Các sự kiện quan trọng kỷ Than đá Tỷ lệ trục: triệu năm trước.
Kỷ Than Đá,kỷ Thạch Thán hayKỷ Cacbon (Carbon) (Carboniferous) là một đơn vị phân chia chính trongniên đại địa chất, kéo dài từ khi kết thúckỷ Devon, vào khoảng 359,2 ± 2,5 triệu năm trước (Ma) tới khi bắt đầukỷ Permi vào khoảng 299,0 ± 0,8 triệu năm trước (theoICS, 2004). Giống như phần lớn các thời kỳđịa chất cổ khác, các tầng đá xác định điểm bắt đầu và kết thúc của kỷ này được xác định khá tốt, nhưng niên đại chính xác thì vẫn không chắc chắn trong phạm vi 5–10 triệu năm. Tên gọi trong một số ngôn ngữ để chỉ kỷ Than đá (carboniferous) có nguồn gốc từ tiếng Latinh để chỉ than đá làcarbo, do các tầngthan đá rộng lớn có niên đại vào thời kỳ này được tìm thấy tại khu vực miền tâychâu Âu cũng như trên toàn thế giới. Một phần ba thời kỳ đầu tiên của kỷ này được gọi làthế Mississippi, còn khoảng thời gian còn lại được gọi làthế Pennsylvania. Các loài cây thuộcngành Thông đã xuất hiện trong thời kỳ quan trọng và biết rõ này.
Phân chia kỷ Than đá tại châu Âu so với các tầng chính thức của ICS (năm 2018)
Kỷ Than Đá thông thường được chia thành các thế Pennsylvania (muộn) và Mississippi (sớm). Cáctầng động vật từ trẻ nhất tới già nhất, cùng với một số đơn vị phân chia nhỏ của chúng, là:
Sự sụt giảm tổng thể củamực nước biển vào cuối kỷ Devon đã bị đảo ngược lại vào đầu kỷ Than Đá; điều này tạo ra một loạt các biển rộng nằm trênthềm lục địa và các trầm tíchcacbonat của thế Mississippi.[5] Cùng với đó là sự sụt giảm nhiệt độ ở khu vực cực nam Trái Đất; các vùng đất phía nam của đại lụcGondwana đã bị đóng băng trong suốt kỷ này, mặc dù người ta vẫn chưa chắc chắn rằng các lớp băng là lưu lại từ thời kỳkỷ Devon hay không phải vậy.[6] Các điều kiện như vậy dường như có rất ít ảnh hưởng tới các khu vực nằm sâu trong vùngnhiệt đới, tại đó các đầm lầy than đá tốt tươi đã phát triển thịnh vượng trong phạm vi 30 độ của cácsông băng ở xa nhất về phía bắc.[7]
Các trầm tích châu thổ thuộc kỷ Than Đá có thể nhìn thấy trong hình chụp tại phía bắc Williamsport,Pennsylvania.
Sự sụt giảm mực nước biển vào giữa kỷ Than Đá đã làm lắng đọng các kết quả của sự tuyệt chủng chính trong đại dương, trong đó ảnh hưởng tới các loàihuệ biển (lớpCrinoidea) vàcúc đá (phân lớpAmmonoidea) đặc biệt trầm trọng.[6] Sự sụt giảm mực nước biển này cùng với sự phân vỉa không chỉnh hợp đi kèm tại Bắc Mỹ đã chia tách thế Mississippi ra khỏi thế Pennsylvania.[6]
Kỷ Than Đá là thời kỳ của các hoạt độngkiến tạo núi tích cực, dosiêu lục địaPangaea đã hình thành. Cáclục địa phía nam vẫn gắn kết cùng nhau trong siêu lục địa Gondwana, nó va chạm với Bắc Mỹ-châu Âu (Laurussia) dọc theo đường phân chia ngày nay thuộc về miền đông Bắc Mỹ. Sự va chạm lục địa này tạo ra kết quả làkiến tạo sơn Hercynian tại châu Âu vàkiến tạo sơn Allegheny tại Bắc Mỹ; nó cũng kéo dàidãy núi Appalaches mới nổi lên về phía tây nam thànhdãy núi Ouachita.[8] Cùng trong khoảng thời gian này, phần lớn của phía đôngmảng kiến tạo Á-Âu ngày nay cũng gắn nó với châu Âu dọc theo đường phân chiadãy núi Ural. Phần lớn của siêu lục địa Pangaea trongđại Trung Sinh vào thời gian này đã được gắn kết với nhau, mặc dù các lục địaHoa Bắc (nó có lẽ đã va chạm vào cuối kỷ Than Đá), vàHoa Nam vẫn còn tách rời khỏiLaurasia. Pangaea vào cuối kỷ Than Đá có hình dạng tương tự chữ "O".
Khi đó có hai đại dương chính – đó làPanthalassa bao quanh Pangaea vàPaleo-Tethys nằm bên trong chữ "O" của siêu lục địa Pangaea. Các đại dương nhỏ khác đang co lại và cuối cùng bị khép kín – bao gồm:đại dương Rheic (bị khép lại do sự kết hợp củaNam vàBắc Mỹ), đại dương nhỏ và nông làđại dương Ural (bị khép lại do sự va chạm của các lục địaBaltica và Siberia, tạo thànhdãy núi Ural) cùngđại dương Proto-Tethys (bị khép lại do sự va chạm của các lục địa Hoa Bắc vàSiberia/Kazakhstania.
Các lớp đá kỷ Than Đá tại châu Âu và miền đông Bắc Mỹ chủ yếu bao gồm các chuỗi lặp lại của các lớpđá vôi,sa thạch,đá phiến sét vàthan đá, được biết đến như là "cyclothems" tại Hoa Kỳ và "coal measures" tại Anh.[9] Tại Bắc Mỹ, các tầng đá thời kỳ đầu kỷ Than Đá chủ yếu là đá vôi nguồn gốc đại dương, giải thích cho sự phân chia kỷ Than Đá thành hai thời kỳ trong các hệ thống Bắc Mỹ. Các lớp than đá kỷ Than Đá cung cấp phần lớn nguồn nhiên liệu cho việc sản xuất năng lượng trong thời kỳCách mạng công nghiệp và vẫn còn tầm quan trọng kinh tế lớn trong thời kỳ ngày nay.
Các trầm tích than đá lớn trong kỷ Than Đá chủ yếu là do hai yếu tố. Yếu tố đầu tiên trong số này là sự xuất hiện của các cây thân gỗ có vỏ (và cụ thể là sựtiến hóa của các sợilignin trong vỏ). Yếu tố thứ hai là các mực nước biển thấp hơn đã diễn ra trong kỷ Than Đá khi so sánh với các mức tương tự củakỷ Devon. Điều này đã cho phép sự phát triển của cácđầm lầy vàrừng rộng lớn tại vùng đất thấp ở Bắc Mỹ và châu Âu. Một số học giả đưa ra giả thuyết rằng một lượng lớn gỗ đã bị chôn vùi trong thời kỳ này là do các động vật và cácvi khuẩn phân hủy vẫn chưa kịp tiến hóa để có thể tiêu hóa được lignin một cách có hiệu quả. Sự chôn vùi rộng lớn củacacbon sản xuất sinh học đã dẫn tới sự tạo thành một lượngoxy dư thừa trong khí quyển; người ta ước tính khi đó nồng độ oxy có thể lên cao tới 35% so với chỉ khoảng 21% ngày nay[1][liên kết hỏng]. Mức oxy cao này có lẽ đã làm gia tăng các hoạt độngcháy rừng cũng như tạo ra các loàicôn trùng vàđộng vật lưỡng cư khổng lồ.
Tại miền đông Bắc Mỹ, các tầng trầm tích đại dương phổ biến hơn trong các phần cổ hơn của thời kỳ này khi so sánh với các phần trẻ hơn gần như là không có mặt vào cuối kỷ Than Đá. Sự sống đại dương khi đó đặc biệt giàu các loài huệ biển và các loài khác trong cùngngành Da gai (Echinodermata). Các loài thuộcngành Tay cuộn (Brachiopoda) là rất phổ biến trong khi các loàitrùng ba thùy (lớpTrilobita) trở thành ít phổ biến. Trên đất liền, các quần thể lớn và đa dạng củathực vật đã tồn tại. Các loàiđộng vật có xương sống trên đất liền bao gồm cả các loài động vật lưỡng cư lớn.
Trong lòng đại dương, phần lớn các nhóm quan trọng nhất làtrùng lỗ (ngànhForaminifera),san hô (lớpAnthozoa),động vật hình rêu (ngànhBryozoa),tay cuộn, cúc đá,da gai (ngànhEchinodermata, đặc biệt là huệ biển) vàcá mập và các họ hàng của nó (lớpChondrichthyes).
Lần đầu tiên các loài trùng lỗ chiếm phần đáng kể trong quần động vật đại dương. Các loài trong chiFusulina và các họ hàng của nó rất phổ biến tại khu vực ngày nay là Nga, Trung Quốc, Nhật Bản, Bắc Mỹ; các chi quan trọng khác còn cóValvulina,Endothyra,Archaediscus vàSaccam
Các lớp vỏ cực nhỏ của cáctrùng tia (ngànhRadiolaria) được tìm thấy trong các lớpđá phiến silic với niên đại thuộc thời kỳ này tạiCulm thuộcDevonshire vàCornwall cũng như tại Nga, Đức và một số nơi khác.
Hóa thạch củaNeospirifer condor, một loài động vật tay cuộn. Hình chụp tại tỉnh Coppinota,Bolivia.
Động vật tay cuộn (ngànhBrachiopoda) cũng phổ biến; chúng bao gồm các loài trong bộProductida, một số trong chúng (chẳng hạn chiGigantoproductus) đạt tới kích thước rất lớn (đối với động vật tay cuộn) và có lớp vỏ rất dày, trong khi các loài khác như chiChonetes lại rất ít biến đổi. Các bộAthyridida,Spiriferida,Rhynchonellida vàTerebratulida cũng rất phổ biến. Các dạng không có đốt bao gồmDiscina vàCrania. Một vài loài và chi có sự phân bổ rất rộng với các biến thái rất nhỏ.
Các loài giun đốt (ngànhAnnelida) nhưSpirorbis vàSerpulites là các hóa thạch phổ biến trong một số tầng.
Trong số các động vật da gai, nhóm huệ biển là phổ biến nhất. Các bụi dày dưới biển của các loài huệ biển thân dài dường như đã phát triển thịnh vượng trong các biển nông, và các dấu tích còn lại của chúng được hợp nhất lại thành các tầng đá dày. Các chi đáng chú ý làCyathocrinus,Woodocrinus vàActinocrinus. Các động vật da gai nhưArchaeocidaris vàPalaeechinus cũng có mặt.Lớp Chồi biển (Blastoidea), bao gồmPentreinitidae vàCodasteridae về bề ngoài rất giống huệ biển trong việc có thân dài gắn với đáy biển, đạt được sự phát triển tối đa trong thời kỳ này.
Môi trường nước mặn và nước lợ thường xuyên biến đổi qua lại đã tạo ra các nhóm có khả năng sống trong cả môi trường nước mặn lẫn môi trường nước lợ/ngọt nhưLingula,Orbiculoidea vàProductus và chúng được tìm thấy trong các tầng hóa thạch mỏng, được biết đến như là các dải đại dương.
Các dấu tích hóa thạch của các loàicôn trùng (lớpInsecta),động vật nghìn chân (phân ngànhMyriapoda) vànhện (lớpArachnida) hít thở không khí được biết đến vào cuối kỷ Than Đá, nhưng không thấy có từ đầu kỷ này. Tuy nhiên, sự đa dạng của chúng khi chúng xuất hiện cho thấy các loài động vật chân khớp này đã rất phát triển và đông đảo về số lượng. Kích thước lớn của chúng có thể là do sự ẩm ướt của môi trường (chủ yếu là các cánh rừng dương xỉ đầm lầy) và một thực tế là khi đó nồng độ oxy trong khí quyển đã ở mức 40% cao hơn so với ngày nay, đòi hỏi ít hơn các nỗ lực để thở và cho phép cácđộng vật chân khớp phát triển với kích thước to lớn hơn.
Trong số các nhóm côn trùng có các loài thuộcSyntonopterodea là các họ hàng củaphù du (bộEphemeroptera) ngày nay, haycôn trùng có mỏ (siêu bộPalaeodictyopteroidea) to lớn rất phổ biến và hút nhựa cây, các loài côn trùng ăn thịt to lớn thuộc bộProtodonata (giống nhưchuồn chuồn ngày nay), các loài côn trùng ăn cỏ đa dạng thuộcbộ Côn trùng tiền có cánh ("Protorthoptera"), và hàng loạt côn trùng dạnggián,mối,bọ ngựa (siêu bộDictyoptera) cơ sở (tổ tiên củagián - bộBlattaria). Nhiều mẫu vật côn trùng thu được từ các vùng mỏ than ởSaarbruck vàCommentry, cũng như trong các thân rỗng của các cây hóa thạch tại Nova Scotia. Tại một vài vùng mỏ than tại Anh người ta đã thu được các mẫu vật còn tốt: Một loài trong chiArchaeoptitus, thu được từ các mỏ than vùng Derbyshire có sải cánh dài trên 35 cm; một vài mẫu vật (chiBrodia) vẫn còn giữ được dấu vết của màu cánh lấp lánh. Tại Nova Scotian người ta thu được trong các thân cây các loài ốc sên sống trên đất liền (các chiArchaeozonites,Dendropupa).
Nhiều loại cá sinh sống trong các vùng biển kỷ Than Đá; chủ yếu làcá mập, [[cá đuối và các họ hàng của chúng (phân lớpElasmobranchii). Chúng bao gồm một số loài, như chiPsammodus, với các răng mọc dày dặc thích hợp cho việc nghiền nát các lớp vỏ của động vật tay cuộn, động vật giáp xác và các sinh vật biển khác. Các loài cá mập khác có răng sắc nhọn, như chiSymmoriida. Một số như nhómpetalodont, có răng kỳ dị hìnhxycloit. Phần lớn các loài cá mập sống ngoài biển, nhưng nhómXenacanthida đã xâm lấn các vùng nước ngọt tại các khu đầm lầy than. Trong sốcá xương, bộPalaeonisciformes được tìm thấy trong các vùng nước ven bờ biển cũng dường như đã di cư vào sông. Các loàicá vây thùy cũng đã xuất hiện và một nhóm, bộRhizodontida, đạt được kích thước rất lớn.
Phần lớn các loài cá biển trong kỷ Than Đá được miêu tả chủ yếu là theo răng, gai vây và các xương da, với một số ít cá nước ngọt còn được bảo tồn nguyên vẹn.
Cácđộng vật lưỡng cư kỷ Than Đá đã đa dạng và phổ biến vào giữa kỷ này, còn đa dạng hơn so với số lượng ngày nay; một số loài dài tới 6 m. Những loài nào sinh sống hoàn toàn trên đất liền khi trưởng thành đều có da dạng vảy.[10] Chúng bao gồm các nhóm động vật bốn chân cơ sở, được phân loại trong các sách sinh học thời kỳ đầu trong siêu bộ/phân lớp Răng mê cung (Labyrinthodontia). Chúng có thân dài, đầu được che phủ bằng các tấm xương và có các chi tương đối yếu và kém phát triển. Loài lớn nhất dài trên 2 m. Kèm theo chúng là tập hợp các động vật lưỡng cư nhỏ hơn, được gộp chung trong phân lớpLepospondyli, thông thường chỉ dài khoảng 15 cm. Một số loài lưỡng cư khi đó là động vật thủy sinh và sống trong các con sông (các chiLoxomma,Eogyrinus,Proterogyrinus); các loài khác có thể là bán thủy sinh (các chiOphiderpeton,Amphibamus) hay trên đất liền (các chiDendrerpeton,Hyloplesion,Tuditanus,Anthracosaurus).
Một trong những điểm mới trong tiến hóa của kỷ Than Đá là trứng củađộng vật có màng ối (nhómAmniota), điều này cho phép sự khai thác đất liền diễn ra sau này của cácđộng vật bốn chân. Chúng bao gồm các bò sátlớp Mặt thằn lằn (Sauropsida) ban đầu (chiHylonomus), cũng như các bò sát thuộcLớp Mặt thú (Synapsida) như chiArchaeothyris. Các động vật nhỏ tương tự như thằn lằn này nhanh chóng tạo ra nhiều nhánh của các hậu duệ. Trứng có màng ối cũng cho phép các tổ tiên củachim,động vật có vú và các loàiđộng vật bò sát sau này sinh sản trên đất liền do nó ngăn cản sự bị khô đi củaphôi nằm bên trong.
Vào cuối kỷ Than Đá, các loài bò sát đã đa dạng hóa thành hàng loạt nhóm, bao gồm các họProtorothyrididae (tổ tiên củarùa),Captorhinidae, nhómAraeoscelidia (nhánh chị em với các bò sát hai cung ngày nay) và một vài họ của bộPelycosauria.
Các loài thông đất, thạch tùng khi đó của bộ Lepidodendrales (họ hàng nhưng không phải tổ tiên của các loài thông đất nhỏ ngày nay) là các cây thân gỗ lớn với đường kính thân cây tới 1,5 m và cao tới 30 m. Chúng bao gồm các chiLepidodendron (với quả nón gọi làLepidostrobus),Halonia,Lepidophloios vàSigillaria. Các rễ của một vài dạng này được gọi làStigmaria.
Các lá lược của một vài nhóm dương xỉ kỷ Than Đá là gần như giống hệt với các lá lược của dương xỉ ngày nay. Có lẽ nhiều loài là biểu sinh. Các hóa thạch của dương xỉ và "dương xỉ có hạt" bao gồm các chiPecopteris,Cyclopteris,Neuropteris,Alethopteris,Sphenopteris. Các chiMegaphyton vàCaulopteris là các cây dương xỉ thân gỗ.
Bộ Equisetales bao gồm dạng khổng lồ phổ biến (chiCalamites), với đường kính thân cây khoảng 30–60 cm và cao tới 20 m. ChiSphenophyllum là các dây leo thân mảnh dẻ với lá mọc thành vòng xoắn, chúng có lẽ có quan hệ họ hàng với cả Calamites và ngành Lycopodiophyta.
ChiCordaites có quan hệ họ hàng với các loài tuế và thông, bao gồm các cây cao (từ 6 tới trên 30 m) với các lá tương tự như các đai, cụm hoa dạng đuôi sóc, sinh ra các quả mọng như ở các loàithanh tùng, được gọi làCardiocarpus. Các loài thực vật này được cho là sống trong các cánh rừng đầm lầy. Các loài cây có thể coi là thật sự thuộc về nhómthông (chiWaichia của bộ Voltziales) xuất hiện vào cuối kỷ Than Đá. Chúng ưa thích các vùng đất cao và khô.
Do động và thực vật đã phát triển với quy mô tương đối lớn cũng như phổ biến trong giai đoạn này, (chẳng hạnLepidodendron- cây có vảy), các loàinấm cũng tiếp tục đa dạng hóa. Các loài nấm biển vẫn còn chiếm lĩnh đại dương.
Ogg Jim; tháng 6 năm 2004,Overview of Global Boundary Stratotype Sections and Points (GSSP's)http://www.stratigraphy.org/gssp.htm Truy cập ngày 30 tháng 4 năm 2006.
Stanley Steven M.Earth System History. New York: W.H. Freeman and Company, 1999.ISBN 0-7167-2882-6
"Geologic Time Scale 2004". Ủy ban quốc tế về địa tầng học (ICS). Truy cập 19 tháng 9.{{Chú thích web}}:Kiểm tra giá trị ngày tháng trong:|access-date= (trợ giúp);Đã bỏ qua tham số không rõ|accessyear= (gợi ý|access-date=) (trợ giúp)
