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第58章 因煤炭而得名的石炭纪

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石炭纪是古生代的第5个纪,开始于距今3.5亿年,开始于距今约3.55亿年至2.95亿年,延续了约6500万年。它分为两个时期:始石炭纪(又叫密西西比纪,3亿2000--3亿5000万年前)、和后石炭纪(又叫宾夕法尼亚纪,2亿8600--3亿2000万年前)。

石炭纪是植物世界大繁盛的代表时期。由于这一时期形成的地层中含有丰富的煤炭,因而得名“石炭纪”。据统计,属于这一时期的煤炭储量约占全世界总储量的50%以上。

实际生活中,煤不仅是重要能源,也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。应用于电力、钢铁、水泥、化工四大行业。

石炭纪是地壳发展史上重要的造山时期,地壳上分布最广的晚古生代海西山系的雏型,基本上在石炭纪形成。早石炭世末期的苏台德运动是晚古生代最主要一次构造变动,使北美的阿帕拉钦地槽、西欧的莱茵海西地槽、欧亚交界的乌拉尔地槽等的主体部分皱起形成山系;西伯利亚地台以南的辽阔地槽区,大致可以中天山--NMG自治区南部一线为界,其北部石炭纪陆相为主,苏台德运动也明显存在。石炭纪的古气候问题中最令人注意的是:岗瓦纳大陆自石炭纪末至二叠纪初的大规模的冰川活动现象、持续时间长达5000万年,属极地大陆冰盖类型。

石炭纪时期气候分异现象十分明显,北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区,冈瓦纳大陆却为寒冷的大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。陆生植物从滨海地带向大陆内部延伸,并得到空前发展,形成大规模的森林和沼泽,给煤炭的形成提供了有利条件,所以,石炭纪成为地史时期最重要的成煤期之一。按照地理环境不同,科学家们根据石炭纪的植物分布特点划分出各具特色的植物地理区,每一植物地理区都有自己的特色植物群和一定的生态特征。

在石炭纪晚期,脊椎动物演化史出现一次飞跃,从此摆脱了对水的依赖,以适应更加广阔的生态领域,以北美宾夕法尼亚早期地层中的林蜥为代表。

石炭纪陆生生物飞跃发展,海生无脊椎动物也有了显着的变化。早石炭世晚期的浮游和游泳的动物中,出现了新兴的筳类,成为海生无脊椎动物中最重要的类群。石炭纪有个别名叫“巨虫时代”,因为当时大气含氧量很高,虫子长得特别大。其中有些蜻蜓个体巨大,两翅张开大者可达70cm。生活在陆上的昆虫,如蟑螂类和蜻蜓类,是石炭纪突然崛起的一类陆生动物,他们的出现与当时茂盛的森林密切相关。

腕足动物尽管在类群上减少,但数量多,浅海底栖动物中仍以珊瑚、腕足类为主。头足类则以菊石迅速发展为主。三叶虫到石炭纪已经大部分绝灭,只剩下几个属种。

最早发现于泥盆纪的昆虫类,在石炭纪得到进一步的繁盛,已知石炭、二叠纪的昆虫就达1300种以上。陆生脊椎动物进一步繁盛,两栖动物占到了统治地位。早石炭世一开始,两栖动物蓬勃发展,主要出现了坚头类(也称迷齿类),同时繁盛的还有壳椎类。

在石炭纪的森林中,既有高大的乔木,也有茂密的灌木。乔木中的木贼根深叶茂,木贼的茎可以长到20--40厘米粗,它们喜爱潮湿,广泛分布在河流沿岸和湖泊沼泽地带。石松是另一类乔木,它们挺拔雄伟,成片分布,最高的石松可达40米。石炭纪时,早期的裸子植物(如苏铁、松柏、银杏等)非常引人注目,但蕨类植物的数量最为丰富。蕨类植物是灌木林中的旺族,它们虽然低矮,但大量占据了森林的下层空间,紧簇拥挤,蒸蒸日上。今天地球上之所以蕴藏有如此丰富的煤炭资源,与石炭纪植物界的繁盛密切相关。中国是煤炭资源大国,有科学家曾经指出,石炭纪森林的广袤和茂密可以从中国所产煤层的厚度上看出来,有的煤层厚度竟然超过120米,这相当于2440米的原始植物质的厚度。

早石炭世的植物面貌与晚泥盆世相似,古蕨类植物延续生长,但只能适应于滨海低地的环境;晚石炭世植物进一步发展,除了节蕨类和石松类外,真蕨类和种子蕨类也开始迅速发展。裸子植物中的科达树是一种高大的乔木,成为造煤的重要材料之一。

植物是怎样变成煤炭的呢?由于石炭纪的植物种类繁多,生长迅速,它们死后即便有一部分很快腐烂,但仍有许多枝干倒伏后避免了风化作用和细菌、微生物的破坏。石炭纪森林的不少林地是被水浸泡着的沼泽地,死亡后的植物枝干很快会下沉到稀泥中,那里实际上是一种封闭的还原环境,在这种环境中植物枝干避免了外界的破坏,并在压实作用和其它作用下缓慢地演变成泥炭。年复一年,由植物形成的泥炭在地层中得到保存,并又经历了成煤作用后成为初级的煤炭-褐煤。褐煤是一种劣质煤,褐煤再经过长时间的压实后,才能形成真正意义上的煤--烟煤。褐煤转化成烟煤要付出巨大的“代价”,据地质学家们推算,0.3米厚的烟煤是由6米厚的象褐煤这样的植物质压缩而成的。

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