石炭紀(jì)時(shí)，陸地面積不斷增加，植物，節(jié)肢動(dòng)物和四足動(dòng)物等陸生生物得到了空前的發(fā)展。當(dāng)時(shí)氣候溫暖濕潤(rùn)，沼澤遍布，陸地上出現(xiàn)了由高大的石松類和有節(jié)類組成的大規(guī)模森林，給煤的形成創(chuàng)造了有利條件，石炭紀(jì)這一名稱由此而來(lái)。
石炭紀(jì)還是地殼運(yùn)動(dòng)非?；钴S的時(shí)期，許多地區(qū)褶皺上升，形成水系和陸地，使古地理面貌發(fā)生著極大的變化。從這一時(shí)期開(kāi)始，氣候出現(xiàn)了明顯的緯度分帶。氣候分帶又導(dǎo)致了動(dòng)物植物的地理分區(qū)的形成。從石炭紀(jì)初期開(kāi)始，四大植物區(qū)系開(kāi)始形成。它們分別是歐美熱帶植物區(qū)，主要包括北美，北非和歐洲等地；華夏熱帶植物區(qū)包括中國(guó)大部分地區(qū)，朝鮮、日本以及東南亞部分地區(qū)；安格拉溫帶植物區(qū)又稱通古斯植物區(qū)，以西伯利亞為中心，包括北歐北亞和中國(guó)天山-陰山以北地區(qū)；岡瓦納寒帶植物區(qū)，包括南非、南美、澳大利亞、印度次大陸和南極大陸。至此，植物界完成了征服各種氣候環(huán)境的歷史史命。
石炭紀(jì)植物種類豐富起來(lái)
與泥盆紀(jì)比較起來(lái)，石炭紀(jì)的海生無(wú)脊椎動(dòng)物有了顯著的變化。淺海底棲動(dòng)物中仍然以珊瑚、腕足類為主。從密西西比亞亞紀(jì)晚期開(kāi)始出現(xiàn)了具有重要的地層意義的?類。菊石類自泥盆紀(jì)中期產(chǎn)生以來(lái)仍然繁盛。寒武紀(jì)生物群的代表三葉蟲(chóng)到石炭系已經(jīng)大部分滅絕，只剩下幾個(gè)屬種延續(xù)到二疊紀(jì)。
石炭紀(jì)水生動(dòng)物復(fù)原圖
在陸地上最早出現(xiàn)于早泥盆世的昆蟲(chóng)類，在石炭紀(jì)得到進(jìn)一步的繁盛，已知石炭系和二疊紀(jì)的昆蟲(chóng)就達(dá)1300種以上。陸生脊椎動(dòng)物獲得了空前的發(fā)展。兩棲動(dòng)物占據(jù)了統(tǒng)治地位，主要出現(xiàn)了堅(jiān)頭類，同時(shí)繁盛的還有殼椎類。
石炭紀(jì)兩棲動(dòng)物和昆蟲(chóng)復(fù)原圖
密西西比亞亞紀(jì)的植物面貌與晚泥盆紀(jì)相似，原始蕨類繼續(xù)繁盛，種子植物和原始裸子植物的出現(xiàn)，使得內(nèi)陸地區(qū)也出現(xiàn)了森林景觀。賓夕法尼亞亞紀(jì)的植物進(jìn)一步發(fā)展，除了令人驚嘆的高大的有節(jié)類和石松類外，真蕨類和種子蕨類也開(kāi)始迅速發(fā)展。裸子植物中的柯達(dá)樹(shù)是一種高大的喬木，成為造煤的主要材料之一。
石炭紀(jì)起始于3.59億年前，最大的超大陸“泛大陸”首次現(xiàn)身。在這一時(shí)期，泛大陸是由勞倫大陸（北美洲和歐洲）南部古老的岡瓦納大陸相撞而形成。在撞擊之前，岡瓦納大陸已按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使得東部向南移動(dòng)的同時(shí)西部（南美洲和非洲）向北移動(dòng)。這一旋轉(zhuǎn)使得東部生成了新的海洋，古特提斯洋，而西部的瑞亞克洋則消失了。與此同時(shí)，波羅地大陸和西伯利亞大陸之間的海洋也在縮減，為另外一次撞擊浦陳了道路。
石炭紀(jì)地圖1
石炭紀(jì)地圖2
1加利福尼亞的行形成 在史前時(shí)期，北美大陸的部分地區(qū)與勞倫大陸同樣存在。然而，其西部海岸起初并非該大陸的一部分，而是在泛大洋中由一系列的火山島與勞倫大陸西部邊緣相撞形成。隨著海底在俯沖區(qū)被推向地球內(nèi)部，這些島嶼被拖向海岸。在石灰紀(jì)時(shí)期向東移動(dòng)的安特勒火山島弧與勞倫大陸撞擊導(dǎo)致了一個(gè)巖石形成期，成為安特勒造山運(yùn)動(dòng)。這一運(yùn)動(dòng)影響仍然可以從美國(guó)加利福尼亞和內(nèi)華達(dá)州看到。
2石灰紀(jì)的中國(guó) 石炭紀(jì)的中國(guó)仍然位于海平面以下，中國(guó)的部分地區(qū)為干燥的陸地，有時(shí)會(huì)被淺海淹沒(méi)，南部可追溯到石灰紀(jì)的一系列地層為含煤礦巖石——形成于陸地上的沼澤地區(qū)，以及淺海海底上沉積物經(jīng)壓實(shí)而形成的灰?guī)r。
3南移的澳大利亞在石炭紀(jì)早期，澳大利亞北部被溫暖的海洋覆蓋。極為適宜于珊瑚礁的生長(zhǎng)。這些礁石如今作為灰?guī)r，仍可見(jiàn)到，該大陸東部茂密的森林變成了薄薄的煤層。到了石炭紀(jì)晚期，岡瓦納大陸南移，氣候變冷，澳大利亞?wèn)|南部的冰川沉積物證明了這一運(yùn)動(dòng)，在3000萬(wàn)年里澳大利亞向南移動(dòng)了20個(gè)維度。
4岡瓦納大陸旋轉(zhuǎn) 從泥盆紀(jì)晚期以來(lái)，岡瓦納大陸開(kāi)始以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，這一運(yùn)動(dòng)必然是洋中脊引起的，其結(jié)果是北部產(chǎn)生新的海底，使岡瓦納大陸的東部向南移動(dòng)。圖中岡瓦納北部洋中脊的位置并不確定。
5撞擊中的歐洲阿莫里凱大陸（今西歐的一部分）伊比利亞大陸（葡萄牙和西班牙）與阿瓦隆尼亞大陸（英格蘭和威爾士）南部海岸發(fā)生撞擊導(dǎo)致了海西造山運(yùn)動(dòng)。從現(xiàn)今德國(guó)經(jīng)英國(guó)南部到愛(ài)爾蘭這一塊區(qū)域形成了一系列山脈。石炭紀(jì)晚期時(shí)，岡瓦納大陸與勞倫大陸類似的撞擊導(dǎo)致了阿勒格尼造山運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了與阿巴拉契亞山相連接的山脈。
6煤田如今加拿大新斯科舍的喬金斯煤田，當(dāng)時(shí)由當(dāng)?shù)氐氖考o(jì)的沼澤森林殘骸形成。這片森林中的一些大型石松的樹(shù)干仍然保留在煤層中。類似的煤田起于阿拉巴馬州，沿著阿巴拉契亞山脈，可一直延綿到德國(guó)。
7佛羅里達(dá)州加入北美 現(xiàn)今北美大陸部分地區(qū)曾是古勞倫大陸的一部分。然而佛羅里達(dá)州最初卻是南部岡瓦納超大陸的一部分。當(dāng)岡瓦納大陸與勞倫大陸在石炭紀(jì)末期首次相撞時(shí)，佛羅里達(dá)州開(kāi)始變成北美大陸的一部分。這種情況一直保持到之后的岡瓦納大陸和勞倫大陸分裂，此時(shí)形成了大西洋。
地球從志留紀(jì)到泥盆紀(jì)的全球溫室的酷熱狀態(tài)轉(zhuǎn)為寒冷。到了石炭紀(jì)中晚期，地球已變得如第四紀(jì)（距今259萬(wàn)年前）的冰期一樣具有季節(jié)性，極地冰蓋也已經(jīng)形成。大規(guī)模冰川作用開(kāi)始一直持續(xù)到二疊紀(jì)。
志留紀(jì)時(shí)期全球降水和溫度起伏不定，到了石炭紀(jì)之初，氣候已經(jīng)變得極度濕潤(rùn)，這種濕潤(rùn)的氣候罕見(jiàn)的達(dá)到數(shù)百萬(wàn)年。接著，隨著石炭紀(jì)晚期的溫度下降，冰川形成，降水量和濕度都下降了。
可呼吸環(huán)境的形成由于大規(guī)模低地森林的形成，大氣中含氧量急劇提高。這些廣闊的森林為不斷壯大的動(dòng)物群體提供了新的棲息地和新的食物來(lái)源。這些動(dòng)物包括昆蟲(chóng)，兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物。植物通過(guò)光合作用提高了大氣中的含氧量，從石灰紀(jì)中期的15%提升到了石炭紀(jì)晚期的峰值35%，這是地球歷史上空前絕后的高度。
石炭紀(jì)見(jiàn)證了地球上最早的大規(guī)模森林的生成。四足動(dòng)物從水中一躍而起，演化成了兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物。
植物還在賓夕法尼亞紀(jì)的歐洲和北美洲形成巨大的煤礦提供了材料。此時(shí)興盛的蕨類植物則為這一過(guò)程做出至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。
陸地上和海洋中的生命在陸地上，真正的產(chǎn)卵（羊膜動(dòng)物）四足動(dòng)物演化出現(xiàn)。志留紀(jì)演化到蛛形動(dòng)物和昆蟲(chóng)體型變大，種類也變多。密西西比亞紀(jì)的赤道淺海生成了大規(guī)模的珊瑚，多種海洋生物棲息期間。鯊魚(yú)和硬骨魚(yú)主宰的海洋，但與如今的樣貌都差異很大，貝類沉積物和其他海洋生物的殘骸，形成了大規(guī)模的海洋灰?guī)r。
蕨類這塊發(fā)現(xiàn)于摩洛哥的石炭紀(jì)蕨葉化石碎片與現(xiàn)存蕨類植物相似。成煤森林中的蕨類植物大小各不同，有些能夠長(zhǎng)成像樹(shù)一樣高大茂盛。如今蕨類植物仍然繁茂，現(xiàn)存有12000多個(gè)品種。
石炭紀(jì)蕨類化石
鱗木化石這是一塊兒已成化石的石松類植物鱗木，發(fā)現(xiàn)于蘇格蘭的成煤森林，展示出一組菱形疤痕和葉坐——葉子生長(zhǎng)過(guò)程中掉落前與樹(shù)干相連的地方。
石炭紀(jì)鱗木化石細(xì)節(jié)
尤克里塔螈這是一塊從蘇格蘭石炭紀(jì)灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)的早期四足動(dòng)物的頭骨化石，長(zhǎng)八厘米。這塊化石被稱為黑湖優(yōu)克里塔螈來(lái)自，它結(jié)合了兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物的特征。
尤克里塔螈頭部化石
樹(shù)根化石這是煤礦森林中的石松類植物鱗木的樹(shù)根化石，位于今英國(guó)曼切斯特市。由于樹(shù)根被發(fā)現(xiàn)時(shí)與這棵樹(shù)的樹(shù)干和樹(shù)葉分開(kāi)，所以人們給他起了一個(gè)不同的名字——根座。這種樹(shù)有些能長(zhǎng)到40米高。
石炭紀(jì)巨大的樹(shù)根化石
最早的四足動(dòng)物近幾年來(lái)，人們從蘇格蘭的東基爾克頓灰?guī)r開(kāi)采地發(fā)現(xiàn)了一些屬于密西西比亞紀(jì)（石炭紀(jì)早期）的有趣化石。這些化石動(dòng)物群包括不同的早期四足動(dòng)物：諸如西瓦螈和一種結(jié)合了兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物特征的尤克里塔螈，以及幾乎是真正的爬行動(dòng)物的西洛仙蜥。東基爾克頓發(fā)現(xiàn)的四足動(dòng)物構(gòu)成的世界上已經(jīng)知曉的最古老的陸地脊椎動(dòng)物群。
火山之下東基爾克頓的灰?guī)r非比尋常，因?yàn)樗麃?lái)自淡水非咸水，最初分布在火山活動(dòng)活躍的山腳下的小湖泊中。火山巖和熔巖上形成富含礦物質(zhì)的土壤，促進(jìn)了石松（石松類植物）木賊（楔葉類植物）蕨（種子蕨類）和種子植物（裸子植物）等蒼翠植物的生長(zhǎng)。森林為多種多樣的陸地生物提供了食物，包括四足動(dòng)物和非脊椎動(dòng)物中的蝎子、多足類動(dòng)物、板足鱟和盲蛛。暴風(fēng)雨，森林火災(zāi)乃至洪水都會(huì)周期性的毀滅這些區(qū)域，植物碎片和動(dòng)物標(biāo)本被沖入湖泊中，在那里腐爛變質(zhì)，并很快被保護(hù)性沉積物覆蓋，從而形成保存完整的化石。
石炭紀(jì)復(fù)原圖
陸地食物鏈陸地食物鏈仍然有賴于腐生的節(jié)肢動(dòng)物，這些生物以腐爛的植物為食，如螨蟲(chóng)和馬陸（俗稱千足蟲(chóng)）。但這個(gè)生物群也有許多發(fā)展，包括已知最早的盲蛛（蛛形動(dòng)物）和最早的呼吸空氣的蝎類——普摩諾蝎，這是一種龐大而又活躍的食肉動(dòng)物，身體長(zhǎng)達(dá)七十厘米，即便是這種龐大的，令人印象深刻的動(dòng)物也被當(dāng)?shù)氐娜N生物給比了下來(lái)。水生巨蝎像一只巨大的被壓平的流線型大蝦，頭盾寬65厘米，長(zhǎng)度可達(dá)三米，盡管他可能是有史以來(lái)最大的節(jié)肢動(dòng)物，卻只以小動(dòng)物為食。
西洛仙蜥是一種四足脊椎動(dòng)物，長(zhǎng)達(dá)20厘米，一度被人認(rèn)為是世界上最為古老的爬行動(dòng)物。然而后來(lái)證明他并非爬行動(dòng)物，因?yàn)樗哂械脑S多特征，尤其是足踝和腭。使得他更像原始的四足動(dòng)物，而非真正產(chǎn)卵的爬行動(dòng)物。
西洛仙蜥復(fù)原圖
最早的陸生脊椎動(dòng)物群體人們從蘇格蘭的東基爾克頓淡水灰?guī)r中挖掘出了大量的化石，使我們得以一窺地球過(guò)去的面貌。遍布石松、種子植物和樹(shù)蕨的濃密熱帶森林，覆蓋在火山的矮坡和小湖泊的岸邊。水中魚(yú)兒自由地游弋，兩棲四足動(dòng)物和板足鱟伴游其旁。其它四足動(dòng)物如昔洛仙溪蜥更適應(yīng)陸地生活，并且要和大型的危險(xiǎn)的動(dòng)物蝎子競(jìng)爭(zhēng)謀食。
在基爾克頓的其他發(fā)現(xiàn)從東基爾克頓發(fā)現(xiàn)的脊椎動(dòng)物，包括一些小型身體長(zhǎng)50厘米的兩棲動(dòng)物，與今天的鮭魚(yú)相似。它們的肢體和足踝表明它們主要棲息在路地上，但與所有的兩棲動(dòng)物一樣，他們也受到返回水中繁衍的限制。另外，還可以看出它們的頭部發(fā)生了巨大的變化，使得聽(tīng)小骨發(fā)育成能夠探查空氣中聲音的結(jié)構(gòu)。它們嘴里長(zhǎng)滿小顆尖牙，是湖岸邊最活躍的食肉動(dòng)物。
體型稍小的石灰螈類與爬行動(dòng)物相似，身體長(zhǎng)約30厘米，也在這一時(shí)期出現(xiàn)。它們腕關(guān)節(jié)和足踝關(guān)節(jié)發(fā)育不良，所以更適合在水中游泳，而不是在陸地上行走。其它兩棲動(dòng)物還有蛇螈，這是一種像蛇一樣的奇異生物，他的脊椎中有200根脊椎骨，身體長(zhǎng)度可達(dá)一米，也是陸地上的食肉動(dòng)物。
樹(shù)蕨現(xiàn)存的少數(shù)樹(shù)蕨與他們石炭紀(jì)的祖先非常相似，樹(shù)冠長(zhǎng)滿長(zhǎng)達(dá)三米的葉子，若非根系發(fā)達(dá)，這種植物很容易傾倒 。
現(xiàn)存樹(shù)蕨
四足動(dòng)物化石西瓦螈貌似鮭魚(yú)，身長(zhǎng)40厘米，是石灰蜥類最古老的品種之一，也是已滅絕的具有諸多爬行動(dòng)物特征的四足動(dòng)物。
石炭紀(jì)四足動(dòng)物化石
水生生物東基爾克頓石灰紀(jì)的湖泊中生活著種類繁多的魚(yú)類。共有六種硬骨魚(yú)，兩種棘魚(yú)和兩種鯊魚(yú)。之所以會(huì)有如此豐富的生物，最有可能解釋便是這個(gè)湖泊曾于大片水體相連，從周圍填充過(guò)來(lái)的火山灰或許形成了一道天然屏障，將生物與之前的棲息地隔絕開(kāi)來(lái)，把他們困在無(wú)可逃脫的環(huán)境中。
陸蝎這塊保存完整的化石是世界上已經(jīng)知曉的最古老的陸蝎——普摩諾蝎。這種蝎具有用來(lái)呼吸空氣的非凡結(jié)構(gòu)，稱為書(shū)肺，這一結(jié)構(gòu)如今在一些動(dòng)物身上仍然可以看到。
陸蝎化石
煤炭與爬行動(dòng)物石炭紀(jì)晚期的低洼濕地森林和泥炭沼經(jīng)歷2000萬(wàn)年才形成了如今世界上超大規(guī)模的煤礦。自18世紀(jì)晚期工業(yè)革命以來(lái)，人類用了近200年就將把這些資源燃燒殆盡。如此快速的消耗煤礦僅有的幾個(gè)好處之一，就是為我們見(jiàn)識(shí)石灰紀(jì)晚期的生命提供了無(wú)可估量的材料。最重要的是，它揭示了當(dāng)時(shí)曾有一種四足動(dòng)物演化到了能產(chǎn)帶殼卵的地步，這證明爬行動(dòng)物時(shí)代到來(lái)了。
煤炭的形成從被海洋灰?guī)r占據(jù)的密西西比亞亞紀(jì)（石炭紀(jì)早期）到賓夕法尼亞亞紀(jì)（石炭紀(jì)晚期），環(huán)境變化留下了可供研究的痕跡，歷經(jīng)2000萬(wàn)年的海洋擴(kuò)張和陸地消失，海平面和全球溫度終至高峰，并開(kāi)始急劇下降。大規(guī)模的森林沼澤和泥炭沼逐漸在新陸地上生成，由植物殘骸形成的有機(jī)沉淀物積累起來(lái)。這些殘骸堆積形成了最早的大規(guī)模煤層，這些地方厚達(dá)上百米。
石炭紀(jì)森林復(fù)原圖
石炭紀(jì)的爬行動(dòng)物當(dāng)時(shí)的化石群最為顯著的特征之一，便是沉積物中出現(xiàn)了許多大樹(shù)的樹(shù)干和更大型的植物。更為令人驚奇的是，這些樹(shù)干里還有已經(jīng)知曉的最古老的產(chǎn)卵爬行動(dòng)物化石林蜥和古窗龍。
石炭紀(jì)爬行動(dòng)物復(fù)原圖
這些最早的爬行動(dòng)物體型較小，長(zhǎng)度僅為20厘米，與現(xiàn)今的食蟲(chóng)蜥蜴相似。它們可能從直徑大約為一厘米的極小的蛋中孵化，早期的四足動(dòng)物的頭部為體長(zhǎng)的三分之一，而這類爬行動(dòng)物的頭僅為體長(zhǎng)的五分之一，這類爬行動(dòng)物的頭骨結(jié)構(gòu)比之前的兩棲動(dòng)物更高級(jí)，能夠?yàn)楦?，更?qiáng)壯的顎部肌肉提供更多的空間。它們由于食物豐富而能夠生活在路地上，其食物為小型節(jié)肢動(dòng)物，如馬陸、蜘蛛，昆蟲(chóng)。它們的牙齒微小而鋒利，能夠刺穿節(jié)肢動(dòng)物堅(jiān)硬的外骨骼。
樹(shù)干中的遺體從新科舍喬金斯的石炭紀(jì)沉積物中，人們?cè)?0個(gè)大樹(shù)殘骸里找到了190塊小型兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物的骨骼化石。對(duì)于中空的樹(shù)木中出現(xiàn)脊椎動(dòng)物，人們有著不同的解釋。有人說(shuō)他們本身就棲息于此于，有人說(shuō)這些動(dòng)物們掉進(jìn)了大自然的瓶子陷阱而死，最近還有一種理論宣稱，這些動(dòng)物是藏進(jìn)那里，以躲避席卷沼澤的大火。
石灰紀(jì)中空樹(shù)干
木賊化石這塊化石中顯示出木賊交叉的莖及葉子的小圈兒特征，與現(xiàn)今幸存的小型植物相比，石炭紀(jì)許多木賊都長(zhǎng)得像樹(shù)一樣龐大。
木賊化石
叢林蜻蜓這種巨型蜻蜓翼展后長(zhǎng)達(dá)60厘米，棲息于石灰紀(jì)的森林中。他們是最早的會(huì)飛的生物，和如今的蜻蜓一樣，以體型更小的昆蟲(chóng)為食。
石炭紀(jì)叢林蜻蜓化石
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