石炭紀開始於距今3.5億年,延續了約6500萬年。它可以區分為兩個時期:始石炭紀(又叫密西西比紀,3億2000-3億6000萬年前)、和後石炭紀(又叫賓夕法尼亞紀,2億8600-3億2000萬年前)。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。石炭紀-植物世界的繁盛(兩棲動物的時代)。
簡介
石炭紀(Carboniferous period)是古生代的第5個紀,石炭紀時陸地面積不斷增加,陸生生物空前發展。當時氣候溫暖、濕潤,沼澤遍布。大陸上出現了大規模的森林,給煤的形成創造了有利條件。
石炭紀又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的大陸冰川沉積環境。氣候分帶導致了動、植物地理分區的形成。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。
動物演化
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,而腕足動物儘管在類群上減少,但數量多,依舊占相當重要地位,頭足類則以菊石迅速發展為主。
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的森林密切相關,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(3.5億年前)-壯觀的蕨類森林。
石炭紀是植物世界大繁盛的代表時期。早石炭世的植物面貌與晚泥盆世相似,古蕨類植物延續生長,但只能適應於濱海低地的環境;晚石炭世植物進一步發展,除了節蕨類和石松類外,真蕨類和種子蕨類也開始迅速發展。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。
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。
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。早石炭世的植物面貌與晚泥盆世相似,古蕨類植物延續生長,但只能適應於濱海低地的環境;晚石炭世植物進一步發展,除了節蕨類和石松類外,真蕨類和種子蕨類也開始迅速發展。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。
古氣候與礦產
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。
地質時代百科
地質年代參照表
宙|宙 | 代 | 紀 | 世 | 年代開始 百萬年前(GSSP) | 主要事件 |
顯生宙 | 新生代 | 新近紀 | 全新世 | 0.011430 ± 0.00013 | 人類繁榮 |
更新世 | 1.806 ± 0.005 | 冰河時期,大量大型哺乳動物滅絕 人類進化到現代狀態 | |||
上新世 | 5.332 ± 0.005 | 人類的人猿祖先出現 | |||
中新世 | 23.03 ± 0.05 | ||||
古近紀 | 漸新世 | 33.9 ± 0.1 | 大部份哺乳動物目崛起 | ||
始新世 | 55.8 ± 0.2 | ||||
古新世 | 65.5 ± 0.3 | ||||
中生代 | 白堊紀 | 99.6 ± 0.9 | 恐龍的繁榮和滅絕 白堊紀-第三紀滅絕事件,地球上45%生物滅絕 有胎盤的哺乳動物出現 | ||
侏羅紀 | 199.6 ± 0.6 | 有袋類哺乳動物出現 鳥類出現 裸子植物繁榮 被子植物出現 | |||
三疊紀 | 251.0 ± 0.7 | 恐龍出現 卵生哺乳動物出現 | |||
古生代 | 二疊紀 | 299.0 ± 0.8 | 二疊紀滅絕事件,地球上95%生物滅絕 盤古大陸形成 | ||
石炭紀 | 359.2 ± 2.5 | 昆蟲繁榮 爬行動物出現 煤炭森林 裸子植物出現 | |||
泥盆紀 | 416.0 ± 2.8 | 魚類繁榮 兩棲動物出現 昆蟲出現 種子植物出現 石松和木賊出現 | |||
志留紀 | 443.7 ± 1.5 | 陸生的裸蕨植物出現 | |||
奧陶紀 | 488.3 ± 1.7 | 魚類出現;海生藻類繁盛 | |||
寒武紀 | 542.0 ± 1.0 | 寒武紀生命大爆炸 | |||
元古宙 | 新元古代 | 埃迪卡拉紀 | 630 +5/-30 | 多細胞生物出現 | |
成冰紀 | 850 | 發生雪球事件 | |||
拉伸紀 | 1000 | 羅迪尼亞古陸形成 | |||
中元古代 | 狹帶紀 | 1200 | |||
延展紀 | 1400 | ||||
蓋層紀 | 1600 | ||||
古元古代 | 固結紀 | 1800 | |||
造山紀 | 2050 | ||||
層侵紀 | 2300 | ||||
成鐵紀 | 2500 | ||||
太古宙 | 新太古代 | 2800 | 第一次冰河期 | ||
中太古代 | 3200 | ||||
古太古代 | 3600 | 藍綠藻出現 | |||
始太古代 | 3800 | ||||
冥古宙 | 早雨海代 | 地球上出現第一個生物---細菌 | |||
酒神代 | 古細菌出現 | ||||
原生代 | 地球上出現海洋 | ||||
隱生代 | 地球出現 |