地球歷史上曾經發生過幾乎遍佈全球的森林大火,大火持續了約30年。
這場連續30年的全球森林大火,是後石碳紀後又一次全球生物大滅絕的主要推手之一。
在經歷約3.7億年前泥盆紀晚期物種大滅絕後,地球上的動植物消失大半。
直到幾百萬年後,早期植物才慢慢在中高緯度那些漂浮在海洋中的眾多小陸地上發展起來,因為那時大氣仍有泥盤紀火山活動留下的毒氣,因此陸地上少有動物。
那時地球上的大陸是分散成很多塊的,除了南方的岡瓦那古大陸在原地球南極區附近外,其它分離出的許多板塊都漂移到南半球中低緯度地區,及北半球部分地區。分佈在石碳紀早期廣闊的海洋中。由於各陸地主要是分散在海洋中的較小板塊,這些陸地沒有廣大的內陸縱深,陸地都離海岸不太遠,所以少有乾旱內陸區存在(南方的岡瓦那古大陸除外)。由於受海洋影響,當時陸地氣候溫暖潮溼,非常有利於植物生長。蕨類植物(還有部分裸子植物)首先生長,並在這些陸地上茂盛起來。
但是,石碳紀早期的1000多萬年時間裡,陸地上動物依然很少。後來陸地植物變得茂盛起來,透過這些植物1000多萬年的光合作用,地球大氣中氧的含量迅速增加,後來氧氣含量達到驚人的35%。陸地生存大為環境改善。在這一過程中,動物陸陸續續從海洋來到陸地。
石碳茂盛的森林和遍佈陸地的參天大樹,給來到大陸的動物提供了優越的生存環境。
早期從海洋來到陸地的是節肢動物,昆蟲類動物和兩棲類動物。當時節肢動物已經進化出了不依賴迴圈系統的呼吸功能,即直接以其遍佈體表的許多小呼吸器官,從外界直接呼吸氧氣,不經血液迴圈系統,直接供給體內需氧組織。這種高效直接吸收氧氣的方式,大大提高了其體內組織的供氧環境,和供氧效率,機體組織獲氧量和速度大大加快,加上當時大氣層中非常豐富的氧的含量(高達35%左右),這些為動物機體組織向更強更大的方向進化提供充分條件。
在此後的數千萬年時間中,大陸到處是體型較大的節肢動物和昆蟲類動物,以及爬行類動物。
石碳紀森林大樹多為蕨類植物,還有一種裸子植物-苛達樹高達50米,也是造煤主力
那時,遍佈全球各大陸的森林植物茂盛、為節肢類,昆蟲類動物和爬行類動物提供了無限優厚的食物。因此,石碳紀動物都體型龐大,如節肢類動物進化出了體型巨大的“蜈蚣“”,其體長達2.6米(化石記錄);昆蟲類動物中的巨型蜻蜓,其翼展近0.8米、體長近1.5米。當然,其它昆蟲同樣是體型碩大。
石碳紀蜻蜓翼展。08米左右,體長1.5,米左右,能捕食兔子般大的動物(圖片僅供參考)。
石碳紀森林中的巨型蜈蚣,它並不是真正蜈蚣,是節肢動物:巨型馬陸(圖片僅供參考)
石碳紀的天空還沒有恐龍出現,更加沒有鳥類出現,那時的天空只有蜻蜓,它是當時天空中最大的飛行動物,是天空的主宰者,巨蜻蜓是當時少有的肉食動物之一。
這些體型巨大的青蜓是石碳紀天空的絕對王者。在天空中它們沒有天敵,就像現在的禿鷲和老鷹一樣翱翔在高空中,俯視地面上像野兔,山羊般大小的動物,選定目標後就俯衝下來獵殺這些地面的“兔子”和“山羊”。
石碳紀的地球上大部分陸地都是被高大茂盛的樹林覆蓋。在長達5000多萬年的時間裡,陸地上高大的植物生長、死亡和再生長的不斷重複,造成大量的植物被堆積埋藏在淺表或者地下,經過長期的地質作用,形成了煤碳,這是就是地球上的造煤時期,叫石碳紀。
你無意夾起的藕煤,可能在地層中已渡過3億年了,三億年的寶貝讓你2小時燒成灰
到石碳紀晚期,即前3.06億年至前2.9億年之間,各大陸板塊開始聚集,各大陸間距離越來越近,形成了數個面積更大的陸地。
新的面積更大的陸地形成,使許多陸地由原來離海洋較近的潮溼陸地,變成了遠離海洋的內陸。在廣闊的內陸地區,氣候乾燥,極易出現高溫天氣和極端高溫,當環境溫度高到50—70度時,煤層內部升溫活動加快,區域性溫升達到300多度,淺層的煤炭被點燃,煤層開始自燃了,又由於環境乾燥,於是眾多森林被自然雷電和這些自燃煤點燃,很快形成整個大陸的大火,這些大火在持續的自燃煤火的作用下,連續燒了約30年。
還有一個因素,由於各大陸在相互聚集過程中,各板塊相交處地殼擠壓形成折皺,起伏,內部應力不平衡加劇,地殼很不穩定,在這些地方,火山地震頻發。這些火山同樣點燃了其附近的厚達三十多米的煤炭和遍佈大陸的森林,形成了眾多的煤炭自燃,同時引起整個大陸森林大火。
這幾乎遍佈整個大陸(除南方大陸外)的連續30年大火,將石碳紀高達40-50米的森林燃燒殆盡。導致大量的植物和動物死亡,森林消失,內陸地區大片陸地氣候惡化,大片陸地沙漠化。
同時煤炭自燃和樹木燃燒也加劇了地球大氣中氧氣的消耗,導致地球中氧氣含量快速下降。一方面是全球大火對氧氣的巨大消耗,另一方面是全球大火使森林大量消失,地球造氧能力迅速下降。
以前在含氧豐富,食物充足的優越生存環境中所進化出來的巨型昆蟲、節肢類動物和爬行動物,也因為優越條件的消失而慢慢消失。大火直接導致了石碳紀陸地盛行的巨型動物的滅絕。
森林大火或許不是石碳紀末期物種大滅絕的主要原因,但是長時間大面積的森林大火,直接導致當時地球產氧的主要工具-遍佈全球的森林消失,氧含量最終下降,陸地物種大量滅絕。
持續30年的全球森林大火,讓石碳紀晚期充滿生機的大陸從此失去往日繁榮
另外,由於大陸聚集,在原來的大陸架被抬升出水面,在這些淺海區經過幾千萬年沉浸起來的豐富有機物,暴露空氣中,被大量氧化,消耗了大氣中大量的氧氣。這也直接導致地球上氧氣迅速減少。
在以上幾個因素的綜合作用下,石碳紀晚期地球大氣中的氧氣迅速減少。
有報導,當時大氣中氧的含量最少到10%左右。全球性的氧氣含量急劇大幅下降,也是當時物種滅絕的主要原因之一。
同時,當時大面積的煤炭自燃也產生了大量的二氧化硫,加上過於活躍的火山也產生大量的二氧化硫,這些二氧化硫排放到大氣中,造成大量的太陽光被反射回太空,降低了地球接收太陽光的熱能,這客觀上降低了地球大氣的溫度。這也是後面的石碳紀---二疊紀大冰期產生的原因之一。
大面積煤層自燃,是造成當時全球大火的主要原因之一,同時也產生大量二氧化硫
石碳紀是地球大規模成煤時期,在5000多萬年的時間中, 遍佈主要大陸(除南方岡瓦納古大陸外)森林的光合作用,鎖住了大氣中大量的碳到植物體內。由於在當時陸地上能夠分解木質素的細菌還沒有出現,因此當時遍佈整個大陸的大量高大植物死去後,得以完整地保留在地上。這些死去的樹木,日積月累,形成了一次次豐厚的樹木堆積和一次次地質掩埋。這些聚集的枯樹在地層長期的高壓和特殊環境作用下,慢慢形成了煤炭,這就是石碳紀的由來。
由於上面的原因,石碳紀大氣層大量的二氧化碳被大量地以煤碳的形式鎖到地層中,直接導致大氣中的二氧化碳越來越少,到石碳後期,較低的二氧化炭含量導致地球氣溫比原來大幅降低 ,不知道這是否為後來的石碳紀----二疊紀大冰期形成的原因之一,至少它們之間有些關係。
由於原來是各大陸相互分開的,大陸和海洋接觸的大陸架和淺海區域面積相當廣闊。整個地球的大陸架的面積完全超過大陸的面積(除南方岡瓦納古大陸外)。這些大陸架及淺海區是當時海洋動植物最盛行的地區。在長達6000多萬年的時間裡,各種淺海海洋生物生長,和大陸河流給淺海區帶來大量的有機質土壤和大量植物堆集(那時沒有分解植物木質素的細菌,流到海洋中的植物驅幹,要麼被深埋,要麼被堆積近海中,沒有腐爛分解)。
到約2.9億年前,由於大陸板塊漂移的繼續,各大板塊又慢慢相互聚集,這導致大量的大陸架和淺海區被抬升露出海面成為陸地。我們不能忽略這個作用,當時沒有較多很大的陸地,而是眾多漂在大洋中的遠較現在大陸小的陸地,因此這些眾多小大陸周圍的大陸架和淺海區域面積相當可觀,幾乎是當時整個大陸面積的數倍,後來因板塊相互聚集擠壓,大量的淺海區消失,無凝是石碳紀末整個海平面下降的兩大主要原因之一(因為,隨著眾多板塊聚集在一起,淺海區面積大大宿小,這變向加大了海洋和深海區的總面積,而地球總水資源不變, 因此海平面大為降低),另一個原因是南極古大陸因溫度的迅速下降而使冰原擴大和冰面上升,導致石碳紀海平面大幅降低,科學家分析,當時海平面約下降達10米左右,在此過程中,海洋生態環境遭到徹底改變,是導致碳紀末期海洋生物大滅絕的重要因素之一。
石碳紀是地球成煤的時期,但是,石碳紀有一整塊大陸的儲煤幾乎全都給了美國,什麼原因。
從大陸漂移的模擬結果我們看到,從泥盆紀後期到石碳紀結束,地球上陸地最優質的成煤區域(陸地),透過2億多年的板塊漂移後,有一大部分漂到了現在的美國,其餘部分漂到現在的亞洲北部和俄羅斯的廣大地區。
煤炭被稱為黑色黃金,從公開資料看,美國黑色黃金儲量佔全球的近28%,是第一多。且優質煤多,其它所有國家分享另外70%的煤儲藏量(其主要分佈在中國北部地區和俄羅斯)。但是,在美國北部的加拿大,國土比美國大,其煤礦儲量卻少得可憐(僅65億多噸,不到美國的2%)。同樣是北美大陸,其面積比美國還大,煤卻這麼少。其主要原因是,加拿大雖然屬北美大陸,但是從板塊漂移模擬圖可以看出,加拿大及其北部大部分陸地都是大陸漂移板塊擠壓後才出現的。石碳紀時期它們在淺海區,淺海區沒有森林,沒有森林,就很少有煤形成。 其南部有些地方來自石碳紀大陸還有魁北克地區來自石碳紀大陸。
下面幾幅圖顯示自石碳紀以來(從3.6億年前開始)地球大陸板塊漂移過程。
3.6億年前地球板塊分佈圖(圖片源於:ALGOL影片,圖片僅供參考)
2.7億年前地球板塊分佈圖(圖片來自:ALGOL影片,圖片僅供參考)
從這些圖還發現,石炭紀大量造煤幾乎沒有給非洲地區和南美洲地區多少,因為那時候它們主要在南部岡瓦納古大陸(冰原),不是主要成煤區。南非煤儲量多,可能是來自後期的二疊紀,侏羅紀或古近紀。
現在地層中的煤碳是地球自約3.7億年前到現在,通過幾次大的成煤期,而累積在地層中的碳資源。在石碳紀期間,地球動用遍佈全球的森林資源(除南部古大陸外),歷時5000多萬年時間,累積的碳儲量只佔地球煤的50%(到現在,地球前後共用6000多萬年時間累積的碳儲藏的量,差不多被人類用不到300年燒完),餘下的50%是在後期的二疊紀,侏羅紀及古近紀形成的。
這些以煤的形式儲藏在地層中的碳,被現在的人類源源不斷地開採出來,燃燒後釋放到大氣中。而地球在前後近1億年時間的碳迴圈過程中累積到地層中的碳就那麼多。自18世紀以來,煤燃燒一直是人類的主要能源來源。按現在用煤速度,200年內地球煤炭資源就被人類用完,地球用近億年儲存起來的碳,人類用400多年徹底燒完。這還不包括每天大量燃燒的石油,可以想象現在的化石能源碳排放有多麼可觀。(公開資料:2018年全球碳排放量是
340.5億噸),碳排放已是地球不堪承受之重。
為了以後人類有個適宜的生存的環境,是時候我們每個人行動起來,節約能源,節約用電,減少碳排放了。