石炭紀（古生代的紀元之一）

主要特征

石炭紀是地殼運動(dòng)非常活躍的時(shí)期，因而古地理的面貌有著(zhù)極大的變化。這個(gè)時(shí)期氣候分異現象又十分明顯，北方古大陸為溫暖潮濕的聚煤區，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(dòng)、植物地理分區的形成。

石炭紀是地殼發(fā)展史上重要的造山時(shí)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(dòng)是晚古生代最主要一次構造變動(dòng)，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，大致可以中天山-內蒙古自治區南部一線(xiàn)為界，其北部石炭紀陸相為主，蘇臺德運動(dòng)也明顯存在。石炭紀的古氣候問(wèn)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模的冰川活動(dòng)現象、持續時(shí)間長(cháng)達5000萬(wàn)年，屬極地大陸冰蓋類(lèi)型。

煤炭來(lái)源

石炭紀是植物世界大繁盛的代表時(shí)期。石炭紀開(kāi)始于距今3.5億年，延續了約6500萬(wàn)年。由于這一時(shí)期形成的地層中含有豐富的煤炭，因而得名“石炭紀”。據統計，屬于這一時(shí)期的煤炭?jì)α考s占全世界總儲量的50%以上。

動(dòng)物演化

石炭紀陸生生物飛躍發(fā)展，海生無(wú)脊椎動(dòng)物也有所更新。

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

在

石炭紀

石炭紀

最早發(fā)現于泥盆紀的昆蟲(chóng)類(lèi)，在石炭紀得到進(jìn)一步的繁盛，已知石炭、二疊紀的昆蟲(chóng)就達1300種以上。陸生脊椎動(dòng)物進(jìn)一步繁盛，兩棲動(dòng)物占到了統治地位。早石炭世一開(kāi)始，兩棲動(dòng)物蓬勃發(fā)展，主要出現了堅頭類(lèi)（也稱(chēng)迷齒類(lèi)），同時(shí)繁盛的還有殼椎類(lèi)。

植物演化

石炭紀

石炭紀是植物世界大繁盛^[1]的代表時(shí)期。早石炭世的植物面貌與晚泥盆世相似，古蕨類(lèi)植物延續生長(cháng)，但只能適應于濱海低地的環(huán)境；晚石炭世植物進(jìn)一步發(fā)展，除了節蕨類(lèi)和石松類(lèi)外，真蕨類(lèi)和種子蕨類(lèi)也開(kāi)始迅速發(fā)展。裸子植物中的苛達樹(shù)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(cháng)。隨著(zhù)陸地面積的擴大，陸生植物從濱海地帶向大陸內部延伸，并得到空前發(fā)展，形成大規模的森林和沼澤，給煤炭的形成提供了有利條件，所以，石炭紀成為地史時(shí)期最重要的成煤期之一。此外，石炭紀也是地殼運動(dòng)頻繁的時(shí)期，許多地區這時(shí)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(xué)家們根據石炭紀的植物分布特點(diǎn)劃分出各具特色的植物地理區，每一植物地理區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(cháng)到20~40厘米粗，它們喜愛(ài)潮濕，廣泛分布在河流沿岸和湖泊沼澤地帶。石松是另一類(lèi)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(shí)，早期的裸子植物（如蘇鐵、松柏、銀杏等）非常引人注目，但蕨類(lèi)植物的數量最為豐富。蕨類(lèi)植物是灌木林中的旺族，它們雖然低矮，但大量占據了森林的下層空間，緊簇擁擠，蒸蒸日上。可以這樣說(shuō)，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(xué)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(lái)，有的煤層厚度竟然超過(guò)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(lèi)繁多，生長(cháng)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(fēng)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(zhù)的沼澤地，死亡后的植物枝干很快會(huì )下沉到稀泥中，那里實(shí)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(shí)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(guò)長(cháng)時(shí)間的壓實(shí)后，才能形成真正意義上的煤——煙煤。褐煤轉化成煙煤要付出巨大的“代價(jià)”，據地質(zhì)學(xué)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(zhù)石炭紀的廣袤森林，山西的煤層應該是最好的證據。在石炭紀時(shí)，山西大地歷經(jīng)海水的數次入侵，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(lèi)、科達類(lèi)、種子蕨類(lèi)、真蕨類(lèi)等為主，當我們今天開(kāi)發(fā)山西的煤炭資源時(shí)，有誰(shuí)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)

根據石炭紀的珊瑚礁分布，可以推斷早石炭世的赤道帶通過(guò)北美洲中部，西北歐經(jīng)黑海穿過(guò)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的是植物地理區系的分布，歐美植物區和華夏植物區為熱帶、亞熱帶氣候，岡瓦納植物區和安加拉植物區分別代表熱帶以外的南北溫涼氣候區。世界上各地石炭紀的成煤時(shí)期早晚也有差別，分別代表各地區的熱帶潮濕氣候，石炭紀的干旱氣候區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(lèi)沉積的分布相適應，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到中石炭世。南半球的岡瓦納大陸，石炭紀時(shí)高出海面，從石炭紀中晚期開(kāi)始氣候變

形成過(guò)程

在泥盆紀中北美地塊和北歐——俄羅斯地塊結合到一起。這塊大陸與后來(lái)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與北美——北歐——俄羅斯組成的大陸已開(kāi)始有接觸。

巨蟲(chóng)時(shí)代

石炭紀有個(gè)別名叫“巨蟲(chóng)時(shí)代”，因為當時(shí)大氣含氧量很高，蟲(chóng)子長(cháng)得特別大。下面介紹幾種著(zhù)名的節肢動(dòng)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(cháng)，身披堅硬的

巨型蜻蜓是有史以來(lái)最大的昆蟲(chóng)。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(shí)的地球與現在的有很大不同：所有陸地連在一起，形成一塊超級大陸：盤(pán)古大陸（泛大陸）。石炭紀的盤(pán)古大陸99%由針葉林覆蓋，樹(shù)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(shí)陸地上的霸主主要有兩類(lèi)：兩棲動(dòng)物和巨型昆蟲(chóng)。石炭紀的含氧量極高，促進(jìn)了昆蟲(chóng)的進(jìn)化。兩棲動(dòng)物在超級地幔柱事件中由硬骨魚(yú)進(jìn)化而來(lái)，由于沒(méi)有競爭對手，它們也進(jìn)化出了巨大的體型。

如今最大的蜻蜓也只有18厘米長(cháng)，可當時(shí)有一個(gè)叫巨脈蜻蜓的物種，翼展長(cháng)達95厘米，依靠長(cháng)長(cháng)的翼，使它們的飛行時(shí)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(cháng)2.2米，重約100千克。它看上去就像一只胖大的蠑螈。與現生兩棲動(dòng)物一樣，引螈也以昆蟲(chóng)為食。巨型昆蟲(chóng)還有很多種類(lèi)，如巨獨角仙、巨蜚蠊等。

此時(shí)有一個(gè)新興的物種：爬行動(dòng)物。截止至2012年，只發(fā)現了一種那時(shí)的爬行動(dòng)物：原蜥。它體長(cháng)60厘米。爬行動(dòng)物與兩棲動(dòng)物有很大的不同，爬行動(dòng)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(dòng)物，只有一層薄膜，而是長(cháng)有鱗片，這使它們不必隔一段時(shí)間就返回水中，防止脫水。它們還進(jìn)化出了一種器官：聲帶。

這次災難的禍首是煤炭。一億年來(lái)，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(shí)，地幔巖漿活動(dòng)劇烈，產(chǎn)生高溫。高溫穿過(guò)巖石，直達煤炭層。煤炭在高溫下開(kāi)始燃燒。3.06億年前的一天，一堆火苗出現在地面上，緊接著(zhù)，越來(lái)越多的火苗出現了，它們燒毀了成片的樹(shù)木。倒下的燃燒樹(shù)木引燃了更多樹(shù)，很快，附近一片火海。

當時(shí)極高的含氧量，加快了大火的擴散。大火在數天內就擴散到了500千米以外的地方。叢林中的動(dòng)物無(wú)處可逃，大多被燒死。巨脈蜻蜓等昆蟲(chóng)雖能飛行，但它們的卵卻不可能。昆蟲(chóng)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，大火還在繼續燃燒。它們覆蓋了陸地約50%的地區。在這范圍內的大多數生物都被燒死。由于山脈和河流的阻擋，大火沒(méi)能繼續擴散。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，平均溫度在十年內上升了5攝氏度。這使海洋動(dòng)物的卵無(wú)法孵化，這摧毀了很多動(dòng)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，有一層厚厚的灰燼，這是動(dòng)植物被燃燒所形成的。幸存下來(lái)的動(dòng)物由于沒(méi)有食物來(lái)源，很快被餓死。

大氣中充滿(mǎn)了有害氣體，這又摧毀了許多呼吸功能差的動(dòng)物。這些氣體又使全球氣溫繼續上升，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，有毒氣體還在繼續揮發(fā)，它們遮住了太陽(yáng)。地球表面所得的光源只有正常的50%，這使得植物無(wú)法進(jìn)行光合作用，大量植物因此死亡。一些呼吸功能差的動(dòng)物，如引螈，也因此大量死亡。

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

距煤炭層燃燒過(guò)去了5萬(wàn)年，滅絕事件基本結束。在這場(chǎng)災難中，兩棲動(dòng)物受到重創(chuàng )，而引螈奇跡般的存活了下來(lái)。節肢動(dòng)物可就沒(méi)那么好運了，巨馬陸、巨脈蜻蜓、巨獨角仙、巨蜚蠊等動(dòng)物都滅絕了，巨型昆蟲(chóng)的時(shí)代結束了。在這場(chǎng)災難中，受益最大的就是哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、爬行動(dòng)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(lái)的數百萬(wàn)年進(jìn)化出許多不同的物種。海洋動(dòng)物中，三葉蟲(chóng)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(dòng)物開(kāi)始多樣化，它們在短時(shí)間內成為全球霸主，地球進(jìn)入了長(cháng)達2.4億年的爬行動(dòng)物時(shí)代。

燃燒的煤炭、有毒的氣體、高溫構成了造成46%物種滅絕的物種大滅絕——

石炭紀燃煤事件