de Ben Slater*1
introducere:
mlaștinile de cărbune sunt ecosistemele clasice terestre (terestre) ale perioadelor Carbonifere și permiene. Sunt păduri care au crescut în epoca paleozoică (cuprinzând Carbonifer și Permian) în care volumul de biomasă vegetală care moare și se depune în pământ a fost mai mare decât volumul de material clastic (boabe de rocă preexistentă), rezultând o acumulare de turbă. Aceasta a fost ulterior îngropată și, în cele din urmă, transformată în cărbune în timp geologic. Aceste mlaștini au dat naștere majorității rezervelor majore de cărbune de calitate industrială care sunt exploatate astăzi. Paleontologia acestor ecosisteme care formează cărbune este bine cunoscută din rocile Carbonifere din Euramerica (Europa modernă și America de Nord), datorită istoriei exploatării cărbunelui în aceste regiuni. Cu toate acestea, zone extinse de mlaștină care au produs rezerve groase de cărbune s-au format și în alte momente din istoria Pământului, mai ales în Permian. În timpul Permianului Timpuriu, mlaștinile de cărbune din Euramerica au continuat să înflorească în Cathaysia (blocurile tectonice care au format China modernă), iar în tot Permianul, mlaștinile de cărbune dominate de plante de semințe numite glossopteride au fost găsite pe supercontinentul emisferei sudice Gondwana (format din India modernă, Australia, Antarctica, Africa, Madagascar și America de Sud). Mlaștinile de cărbune ale Carboniferului (Fig. 1) și Permianul timpuriu s-au format în principal în regiunile tropicale, în timp ce mlaștinile de cărbune Gondwanan ale Permianului de mai târziu s-au format în regiuni temperate cu Latitudine mai mare. Pădurile de cărbune s-au dezvoltat în principal în zonele de câmpie, cum ar fi deltele râurilor, dar există o părtinire în evidența fosilelor plantelor, deoarece fosilizarea este cel mai probabil să apară în aceste habitate înundate cu apă, ceea ce înseamnă că fosilele comunităților de plante mai uscate și montane sunt mult mai puțin frecvente, așa că se știe puțin despre plantele care au crescut acolo.
formarea cărbunelui:
cărbunele este în prezent cea mai importantă sursă de energie electrică din lume și una dintre cele mai mari surse de dioxid de carbon antropic. Se formează în mare parte prin acumularea de materie vegetală moartă, care se acumulează în straturi de turbă. Dacă turba se acumulează în condiții anoxice (adică în locuri în care nu este expusă la oxigen), cum ar fi la baza unui lac sau mlaștină sau dacă o pădure este inundată de mările în creștere, materialul vegetal bogat în carbon nu se biodegradează. Această turbă este apoi îngropată de sedimente depuse deasupra acesteia și este supusă creșterii presiunii și temperaturii. În cele din urmă, turbele sunt litificate sau compactate în rocă solidă și formează cărbune.
bile de cărbune:
o mare parte din informațiile pe care le avem pe cărbune-plante mlaștină vine de la investigarea detaliată a bile de cărbune: materia vegetală care a fost transformată în fosile prin permineralizare, proces în care mineralele, în acest caz carbonatul de calciu, se scurg în materie organică și formează o distribuție internă a acesteia. Bilele de cărbune se formează adesea în turbă acidă sau când apa de mare pătrunde în materia vegetală comprimată. Carbonatul formează o bilă întărită care rezistă compresiei pe tot parcursul înmormântării, păstrând astfel rămășițele plantei în detalii excepționale; chiar și detaliile celulare pot fi păstrate. Astfel de structuri pot fi studiate folosind o serie de tehnici. Una dintre cele mai de succes este producția de coji de acetat, care implică tăierea bilei de cărbune folosind un ferăstrău de mare putere, apoi scufundarea suprafeței tăiate într-o baie de acid fluorhidric pentru a dizolva silica și carbonatul care înconjoară fosila, lăsând rămășițele organice în picioare doar mândru de suprafața tăiată. Acetona este turnată pe această suprafață și o foaie de acetat este așezată pe ea, apoi decojită. Aceasta dezvăluie o secțiune transversală prin bila de cărbune care arată detaliile excepționale din interior (Fig. 2), care poate fi observat la microscop.
plante din mlaștinile de cărbune:
Lepidodendron
numele Lepidodendron a fost atribuit inițial fosilelor trunchiului solzos găsite frecvent în măsurile de cărbune Carbonifer (Fig. 3b), dar acum se referă la întreaga plantă, care a fost reconstruită ca un organism enorm de dimensiuni de copac. Lepidodendron a dominat mlaștinile Carbonifere de cărbune și se crede că a atins înălțimi de 40 de metri. Nu este strâns legată de copacii de astăzi; în schimb, Lepidodendron este un lycopsid, mai strâns legat de mușchi de club modern și quillworts. Trunchiul gros a format un stâlp, care nu avea ramuri, în afară de coroana din vârful plantei mature. Modelul asemănător scării de pe trunchi a fost produs de cicatrici de frunze (perne în care pliantele au căzut). Probabil că era verde în viață, deoarece, spre deosebire de copacii moderni, trunchiul era compus din țesuturi fotosintetizante. Ramurile de la coroana Lepidodendronului Matur s-au încheiat în structuri reproductive care arată similar cu conurile (Fig. 3a). Reproducerea a fost prin spori ca în licopsidele moderne, mai degrabă decât prin semințe ca în majoritatea plantelor moderne. S-a dedus din comparațiile cu licopsidele Moderne că multe specii de Lepidodendron s-au reprodus o singură dată, la sfârșitul vieții. De asemenea, s-a estimat că planta ar fi putut crește la înălțimea maximă în doar 10-15 ani. Lepidodendronul a crescut în standuri dense, după cum știm din ansamblurile de butuci fosilizate, dar copertinele acestor păduri ar fi fost mult mai deschise decât cele ale pădurilor tropicale moderne. Deoarece Lepidodendronul s-a ramificat doar pentru a forma o coroană atunci când este matur, multe dintre plantele asemănătoare copacilor dintr-o pădure ar fi fost poli tineri care blochează doar o cantitate mică de lumină.
rădăcinile Lepidodendron sunt fosile comune în sine, și sunt date numele Stigmaria.
Calamitele
Calamitele sunt frecvent întâlnite fosile stem ale măsurilor de cărbune (Fig. 4a, b). Aceste tulpini sunt crestate cu segmente divizate, unele ajungând la 60 de centimetri lățime și suficient de largi pentru a sugera că în viață plantele ar fi putut ajunge până la 20 m înălțime. Plantele care au format aceste tulpini sunt rude apropiate ale coardelor moderne. Frunzele au fost aranjate în vârtejuri circulare, iar plantele au crescut în cele mai umede zone ale mlaștinii de cărbune, în jurul lacurilor și marginilor râurilor.
Sfenopside
sfenopsidele sunt similare în aparență cu Calamitele, cu care sunt strâns legate, dar se crede că au fost Plante mult mai mici, cu o gamă de înălțimi. Unele erau scramblere de viță de vie. Frunzele au crescut pe tulpini în vârtejuri, denumite Annularia (Fig. 4c).
ferigile
ferigile au fost o componentă comună a ecosistemelor care formează cărbune din perioadele Carbonifere și permiene, la fel ca în multe medii de astăzi. Acestea variază de la plante mici de dimensiuni de arbust la ferigi mari de copaci. Ferigi de dimensiuni de copac din ordinul Marattiales sunt fosile comune ale măsurilor britanice de cărbune Carbonifer, care apar în bile de cărbune și ca fosile de adpresie aplatizate (formate atât din compresie, cât și din impresie).
Pteridosperme
acest grup divers de plante este cunoscut informal ca ‘Ferigi-semințe’, deoarece frunzele lor seamănă superficial cu cele ale ferigilor adevărate, dar spre deosebire de ferigile adevărate, pteridospermele se reproduc prin semințe mari la baza frunzelor lor. Grupul este acum considerat a fi parafiletic, ceea ce înseamnă că include mai multe grupuri de plante care sunt legate doar la distanță între ele. Plantele denumite pteridosperme erau comune atât în ecosistemele umede Carbonifere, cât și în cele permiene.
Glossopteride
glossopteridele au dominat mlaștinile de cărbune cu Latitudine mai mare din emisfera sudică în timpul Permianului Mijlociu și târziu. Numele grupului provine de la fosila comună de frunze Glossopteris, un nume care este acum folosit pentru întreaga plantă reconstruită. Glossopteris avea dimensiuni de copac și avea frunze mari în formă de limbă, care au fost eventual vărsate în toamnă la latitudini mai mari. Rădăcinile Glossopteris sunt cunoscute sub numele de Vertebraria (Fig. 4d), numite pentru că arată ca niște coloane vertebrale atunci când sunt văzute pe lungime. Rădăcinile Vertebrarilor erau umplute cu camere de aer, care ar fi putut fi o adaptare la solurile mlăștinoase și îmbibate cu apă în care au crescut. Cantități mari de fosile Glossopteris au fost găsite printre rămășițele căpitanului Robert Falcon Scott și ale celor patru tovarăși ai săi după expediția britanică Terra Nova în Antarctica (1910-13), care s-a încheiat în dezastru, odată cu moartea tuturor membrilor expediției. Distribuția Glossopteris pe continentele sudice acum dispersate (Fig. 5) a fost citată ca dovadă timpurie în sprijinul teoriei derivei continentale propusă de Alfred Wegener (1880-1930).
animale din mlaștinile de cărbune:
habitatele bogate oferite de mlaștinile de cărbune găzduiau o gamă diversă de animale, în principal artropode nevertebrate. Arahnide precum Scorpionii și trigonotarbidele (Fig. 6a) au fost printre prădătorii dominanți ai pădurilor Carbonifere. Trigonotarbidele sunt arahnide dispărute similare păianjenilor moderni, dar lipsite de capacitatea de a învârti pânze de mătase. Miriapode (centipede, milipede și două grupuri mai mici) au fost, de asemenea, prezente în aceste ecosisteme terestre care formează cărbune. Milipede (Fig. 6b) au fost printre primele animale care au colonizat mediul terestru și au fost abundente ca detritivori (hrănindu-se cu materie organică în descompunere) în pădurile Carbonifere. Unele milipede Carbonifere și permiene timpurii au crescut foarte mari; un gen, Arthropleura, a atins lungimi de până la 3 m.
alți giganți ai mlaștinilor de cărbune Paleozoic au inclus rudele libelulelor moderne, din genul Meganeura (Fig. 7) în Carbonifer și Meganeuropsis în Permian, care a atins aripi de până la 75 cm. Aceștia ar fi fost prădători de top, cu siguranță în aer în timpul maturității și probabil în apă în timpul etapei lor de nimfă. Alte artropode găsite frecvent în ecosistemele pădurilor de cărbune sunt rude timpurii ale gândacilor și acarienilor. Vertebratele care au trăit în pădurile Carbonifere au inclus rudele timpurii ale amfibienilor și primele reptile. Rămășițele fosile ale unora dintre cele mai vechi reptile adevărate amniotice (ouătoare), cum ar fi Hylonomus lyelli, se găsesc în interiorul buturugilor scobite ale plantelor mari din Pennsylvania (Carbonifer superior) depozite de cărbune de Joggins în Nova Scotia, Canada. S-a sugerat că reptilele au trăit fie în interiorul acestor butuci rupte, fie s-au adăpostit acolo de incendiile forestiere, având în vedere că unele dintre rămășițe sunt bogate în cărbune. Alături de creaturile terestre, multe animale acvatice trăiau în lacurile, bazinele și căile navigabile ale mlaștinilor de cărbune. Acestea includ crustacee, bivalve, crabi de potcoavă adaptați să trăiască în ape proaspete sau salmastre și pești, inclusiv rechini de apă dulce.
soarta mlaștinilor de cărbune:
mlaștinile de cărbune din Euramerica tropicală s-au micșorat treptat spre sfârșitul Carboniferului, din cauza unei schimbări climatice și pentru că zonele joase pe care le ocupau erau distruse de înălțarea Munților. Cu toate acestea, în regiunile mai umede, cum ar fi Cathaysia, pădurile tropicale Carbonifere au continuat să înflorească bine în Permian. De-a lungul Permianului, clima a devenit din ce în ce mai caldă, ducând la reducerea capacului de gheață din emisfera sudică. Acest lucru a favorizat plantele mai rezistente, purtătoare de semințe, cum ar fi glossopteridele. Sfârșitul perioadei permiene, acum 251 de milioane de ani, a cunoscut cea mai mare extincție în masă cunoscută în istoria vieții, cu aproximativ 95% din toate speciile de pe Pământ dispărând. Mlaștinile de cărbune dominate de glossopterid din Gondwana au fost printre victimele acestei extincții în masă. Nu se cunosc depozite de cărbune din rocile Triasicului Timpuriu. Cărbunii subțiri cu o măsură limitată se întorc doar în rocile triasice medii, aproximativ zece milioane de ani mai târziu, după ceea ce este cunoscut geologilor și paleontologilor ca decalajul de cărbune. Se crede că acest lucru reflectă dispariția ecosistemelor care formează cărbune și că a durat multe milioane de ani până când noi grupuri de plante s-au adaptat pentru a crea habitate care formează turbă în zonele umede.
sugestii pentru lecturi suplimentare:
Cleal, C. J. & Thomas, B. A. 1994. Fosile de plante ale măsurilor britanice de cărbune. Dorchester: Asociația Paleontologică. ISBN 0901702536
Cleal ,CJ & Thomas, Ba 2009. O introducere în fosilele plantelor. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978052188715.1
1 școala de Geografie, pământ și științe ale Mediului, Universitatea din Birmingham, Edgbaston, Birmingham B15 2TT, MAREA BRITANIE.