Кам’яновугільний період (карбон) – п’ятий геологічний період палеозойської ери тривалістю близько 60 млн років. Почався 358,9 ± 0,4 млн років тому, а закінчився 298,9 ± 0,15 млн років тому.

Кам’яновугільний період поділяється на два субперіоди – Міссісіпій і Пенсільваній, в кожному з яких виділяють епохи – нижню, середню і верхню.

Тектоніка

На початку кам’яновугільного періоду значна частина земної суші була зібрана в два величезних суперматерики: Лавразію на півночі і Гондвану на півдні. Протягом пізнього карбону обидва суперматерики неухильно зближалися один з одним. Цей рух призвів до формування нових гірських ланцюгів, що утворилися по периферії континентів і які були буквально затоплені потоками лави, що виливалася з надр Землі. Клімат помітно охолов, і, поки Гондвана «перепливала» через Південний полюс, планета пережила щонайменше два періоди зледеніння.

Впродовж кам’яновугільного періоду кілька разів змінювались обриси материків і океанів, виникали нові гірські хребти, моря, острови. На початку карбону відбувалося значне опускання суші. Море затопило значні площі Атлантії, Азії, Гондвани. Зменшилися площі великих островів. Зникли під водою пустині північного континенту. Клімат став дуже теплим і вологим.

У нижньому карбоні починається значний горотвірний процес: формуються Арденн, Гарц, Рудні гори, Судети, Атлаські гори, Австралійські Кордильєри, Західно-Сибірські гори. Характерна потужна регресія морів.

У середньому карбоні суша знову опускається, але значно менше, ніж у нижньому. У міжгірних улоговинах нагромаджуються потужні товщі континентальних відкладів. Формується Східний Урал, Пеннінські гори.

У верхньому карбоні море знову відступає. Значно зменшуються внутрішньоконтинентальні моря. На території Гондвани виникають великі льодовики, в Африці й Австралії – дещо менші. Наприкінці періоду формується Центральний Урал.

Гідросфера й атмосфера

Кам’яновугільний період інколи називають періодом кисню, адже максимальна його концентрація в атмосфері Землі – до 35 відсотків, спостерігалася саме у карбоні.

Пересічні глобальні температури в ранньому карбоновому періоді загалом були високими, складаючи приблизно +20 °C (для порівняння сучасна складає +16 °C. Однак похолодання впродовж середнього карбону відобразилося у поступовому зниженні пересічної температури до +12 °C.

Посилена вулканічна діяльність у карбоні спричинила насичення атмосфери вуглекислим газом. Вулканічний попіл, який є чудовим добривом, зробив родючими карбонові ґрунти. Проте, рівень діоксиду вуглецю в атмосфері впав протягом періоду карбону з приблизно 8-кратного перевищення поточного рівня до рівня, подібного до сьогоднішнього в кінці карбону. Відсутність річних кілець скам’янілих дерев свідчить про відсутність сезонів тропічного клімату. Зледеніння Гондвани, спричинене її рухом на південь, продовжувались і у перському періоді, тому через відсутність чітких маркерів, відклади цього льодовикового періоду за віком часто називають пермсько-карбоновими.

Охолодження та посухішання клімату призвело до колапсу тропічних лісів пізнього карбону (CRC). Спочатку такі ліси займали окремі розрізнені ареали, а потім були врешті-решт спустошені зміною клімату

У кінці карбону в Європі й Північній Америці клімат змінюється, стає частково помірним, а подекуди жарким і сухим.

Органічний світ

Теплий і вологий клімат панував на материках тривалий час, що призвело до формування надзвичайно сприятливих умов для розвитку наземної флори. Серед вищих рослин кам’яновугільного періоду вже домінували кущі, дерева і трав’янисті рослини, життя яких, однак, було ще тісно пов’язане з водою.

Великого розвитку в кам’яновугільний період досягли плауноподібні, членистостеблові й папоротеві, які дали велику кількість деревовидних форм.

Деревовидні плауноподібні сягали 2 м у діаметрі й до 40 м у висоту. У них ще не було річних кілець. Порожній стовбур з могутньою розгалуженою кроною надійно утримувався в пухкому ґрунті великим кореневищем, яке розгалужувалось на чотири головні гілки. Ці гілки в свою чергу дихотомічно ділилися на кореневі відростки. Їх листки, до метра завдовжки, густими пучками прикрашали кінці гілок. На кінцях листків були бруньки, в яких розвивалися спори. Стовбури плауноподібних були вкриті лускою – рубцями. До них кріпилися листки.

Росли вони переважно серед величезних боліт та озер, поблизу солонуватоводних лагун, на узбережжях морів, на вологому мулистому ґрунті. Способом життя нагадували сучасні мангрові, які ростуть на низинних берегах тропічних морів, у гирлах великих річок, у болотистих лагунах, піднімаючись вад водою на високих коренях – ходулях.

У цей період були поширені й гігантські плауноподібні – лепідодендрони з ромбічними рубцями на стовбурах і сигілярії з шестигранними рубцями. На відміну від більшості плауноподібних для сигілярій був характерний майже не розгалужений стовбур, на якому виростали спорангії. Серед плауноподібних зазнали поширення й трав’янисті рослини, які повністю вимерли у пермський період.

Членистостеблові рослини діляться на дві групи: клинолисті й каламіти. Клинолисті були водяними рослинами. Вони мали довге, членисте, злегка ребристе стебло, до вузлів якого кільцями прикріплювалися листки. Брунькоподібні утвори містили спори. На воді клинолисті трималися довгими розгалуженими стеблами подібно до сучасного водяного жовтцю. Клинолисті з’явилися у середньому девоні й вимерли у пермський період.

Каламіти були деревовидними рослинами до 30 м заввишки. Вони утворювали болотяні ліси. Деякі види каламітів проникли далеко на материк. Їхні стародавні форми мали ще дихотомічні листки. Пізніше переважати стали форми з простими листками і річними кільцями. У цих рослин дуже розгалужене кореневище. Часто із стовбура виростало додаткове коріння й гілки, вкриті листками.

Наприкінці карбону з’являються перші представники хвощових – невеликі трав’янисті рослини. Серед карбонової флори визначну роль відігравали папороті, зокрема трав’янисті, що за будовою нагадували псилофітів, і справжні папороті – великі деревовидні рослини, які кореневищем закріплювалися в м’якому ґрунті. Вони мали шершавий стовбур з численними гілками, на яких росло широке папоротеподібне листя.

Голонасінні карбонових лісів належать до підкласів насінних папоротей та стахіоспермід. Їхні плоди розвивалися на листках, що є ознакою примітивної організації. Водночас лінійні або ланцетні листки голонасінних мали досить складне сітчасте жилкування.

Найдосконалішими рослинами карбону є кордаітові. Їхні циліндричні безлисті стовбури до 40 м заввишки розгалужувалися на гілки, які мали на кіпцях широкі лінійні або ланцетні листки із сітчастим жилкуванням. Чоловічі спорангії (мікроспорангії) мали вигляд бруньок. Із жіночих споргангіїв розвивалися горіхоподібні плоди. Результати мікроскопічного дослідження плодів показують, що ці рослини, подібні до цикадових, були перехідними формами до хвойних рослин.

У кам’яновугільних лісах з’являються перші гриби, мохоподібні рослини (наземні і прісноводні), які іноді утворювали колонії, і лишайники.

У морських і прісноводних басейнах продовжують існувати водорості: зелені, червоні й харові.

Розглядаючи кам’яновугільну флору в цілому, ми дивуємося різноманітності форм листків деревовидних рослин. Рубці на стовбурах рослин протягам усього життя тримали довге, ланцетне листя. Кінці гілок були прикрашені велетенськими листяними кронами. Інколи листки росли по всій довжині гілок.

Друга характерна ознака кам’яновугільної флори – це розвиток підземної кореневої системи. Надзвичайно розгалужене коріння розросталося в мулистому ґрунті і з нього виростали нові пагони.

Поширення одних і тих самих кам’яновугільних рослин від Північної Америки до Шпіцбергену свідчить про те, що від тропіків до полюсів панував досить рівномірний теплий клімат, який у верхньому карбоні на півночі змінився досить прохолодним. У прохолодному кліматі росли голонасінні папороті й кордаіти.

Ріст кам’яновугільних рослин майже не залежав від пір року. Він нагадував ріст прісноводних водоростей. Пори року, мабуть, мало відрізнялися одна від одної.

Вивчаючи кам’яновугільну флору, можна простежити еволюцію рослин. Схематично вона має такий вигляд: бурі водорості – псилофіти – папороті – птеридосперміди (насінні папороті) – хвойні.

Відмираючи, рослини кам’яновугільного періоду падали у воду, заносилися мулом і, пролежавши мільйони років, поступово перетворилися на вугілля. Кам’яне вугілля утворювалося з усіх частин рослини: деревини, кори, гілок, листків, плодів. На вугілля перетворювалися і тваринні рештки. Про це свідчить той факт, що рештки прісноводних і наземних тварин у карбонових відкладах зустрічаються порівняно рідко.

Морський тваринний світ карбону характеризувався різноманітністю видів. Надзвичайно поширені були форамініфери, зокрема фузулініди з веретеноподібними черепашками завбільшки із зернину.

У середньому карбові з’являються швагерини. їхня куляста черепашка була за розміром а невелику горошину. З черепашок форамініфер пізнього карбону регіонально утворилися поклади вапняків.

Серед коралів ще траплялися нечисленні роди табулят, але починали переважати хететиди. Поодинокі корали часто мали товсті вапнякові стінки. Колоніальні корали утворювали рифи.

У цей час інтенсивно розвиваються голкошкірі, зокрема морські лілії й морські їжаки. Численні колонії мохуваток іноді утворювали потужні вапнякові відклади.

Надзвичайно розвинулися плечоногі молюски, зокрема продуктуси, які за пристосуванням і географічним поширенням набагато перевищують усіх плечоногих на Землі. Розмір їхніх черепашок досягав 30 см у поперечнику. Одна стулка черепашки була опукла, друга – у формі плоскої кришечки. Прямий видовжений замковий край часто мав пустотілі шипи. У деяких форм продуктусів шипи були в чотири рази більші від діаметра черепашки. За допомогою цих шипів продуктуси трималися на листках водяних рослин, що переносили їх за течією. Інколи своїми шипами вони прикріплювалися до морських лілій або водоростей і жили біля них у завислому стані.

У кам’яновугільний період майже повністю вимирають наутилоідеї, за винятком наутилусів, які дожили до наших часів. Продовжують існувати ортоцераси, черепашки яких мали різко виражену зовнішню будову. Рогоподібно зігнуті черепашки циртоцерасів майже не відрізнялися від черепашок їхніх девонських предків. Амоніти представлені двома рядами – гоніатитами й агоніатитами, як і в девонському періоді; двостулкові молюски – одном’язові форми. Серед них багато прісноводних, які населяли карбонові озера і болота.

З’являються перші наземні гастроподи, які дихали легенями.

Трилобіти досягли великого розквіту в ордовицькнй і силурійський періоди. У кам’яновугільний збереглися лише нечисленні їхні роди і види.

Наприкінці кам’яновугільного періоду трилобіти майже повністю вимерли. Цьому сприяло те, що головоногі молюски й риби харчувалися ними, а також складали конкуренцію і щодо їхньої кормової бази. Будова тіла трилобітів була недосконалою: панцир не захищав черева, кінцівки були невеликі і слабкі. Трилобіти не мали органів нападу. Деякий час вони могли захищатися від хижаків, згортаючись, як сучасні їжаки. Але в кінці карбону з’явилися риби з могутніми щелепами, які розгризали їхній панцир. Тому від численного типу в пермський період зберігся лише один рід.

У прісноводних озерах кам’яновугільного періоду з’являються ракоподібні, скорпіони, комахи.

Справжнього розквіту комахи набули в кам’яновугільному періоді. Найменші з відомих видів були завдовжки 3 см, розмах, крил у найбільших (наприклад, у стенодіктії) досягав 70 см, у давньої бабки меганеври – 1-го метра. Тіло мегневри мало 21 сегмент. З них 6 складали голову, 3 – груди з чотирма крилами, 11 – черевце, кінцевий сегмент був схожий на шилувате продовження хвостового щита трилобітів. Численні пари кінцівок були почленовані. За їх допомогою тварина і ходила, і плавала. Молоді меганеври жили у воді, перетворюючись на дорослих комах внаслідок линянь. Меганеври мали міцні щелепи і складні очі.

У верхньому кам’яновугільному періоді давні комахи вимерли, їхні нащадки були більш пристосовані до нових умов життя. Прямокрилі в процесі еволюції дали термітів і бабок, евриптеруси – мурашок. Більшість стародавніх форм комах переходили до наземного способу життя лише у зрілому віці. Розмножувалися лише у воді. Отже, зміна вологого клімату на сухіший для багатьох давніх комах була катастрофою.

У кам’яновугільному періоді з’являється багато акул. Це ще були не справжні акули, які населяють сучасні океани, але порівняно з іншими групами риб вони були найдосконалішими хижаками. їхні зуби і плавцеві шипи інколи переповнюють кам’яновугільні відклади. Це свідчить про те, що карбонові акули жили в будь-якій воді. Зуби зазубрені, широкі, ріжучі, горбкуваті, бо акули живилися найрізноманітнішими тваринами.

Поступово вони знищили примітивних девонських риб. Ножеподібні зуби акул легко розгризали панцир трилобітів, широкі горбкуваті зубні пластинки добре подрібнювали товсті черепашки молюсків. Пилкоподібні, загострені ряди зубів давали можливість акулам живитися колоніальними тваринами. Форми і розміри акул були також різноманітні, як і їхній спосіб живлення. Деякі з них оточували коралові рифи і з швидкістю блискавок переслідували свою здобич, інші неквапливо полювали на молюсків, трилобітів або заривалися в мул і підстерігали здобич. Акули з пилкоподібним виростом на голові шукали жертв у заростях морських водоростей. Більші акули часто нападали на менших, тому в деяких з них для захисту у процесі еволюції виникли плавцеві шипи й нашкірні зуби.

Акули інтенсивно розмножувалися. Це зрештою призвело до перенаселення моря тваринами. Було знищено багато фори амонітів, зникли поодинокі корали, які були для акул легкодоступною поживною їжею, значно зменшилась кількість трилобітів, загинули усі молюски, які мали тонку черепашку. Тільки товсті черепашки спіріферів не піддавалися хижакам. Збереглися і продуктуси. Вони захищалися від хижаків довгими шипами.

У прісноводних басейнах кам’яновугільного періоду жило дуже багато емалеволускатих риб. Деякі з них стрибали по мулистому березі, як сучасні риби-стрибуни. Щоб урятуватись від ворогів, комахи залишили водне середовище і заселили сушу спочатку поблизу боліт і озер, а потім – гори і височини, долини й пустині кам’яновугільних материків.

Серед комах кам’яновугільного періоду немає бджіл і метеликів. Це зрозуміло, бо тоді ще не було квіткових рослин, чиїм пилком і нектаром живляться ці комахи.

Тварини, які дихали легенями, вперше з’явилася на материках девонського періоду. Це були земноводні. Теплий вологий клімат карбону був надзвичайно сприятливим для розквіту земноводних. Скелети їх ще не зовсім закостеніли, щелепи мали ніжні зубчики. Шкіра була вкрита лускою. За низький дахоподібний череп уся група земноводних дістала назву стегоцефали (панцироголові).

Розміри тіла земноводних коливалися від 10 см до 5 м. Більшість з них мала чотири ноги з короткими пальцями. Деякі мали кігті, що давало їм можливість лазити по деревах. З’являються й безногі форми. Залежно від способу життя земноводні набули тритоноподібної, змієподібної, саламандроподібної форм. У черепі земноводних було п’ять отворів: два носових, два очних й одне тім’яне око. В майбутньому це тім’яне око перетворилося на шишкоподібну залозу головного мозку ссавців. Спина у стегоцефалів була голою, а черево вкрите ніжною лускою. Населяли вони неглибокі озера і болотисті місця вздовж узбережжя.

Найхарактернішим представником перших плазунів був едафозавр. Він нагадував величезну ящірку. На спині мав високий гребінь з довгих кістяних шипів, з’єднаних між собою шкірястою перетинкою. Едафозавр був травоїдним ящером і жив біля кам’яновугільних боліт.

Корисні копалини

Морські осадові відклади кам’яновугільного періоду представлені переважно глинами, пісковиками, вапняками, сланцями і вулканогенними породами. Континентальні – вугіллям, глинами і пісками.

З кам’яновугільними відкладами пов’язані велика кількість кам’яновугільних басейнів, поклади нафти, заліза, марганцю, міді, вапняків.

Візуалізація статті нижче: