石炭纪简史！！！

石炭纪是古生代的第五个纪，

起始于约3.59亿年前，

结束于约2.99亿年前，

对地球能源的形成与储备

具有深远的意义。

（图源@Walter B. Myers/en.wikipedia.org/flickr.com/Public Domain）

在这个时期，

由于陆地面积不断增加，

气候温暖湿润，

地球上的生命进入了

另一个独特的繁荣时代。

石炭纪海百合茎化石（图源@James St. John/flickr.com）

石炭纪植物化石（图源@James St. John/flickr.com）

“巨虫时代”降临，

植物繁茂非常，

石炭纪究竟是什么样？

让我们一起揭秘谜底！

（图源@Earth 2.0/youtube.com）

01

年代地层单位“石炭系”的现代名字

（Carboniferous）

是由William Conybeare和

William Phillips两位学者

根据英格兰北部含煤地层

于1822年命名。

（图源@wikipedia.org）

在20世纪之前，欧洲地区

分别出现过很多石炭系的阶名，

例如，在西欧，有源自法国的

斯蒂芬阶（Stephanian），

和来自德国西部的

威斯发阶（Westphalian）等，

这些阶名代表了西欧广泛分布的

海陆交互相含煤地层。

法国的斯蒂芬阶（Stephanian）地层（图源@文献[4]）

在东欧，则出现了命名于

俄罗斯莫斯科盆地的

谢尔普霍夫阶（Serpukhovian）、

莫斯科阶（Moscovian）和

格舍尔阶（Gzhelian）等，

对应于海相碳酸盐岩地层。

俄罗斯莫斯科盆地的谢尔普霍夫阶（Serpukhovian）（图源@文献[5]）

1975年，在莫斯科召开的

第八届石炭系地质大会首次提出了

目前被广泛接受的划分方案, 

即将石炭系分为密西西比亚系

和宾夕法尼亚亚系。

（图源@国际年代地层表202309）

前者从老至新包括

杜内阶、维宪阶和谢尔普霍夫阶, 

后者包括巴什基尔阶、

莫斯科阶、卡西莫夫阶和格舍尔阶。

这个划分方案综合了西欧、俄罗斯盆地和

北美海相地层的情况，

得到了世界上较为广泛的认可。

欧洲石炭纪褶皱地层（图源@Steve Peacock/flickr.com）

中国石炭纪地层单位的建立与应用

始于我国第一代地质学家

丁文江等人的工作努力。

随着时间发展，

在20世纪80~90年代，

中国区域性的年代地层划分

被大量建立起来。

丁文江（图源@image.baidu.com）

目前来看, 中国区域性石炭纪

年代地层的划分包括两个亚系, 

下部的丰宁亚系和上部的壶天亚系, 

分别对应国际标准的

密西西比亚系和宾夕法尼亚亚系，

两个亚系又可各划分为两个统。

国际上主要地区的石炭纪年代地层划分和对比（图源@文献[1]）

牙形刺作为石炭纪

年代地层划分的首要门类，

扮演着举足轻重的角色；

紧随其后的是有孔虫，

宛如一座桥梁，

巧妙地连接着斜坡相与浅水相地层，

为地质对比提供了宝贵依据。

有孔虫生物（图源@en.wikipedia.org/Public Domain）

菊石作为斜坡相地层中的璀璨“明珠”，

于欧洲石炭系早期研究中，

频繁地被选为标准化石，

用以精确划分并对比石炭纪地层。

此外，在浅水台地相的

石炭系划分与对比工作中，

腕足类与四射珊瑚

同样占据了举足轻重的地位。

石炭系腕足类和双壳类化石（图源@Wilson44691/en.wikipedia.org）

我国石炭系可划分为

4个地层大区：准噶尔-兴安大区、

塔里木-华北大区、羌塘-华南大区和

西藏-滇西大区，

不同区域的石炭纪岩石地层

具有不同的沉积特征。

中国石炭纪岩石地层分区及对比（图源@文献[1]）

石炭纪期间，强烈的气候分异

和古地理隔离，使世界各个大区间

海洋生物交流不畅, 

从而导致全球生物地层对比困难，

石炭系界线型研究受阻。

因此目前石炭系还有

密西西比亚系的谢尔普霍夫阶, 

宾夕法尼亚亚系的莫斯科阶、

卡西莫夫阶和格舍尔阶，

4个阶的底界界线层型仍未确立。

石炭纪大陆分布（图源@Silica Cat/en.wikipedia.org）

02

石炭纪是地质史上

主要的成煤时期，

曾存在过极其丰富的植物类群，

包括‌蕨类植物、‌裸子植物和

一些早期被子植物。

石炭纪地层（图源@Silica Cat/en.wikipedia.org）

蕨类植物是石炭纪时期

陆地上最主要的植物类群，

如鳞木类和‌封印木类。

在当时潮湿的陆地上，

以及沼泽河流边，到处生长

着高大的“树蕨”形成森林。

石炭纪森林（图源@en.wikipedia.org/Public Domain）

而这些蕨类植物在死后，

长期埋藏于地下，

逐渐炭化变质成煤，

为后来的工业革命

提供了重要的能源来源。

石炭纪煤层剖面（图源@James St. John/flickr.com）

在石炭纪晚期，

裸子植物开始出现，

这些植物具有维管束和

产生种子的能力，

其胚珠裸露，没有子房壁保护。

代表种类如科达树，

是一属已灭绝的高大树状植物，

被认为是现今银杏类与

松柏类植物的祖先。

科达树叶化石（图源@en.wikipedia.org）

石炭纪是四足动物发展的重要时期，

这一时期的四足动物种类繁多，

迅速分化，形态各异，

适应了不同的生存环境，

有些个体长度可以达到6米。

石炭纪四足动物彼得普斯螈化石（上图源@Neil Pezzoni/en.wikipedia.org；下图源ДиБгд/en.wikipedia.org）

除此之外，一些其他的

令人震惊的“巨兽”

也登上陆地生命系统的舞台，

如各类巨型节肢动物出现。

（图源@Earth 2.0/youtube.com）

节胸属，又称节胸蜈蚣属，

是石炭纪的倍足纲动物，

体长在0.3至2.3米之间，

宽度可达50厘米，

是目前已知陆地上最大的无脊椎动物，

是现今马陆的远古亲属。

节胸蜈蚣（上图源@Ghedoghedo/en.wikipedia.org；下图源Junnn11/en.wikipedia.org）

巨脉蜻蜓，是3亿年前

石炭纪的一种已灭绝昆虫，

与现今的蜻蜓有亲缘关系，

外型接近，翼展范围

65厘米~70厘米，

是目前已知地球上

曾出现的最大飞行昆虫。

巨脉蜻蜓化石（上）（图源@Gaëlle DOITTEAU/en.wikipedia.org/www.gbif.org/occurrence/419040653）

巨脉蜻蜓复原（下）（图源@Qohelet12/en.wikipedia.org）

肺蝎是石炭纪时期巨大的蝎子之一，

全长可达70厘米，

是可怕的杀手，

主要捕捉其他节肢动物作为食物，

尾刺足以放倒一些小型四足动物。

肺蝎化石产地（上）（图源@Anne Burgess/en.wikipedia.org）

肺蝎复原（下）（图源@Junnn11/en.wikipedia.org）

曾经在泥盆纪海洋中

占支配作用的盾皮鱼类

在泥盆纪后期灭绝事件后

再没有出现过。

石炭纪海中的鱼类主要是

活动灵便的软骨鱼类和辐鳍鱼类。

尤其是软骨鱼类，

占据了海中的支配地位。

石炭纪软骨鱼类Akmonistion复原（鲨类）（图源@SharkingAround/en.wikipedia.org）

大多数石炭纪海鱼的种类

都是通过牙齿、鳍刺和

小骨等化石来描述的，

而通常较小淡水鱼的化石

则可能完整保存下来。

石炭纪鱼类Acanthodes复原（图源@SeismicShrimp/en.wikipedia.org）

头足类、腕足类、

海百合、珊瑚等生物

也各自演化繁殖，

共同构成了石炭纪海洋的

丰富生物多样性。

附着圆锥形盘状腹足类的石炭纪海百合花萼化石（图源@Wilson44691/en.wikipedia.org/Public Domain）

03

石炭纪雨林崩溃（CRC）是

一次著名的小灭绝事件，

具体发生在石炭纪莫斯科阶末期，

并持续到宾夕法尼亚纪的

卡西莫瓦阶早期。

它改变了覆盖欧洲和北美、

赤道地区的大片煤炭森林分布，

可能将其分割成孤立的

植被生态“岛屿”，

这促使了生物体型

由“巨人症”向“侏儒症”转变，

不久之后，许多动植物物种灭绝。

据研究，崩溃是通过一系列的

步骤变化而逐渐发生的。

在最早的卡西莫夫时期，

主要的石松类植物突然灭绝，

并且以树蕨为主的生态系统发生了变化。

石松类化石（图源@Michael C. Rygel/en.wikipedia.org）

热带雨林逐渐支离破碎，

氧气浓度下降和栖息地的破碎化

使大型石炭纪节肢动物迅速减少，

并走向灭亡，

两栖动物也因此受到了严重打击。

（图源@Earth 2.0/youtube.com）

关于石炭纪雨林崩溃的原因

有几种假设：包括冰期的交替、

气候突变以及火山喷发等。

（图源@摄图网）

但无论如何值得庆幸的是，

崩溃后每个幸存的雨林“岛屿”

随着时间流逝，都慢慢发展出了

自己独特的新物种组合，

一些生物获得了新的生态位和

新的摄食策略，

地球上大片地区

继续存在产煤热带森林，

但其范围和组成发生了变化。

石炭纪崩溃后产煤森林植被化石（图源@Daderot/en.wikipedia.org/）

从繁荣到衰退，

从衰退到复苏，

发生在石炭纪时期的秘密

有太多太多

值得我们进行深入的研究探索！

还想了解更多地质年代知识吗？

「地球印迹周历2025」

正在热销！

精美化石套盒

等你来拿！

▲点击图片购买▲

每次的翻页，

都是对地球沧桑巨变的一次深刻致敬。

探索地球沧桑巨变，

见证时间亿年流转！

一起开启地质时光之旅吧！

参考资料：

[1] 王向东,胡科毅,郄文昆,等.中国石炭纪综合地层和时间框架[J].SCIENTIA SINICA Terrae, 2019, 49(1):139-159.DOI:10.1360/N072017-00311.

[2] 张雄华,黄兴,张孟,et al.中国石炭纪构造-地层区划与地层格架[J].地学前缘, 2021, 28(5):362-379.DOI:10.13745/j.esf.sf.2020.12.5.

[3]毛翔,李江海.全球石炭纪煤的分布规律[J].煤炭学报, 2014, 39(A01):6.DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0705.

[4] GAND G., GALTIER J., GARRIC J., TEBOUL P.-A. & PELLENARD P. 2013. — Discovery of an Autunian macroflora and lithostratigraphic re-investigation on the western border of the Lodève Permian basin (Mont Sénégra, Hérault, France). Paleoenvironmental implications. Comptes Rendus Palevol 12 (2): 69-79. https:///10.1016/j.crpv.2013.01.003

[5] Zh Z G, Zhaimina V Y, Fazylov E M, et al. 36 UPPERMOST DEVONIAN AND CARBONIFEROUS CARBONATE BUILDUPS AND BOUNDARY STRATOTYPES[J].

[6]徐兴,张广忠.鲁西石炭纪煤系中的火山事件沉积[J].沉积学报, 1993, 11(3):12.DOI:CNKI:SUN:CJXB.0.1993-03-013.

[7] 王鸿祯,杨森楠,刘本培.中国及邻区构造古地理和生物古地理[M].中国地质大学出版社,1990.

[8] 俞建章.石炭纪二叠纪珊瑚[M].吉林人民出版社,1983.

YouTube、Encyclopedia of Geology、维基百科、搜狐、百度百科等