基本介紹
- 中文名：石炭紀
- 外文名：Carboniferous Period
- 代：古生代
- 開始時間：3.55億年至2.95億年
- 延續時間：6500萬年
主要特徵,煤炭來源,動物演化,植物演化,氣候資源,形成過程,巨蟲時代,巨型蜘蛛,巨型馬陸,巨型蜻蜓,生物滅絕事件,
主要特徵
石炭紀是地殼運動非常活躍的時期，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境。氣候分帶導致了動、植物地理分區的形成。
石炭紀是地殼發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。早石炭世末期的蘇台德運動是晚古生代最主要一次構造變動，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;西伯利亞地台以南的遼闊地槽區，大致可以中天山-內蒙人民共和國南部一線為界，其北部石炭紀陸相為主，蘇台德運動也明顯存在。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模的冰川活動現象、持續時間長達5000萬年，屬極地大陸冰蓋類型。
石炭紀
石炭紀煤炭來源
石炭紀是植物世界大繁盛的代表時期。石炭紀開始於距今3.5億年，延續了約6500萬年。由於這一時期形成的地層中含有豐富的煤炭，因而得名“石炭紀”。據統計，屬於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
在石炭紀晚期，脊椎動物演化史出現一次飛躍，從此擺脫了對水的依賴，以適應更加廣闊的生態領域，以北美賓夕法尼亞早期地層中的林蜥為代表。生活在陸上的昆蟲，如蟑螂類和蜻蜓類，是石炭紀突然崛起的一類陸生動物，它們的出現與當時茂盛森林密切相關，其中有些蜻蜓個體巨大，兩翅張開大者可達70cm。
石炭紀的海生無脊椎動物與泥盆紀比較起來，有了顯著的變化。淺海底棲動物中仍以珊瑚、腕足類為主。早石炭世晚期的浮游和游泳的動物中，出現了新興的筳類，菊石類仍然繁盛，三葉蟲到石炭紀已經大部分絕滅，只剩下幾個屬種。
最早發現於泥盆紀的昆蟲類，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，兩棲動物占到了統治地位。早石炭世一開始，兩棲動物蓬勃發展，主要出現了堅頭類（也稱迷齒類），同時繁盛的還有殼椎類。
植物演化
石炭紀（3.58億年-2.98億年前）——壯觀的蕨類森林.
石炭紀的氣候溫暖濕潤，有利於植物的生長。隨著陸地面積的擴大， 陸生植物從濱海地帶向大陸內部延伸，並得到空前發展，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，許多地區這時褶皺上升，形成山系和陸地，地形高差起伏，使地球上產生明顯的氣候分異。按照地理環境的不同，科學家們根據石炭紀的植物分布特點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）和一定的生態特徵。
鱗木
鱗木在石炭紀的森林中，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。中國是煤炭資源大國，外國科學家們曾經指出，石炭紀森林的廣袤和茂密可以從中國所產煤層的厚度上看出來，有的煤層厚度竟然超過120米，這相當於2440米的原始植物質的厚度。
植物是怎樣變成煤炭的呢？由於石炭紀的植物種類繁多，生長迅速，它們死後即便有一部分很快腐爛，但仍有許多枝幹倒伏後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，死亡後的植物枝幹很快會下沉到稀泥中，那裡實際上是一種封閉的還原環境，在這種環境中植物枝幹避免了外界的破壞，並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，並又經歷了成煤作用後成為初級的煤炭-褐煤。褐煤是一種劣質煤，褐煤再經過長時間的壓實後，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”，據地質學家們推算，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，山西的煤層應該是最好的證據。在石炭紀時，山西大地歷經海水的數次入侵，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，當我們今天開發山西的煤炭資源時，有誰能夠知道並辨認出那些形形色色的史前植物呢？
氣候資源
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北美洲中部，西北歐經黑海穿過中國西北、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，石炭紀的乾旱氣候區僅限於一定的地理分布,同泥盆紀和二疊紀相比，乾旱面積較小,乾旱氣候同蒸發岩類沉積的分布相適應，例如亞洲早石炭世從哈薩克斯坦南部經天山伸延至南天山和塔里木，哈薩克斯坦向東到西伯利亞乾旱氣候一直延續到中石炭世。南半球的岡瓦納大陸，石炭紀時高出海面，從石炭紀中晚期開始氣候變冷，冰川活動一直持續到早二疊世，冰期和間冰期沉積在南美、南非、印度和澳大利亞都有廣泛的分布，在南非南部冰川呈放射狀方向流動。在北半球，僅在西伯利亞東部可能為寒冷乾燥氣候。石炭紀時陸地海岸和沼澤地區氣候溫暖潮濕,形成重要的煤礦,中國華南早石炭世晚期的測水組(湖南)、梓山組（江西）、葉家塘組（浙江），均含可採煤層。東北、華北和西北的上石炭統，含有重要的煤系。大陸上經過長期剝蝕的地區，往往形成鋁土礦和耐火粘土，中國華北石炭系含有G層鋁土礦和山西式鐵礦,貴州清鎮一帶下石炭統頂部亦含大型鋁土礦。北美晚石炭世蘊藏有油頁岩和石油。中國石炭系也是油氣勘探的重要層位。中國新疆、甘肅、寧夏中部石炭系含有石膏及蒸發岩礦床。石炭紀碳酸鹽岩沉積分布廣泛，世界各地開採石灰岩和白雲岩作為石灰和水泥的原料。
石炭紀化石
石炭紀化石形成過程
在泥盆紀中北美地塊和北歐——俄羅斯地塊結合到一起。這塊大陸與後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肢動物：
巨型蜘蛛
巨型蜘蛛屬於中突蛛亞目。有人頭般大小。它住在自己的洞穴里，用蜘蛛絲探測外面的動靜。
巨型蜘蛛
巨型蜘蛛巨型馬陸
巨型馬陸屬於多足綱，有大約3米長，身披堅硬的盔甲，長有鋒利的大顎。是有史以來最大的陸地節肢動物。
巨型馬陸
巨型馬陸巨型蜻蜓
巨型蜻蜓是有史以來最大的昆蟲。翼展將近一米。
生物滅絕事件
3.06億年前，地球處於石炭紀晚期。此時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：盤古大陸（泛大陸）。石炭紀的盤古大陸99%由針葉林覆蓋，樹木產生了大量的氧氣，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，由於沒有競爭對手，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。它看上去就像一隻胖大的蠑螈。與現生兩棲動物一樣，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，只發現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，地幔岩漿活動劇烈，產生高溫。高溫穿過岩石，直達煤炭層。煤炭在高溫下開始燃燒。3.06億年前的一天，一堆火苗出現在地面上，緊接著，越來越多的火苗出現了，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。大火在數天內就擴散到了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。
三十年後，由於可燃物燃燒殆盡，大火停止燃燒。大火燃燒的地區，有一層厚厚的灰燼，這是動植物被燃燒所形成的。倖存下來的動物由於沒有食物來源，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上升，災難發生100年後，全球氣溫平均可能達30攝氏度。
一千年後，有毒氣體還在繼續揮發，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。
一萬年後，有毒氣體終於停止了揮發，但動植物遭到了重創，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，滅絕事件基本結束。在這場災難中，兩棲動物受到重創，而引螈奇蹟般的存活了下來。節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展壯大，在接下來的數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，並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、高溫構成了造成46%物種滅絕的物種大滅絕——石炭紀燃煤事件。
