīng)指出，石炭紀森林的廣袤和茂密可以從中國所產(chǎn)煤層的厚度上看出來，有的煤層厚度竟然超過120米，這相當于2440米的原始植物質(zhì)的厚度。

植物是怎樣變成煤炭的呢？由于石炭紀的植物種類繁多，生長迅速，它們死后即便有一部分很快腐爛，但仍有許多枝干倒伏后避免了風化作用和細菌、微生物的破壞。石炭紀森林的不少林地是被水浸泡著的沼澤地，死亡后的植物枝干很快會下沉到稀泥中，那里實際上是一種封閉的還原環(huán)境，在這種環(huán)境中植物枝干避免了外界的破壞，并在壓實作用和其它作用下緩慢地演變成泥炭。年復一年，由植物形成的泥炭在地層中得到保存，并又經(jīng)歷了成煤作用后成為初級的煤炭-褐煤。褐煤是一種劣質(zhì)煤，褐煤再經(jīng)過長時間的壓實后，才能形成真正意義上的煤——煙煤。褐煤轉(zhuǎn)化成煙煤要付出巨大的“代價”，據(jù)地質(zhì)學家們推算，0.3米厚的煙煤是由6米厚的象褐煤這樣的植物質(zhì)壓縮而成的。

石炭紀森林分布在地球陸地的許多地方，在中國北方的華北平原，就曾保存著石炭紀的廣袤森林，山西的煤層應(yīng)該是最好的證據(jù)。在石炭紀時，山西大地歷經(jīng)海水的數(shù)次入侵，海陸頻頻交替。每當海水退卻，陸地植物便在溫暖潮濕的環(huán)境下迅速繁盛，一期又一期的森林就這樣生成了。成煤的泥炭沼澤植物林中，主要以石松類、科達類、種子蕨類、真蕨類等為主，當我們今天開發(fā)山西的煤炭資源時，有誰能夠知道并辨認出那些形形色色的史前植物呢？

古氣候與礦產(chǎn)

根據(jù)石炭紀的珊瑚礁分布，可以推斷早石炭世的赤道帶通過北美洲中部，西北歐經(jīng)黑海穿過中國西北、華南到達印尼和澳洲東部。石炭紀同大陸上的古氣候相適應(yīng)的是植物地理區(qū)系的分布，歐美植物區(qū)和華夏植物區(qū)為熱帶、亞熱帶氣候，岡瓦納植物區(qū)和安加拉植物區(qū)分別代表熱帶以外的南北溫涼氣候區(qū)。世界上各地石炭紀的成煤時期早晚也有差別，分別代表各地區(qū)的熱帶潮濕氣候，石炭紀的干旱氣候區(qū)僅限于一定的地理分布，同泥盆紀和二疊紀相比，干旱面積較小，干旱氣候同蒸發(fā)巖類沉積的分布相適應(yīng)，例如亞洲早石炭世從哈薩克斯坦南部經(jīng)天山伸延至南天山和塔里木，哈薩克斯坦向東到西伯利亞干旱氣候一直延續(xù)到中石炭世。南半球的岡瓦納大陸，石炭紀時高出海面，從石炭紀中晚期開始氣候變

形成過程

在泥盆紀中北美地塊和北歐——俄羅斯地塊結(jié)合到一起。這塊大陸與后來的剛瓦那超大陸的其它部分（今天的非洲、南美洲、南極洲、澳大利亞和印度）之間部分是由不同的地形組成的海洋。在上泥盆紀這些地區(qū)與北美——北歐——俄羅斯組成的大陸已開始有接觸。

巨蟲時代

石炭紀有個別名叫“巨蟲時代”，因為當時大氣含氧量很高，蟲子長得特別大。下面介紹幾種著名的節(jié)肢動物：

巨型蜘蛛屬于中突蛛亞目。有人頭般大小。

巨型馬陸屬于多足綱，有大約3米長，身披堅硬的

巨型蜻蜓是有史以來最大的昆蟲。翼展將近一米。

石炭紀生物大滅絕事件

3.06億年前，地球處于石炭紀晚期。此時的地球與現(xiàn)在的有很大不同：所有陸地連在一起，形成一塊超級大陸：盤古大陸（泛大陸）。石炭紀的盤古大陸99%由針葉林覆蓋，樹木產(chǎn)生了大量的氧氣，這使得地球的含氧量高達45%，是今天的兩倍。此時陸地上的霸主主要有兩類：兩棲動物和巨型昆蟲。石炭紀的含氧量極高，促進了昆蟲的進化。兩棲動物在超級地幔柱事件中由硬骨魚進化而來，由于沒有競爭對手，它們也進化出了巨大的體型。

如今最大的蜻蜓也只有18厘米長，可當時有一個叫巨脈蜻蜓的物種，翼展長達95厘米，依靠長長的翼，使它們的飛行時速達到了60千米。它們依靠巨大的體型和極快的飛行速度，成為了叢林的霸主。可它們也有天敵：引螈。引螈體長2.2米，重約100千克。它看上去就像一只胖大的蠑螈。與現(xiàn)生兩棲動物一樣，引螈也以昆蟲為食。巨型昆蟲還有很多種類，如巨獨角仙、巨蜚蠊等。

此時有一個新興的物種：爬行動物。截止至2012年，只發(fā)現(xiàn)了一種那時的爬行動物：原蜥。它體長60厘米。爬行動物與兩棲動物有很大的不同，爬行動物的卵有硬殼保護，不需產(chǎn)在水中。它們的皮膚不像兩棲動物，只有一層薄膜，而是長有鱗片，這使它們不必隔一段時間就返回水中，防止脫水。它們還進化出了一種器官：聲帶。

這次災難的禍首是煤炭。一億年來，陸地都完全由森林覆蓋。它們的枯枝形成了一層厚達30米的煤炭，而且遍布全球。那時，地幔巖漿活動劇烈，產(chǎn)生高溫。高溫穿過巖石，直達煤炭層。煤炭在高溫下開始燃燒。3.06億年前的一天，一堆火苗出現(xiàn)在地面上，緊接著，越來越多的火苗出現(xiàn)了，它們燒毀了成片的樹木。倒下的燃燒樹木引燃了更多樹，很快，附近一片火海。

當時極高的含氧量，加快了大火的擴散。大火在數(shù)天內(nèi)就擴散到了500千米以外的地方。叢林中的動物無處可逃，大多被燒死。巨脈蜻蜓等昆蟲雖能飛行，但它們的卵卻不可能。昆蟲們失去了棲息地，而它們不可能總在飛行，最終筋疲力盡，掉在了火海中。

十年后，大火還在繼續(xù)燃燒。它們覆蓋了陸地約50%的地區(qū)。在這范圍內(nèi)的大多數(shù)生物都被燒死。由于山脈和河流的阻擋，大火沒能繼續(xù)擴散。但煤炭的燃燒產(chǎn)生了大量的有害氣體，漸漸擴散到了全球。這些氣體使全球發(fā)生溫室效應(yīng)，平均溫度在十年內(nèi)上升了5攝氏度。這使海洋動物的卵無法孵化，這摧毀了很多動物。

三十年后，由于可燃物燃燒殆盡，大火停止燃燒。大火燃燒的地區(qū)，有一層厚厚的灰燼，這是動植物被燃燒所形成的。幸存下來的動物由于沒有食物來源，很快被餓死。

大氣中充滿了有害氣體，這又摧毀了許多呼吸功能差的動物。這些氣體又使全球氣溫繼續(xù)上升，災難發(fā)生100年后，全球氣溫平均可能達30攝氏度。

一千年后，有毒氣體還在繼續(xù)揮發(fā)，它們遮住了太陽。地球表面所得的光源只有正常的50%，這使得植物無法進行光合作用，大量植物因此死亡。一些呼吸功能差的動物，如引螈，也因此大量死亡。

一萬年后，有毒氣體終于停止了揮發(fā)，但動植物遭到了重創(chuàng)，50%的陸地幾乎沒有生命跡象，地球開始進入恢復期。

距煤炭層燃燒過去了5萬年，滅絕事件基本結(jié)束。在這場災難中，兩棲動物受到重創(chuàng)，而引螈奇跡般的存活了下來。節(jié)肢動物可就沒那么好運了，巨馬陸、巨脈蜻蜓、巨獨角仙、巨蜚蠊等動物都滅絕了，巨型昆蟲的時代結(jié)束了。在這場災難中，受益最大的就是哺乳動物、鳥類、爬行動物的直系祖先——原蜥。它們的種群在這次災難中發(fā)展壯大，在接下來的數(shù)百萬年進化出許多不同的物種。海洋動物中，三葉蟲受到了重創(chuàng)，并在下一次物種大滅絕事件中消亡。

值得一提的是，爬行動物開始多樣化，它們在短時間內(nèi)成為全球霸主，地球進入了長達2.4億年的爬行動物時代。

燃燒的煤炭、有毒的氣體、高溫構(gòu)成了造成46%物種滅絕的物種大滅絕——

石炭紀燃煤事件