autor: Ben Slater*1
wprowadzenie:
bagna węglowe to klasyczne ekosystemy lądowe (lądowe) z okresu karbońskiego i Permskiego. Są to lasy, które rosły w erze paleozoicznej (obejmującej karbon i Perm), w których ilość obumarłej biomasy roślinnej i osadzającej się w ziemi była większa niż objętość materiału klastycznego (ziaren wcześniej istniejących skał), co powodowało nagromadzenie torfu. Został on następnie zasypany i ostatecznie przekształcony w węgiel w czasie geologicznym. Bagna te dały początek większości głównych, przemysłowych rezerw węgla, które są wydobywane dzisiaj. Paleontologia tych ekosystemów węglotwórczych jest dobrze znana ze skał karbońskich Eurameryki (dzisiejsza Europa i Ameryka Północna), ze względu na historię eksploatacji węgla w tych regionach. Jednak rozległe obszary bagienne, które produkowały grube złoża węgla, powstały również w innych okresach w historii ziemi, zwłaszcza w Permie. W okresie wczesnego Permu, bagna węglowe Eurameryki nadal rozwijały się w Cathaysia (bloki tektoniczne, które tworzyły współczesne Chiny), a w całym Permie, bagna węglowe zdominowane przez rośliny nasienne zwane glossopteridami znaleziono na superkontynencie Gondwany półkuli południowej (uformowanym ze współczesnych Indii, Australii, Antarktydy, Afryki, Madagaskaru i Ameryki Południowej). Bagna węglowe karbonu (rys. 1) i wczesnego Permu powstały głównie w rejonach tropikalnych, podczas gdy bagna węglanowe późniejszego Permu powstały w rejonach umiarkowanych o wyższej szerokości geograficznej. Lasy węglowe rozwinęły się głównie na obszarach nizinnych, takich jak delty rzeczne, ale istnieje tendencja w zapisie kopalnym roślin, ponieważ fosylizacja najprawdopodobniej występuje w tych podmokłych siedliskach, co oznacza, że skamieniałości suchszych, górskich zbiorowisk roślinnych są znacznie mniej powszechne, więc niewiele wiadomo o roślinach, które tam rosły.
powstawanie węgla:
węgiel jest obecnie najważniejszym źródłem energii elektrycznej na świecie i jednym z największych źródeł antropogenicznego dwutlenku węgla. Powstaje głównie w wyniku nagromadzenia martwej materii roślinnej, która gromadzi się w warstwach torfu. Jeśli torf gromadzi się w warunkach beztlenowych (to znaczy w miejscach, w których nie jest narażony na tlen), takich jak u podstawy jeziora lub bagna, lub jeśli Las jest zalany przez rosnące morza, bogaty w węgiel materiał roślinny nie ulega biodegradacji. Torf ten jest następnie zakopywany przez osadzające się na nim osady i podlega rosnącemu ciśnieniu i temperaturze. Ostatecznie torfy są lityfikowane lub zagęszczane w litą skałę i tworzą węgiel.
kule węglowe:
wiele informacji, które posiadamy na temat elektrowni węglowych, pochodzi ze szczegółowego badania kul węglowych: Materia roślinna, która została przekształcona w skamieniałości poprzez permineralizację, proces, w którym minerały, w tym przypadku węglan wapnia, przesiąkają do materii organicznej i tworzą jej wewnętrzny odlew. Kulki węgla często tworzą się w kwaśnych torfach lub gdy woda morska przenika sprężoną materię roślinną. Węglan tworzy utwardzoną kulę, która jest odporna na ściskanie podczas pochówku, zachowując w ten sposób szczątki roślinne w wyjątkowych szczegółach; nawet szczegóły komórkowe mogą być zachowane. Takie struktury mogą być badane przy użyciu szeregu technik. Jednym z najbardziej udanych jest produkcja peelingu octanowego, który polega na cięciu kuli węglowej za pomocą pilarki o dużej mocy, a następnie zanurzaniu ciętej powierzchni w kąpieli z kwasem fluorowodorowym w celu rozpuszczenia krzemionki i węglanu otaczającego skamielinę, pozostawiając organiczne szczątki dumne z ciętej powierzchni. Aceton wlewa się na tę powierzchnię i nakłada się na nią arkusz octanu, a następnie odrywa. To ujawnia przekrój przez kulę węgla, który pokazuje wyjątkowy szczegół wewnątrz (rys. 2), które można obserwować pod mikroskopem.
rośliny bagien węglowych:
Lepidodendron
nazwa Lepidodendron została pierwotnie przypisana skamieniałościom łuskowatym pnia znalezionym powszechnie w węglowych miarach węgla (Fig. 3b), ale teraz odnosi się do całej rośliny, która została zrekonstruowana jako ogromny organizm wielkości drzewa. Lepidodendron zdominował bagna węglanowe i uważa się, że osiągnął wysokość 40 metrów. Nie jest blisko spokrewniony z dzisiejszymi drzewami; zamiast tego Lepidodendron jest likopsydem, bliżej spokrewnionym ze współczesnymi mchami klubowymi i quillwortami. Gruby pień tworzy słup, który nie miał gałęzi, poza koroną na samym szczycie dojrzałej rośliny. Łuskowaty wzór na pniu był wytwarzany przez blizny liściowe (poduszki, w których opadały ulotki). Za życia był prawdopodobnie zielony, gdyż w przeciwieństwie do współczesnych drzew pień składał się z tkanek fotosyntetyzujących. Gałęzie w koronie dojrzałego Lepidodendronu zakończone są strukturami rozrodczymi, które wyglądają podobnie do szyszek (Fig. 3A). Rozmnażanie odbywało się za pomocą zarodników, jak u współczesnych likopsów, a nie nasion, jak u większości współczesnych roślin. Z porównań ze współczesnymi likopsami wynika, że wiele gatunków lepidodendronów rozmnażało się tylko raz, pod koniec życia. Szacuje się również, że roślina mogła urosnąć do pełnej wysokości w ciągu zaledwie 10-15 lat. Lepidodendron rosł w gęstych drzewostanach, jak wiemy ze zbiorowisk skamieniałych pni, ale korony tych lasów byłyby znacznie bardziej otwarte niż współczesne lasy deszczowe. Ponieważ Lepidodendron rozgałęział się, tworząc koronę dopiero po dojrzeniu, wiele drzewopodobnych roślin w lesie byłoby młodocianymi słupkami blokującymi tylko niewielką ilość światła.
korzenie Lepidodendronu są pospolitymi skamieniałościami samymi w sobie i nadano im nazwę Stigmaria.
Calamites
Calamites są powszechnie znajdowane skamieniałości macierzystych środków węglowych (rys. 4a,b). Pędy te są pofałdowane z podzielonymi segmentami, niektóre osiągają 60 cm średnicy i są na tyle szerokie, że sugerują, że w życiu rośliny mogły osiągać do 20 m wysokości. Rośliny, które utworzyły te łodygi, są bliskimi krewnymi współczesnych skrzyp. Liście ułożone były w koliste okółki, a rośliny rosły w najwilgotniejszych rejonach bagien węglanowych, wokół jezior i brzegów rzek.
Sphenopsids
sphenopsids są podobne z wyglądu do Calamites, z którymi są blisko spokrewnione, ale są uważane za znacznie mniejsze rośliny o różnych wysokościach. Niektóre były jak wino scramblers. Liście rosły na łodygach w okółkach, zwanych Annularia (rys. 4c).
paprocie
paprocie były częstym składnikiem ekosystemów węglotwórczych z okresu karbońskiego i Permskiego, podobnie jak w wielu dzisiejszych środowiskach. Różnią się od małych krzewów do dużych paproci. Paprocie drzewiaste z rzędu Marattiales są powszechnymi skamieniałościami brytyjskich Węglowców, występującymi w Kulach węgla i jako spłaszczone skamieniałości adpresyjne (powstałe zarówno z ściśnięcia, jak i wycisku).
Pteridosperms
ta zróżnicowana grupa roślin jest nieformalnie znana jako „nasiona paproci”, ponieważ ich liście powierzchownie przypominają liście prawdziwych paproci, ale w przeciwieństwie do prawdziwych paproci pteridosperms rozmnażane przez duże nasiona u podstawy liści. Obecnie uważa się, że grupa ta jest parafiletyczna, co oznacza, że obejmuje kilka grup roślin, które są ze sobą tylko odlegle spokrewnione. Rośliny określane jako pteridosperms były powszechne zarówno w karbońskich, jak i permskich ekosystemach podmokłych.
Glossopterids
glossopterids zdominowały bagna węglowe półkuli południowej o wyższej szerokości geograficznej w środkowym i późnym Permie. Nazwa grupy pochodzi od skamieniałości liści pospolitych Glossopteris, która jest obecnie używana dla całej zrekonstruowanej rośliny. Glossopteris był wielkości drzewa i miał duże liście w kształcie języka, które zostały prawdopodobnie zrzucone podczas jesieni na wyższych szerokościach geograficznych. Korzenie Glossopteris są znane jako Vertebraria (Fig. 4d), nazwane, ponieważ wyglądają jak kręgosłupy podczas oglądania wzdłuż. Korzenie Vertebraria były wypełnione komorami powietrznymi, które mogły być adaptacją do zabagnionych, podmokłych gleb, na których rosły. Duże ilości skamieniałości Glossopteris znaleziono wśród szczątków kapitana Roberta Falcona Scotta i jego czterech towarzyszy po brytyjskiej ekspedycji Terra Nova na Antarktydę (1910-13), która zakończyła się katastrofą, wraz ze śmiercią wszystkich członków ekspedycji. Rozmieszczenie Glossopteris na obecnie rozproszonych kontynentach południowych (rys. 5) został przytoczony jako wczesny dowód na poparcie teorii dryfu kontynentalnego zaproponowanej przez Alfreda Wegenera (1880-1930).
zwierzęta z bagien węglowych:
bogate siedliska dostarczane przez bagna węglowe były domem dla różnorodnego spektrum życia zwierząt, głównie bezkręgowców stawonogów. Pajęczaki, takie jak skorpiony i trigonotarbids (rys. 6a) należały do dominujących drapieżników lasów karbońskich. Trigonotarbidy to wymarłe pajęczaki podobne do współczesnych pająków, ale pozbawione zdolności spinania jedwabnych sieci. Miriapody (stonogi, stonogi i dwie mniejsze grupy) były również obecne w tych węglotwórczych ekosystemach lądowych. Millipedes (Rys. 6b) były jednymi z pierwszych zwierząt, które skolonizowały środowisko lądowe i były obfite jako szkodniki (żywiące się rozkładającą się materią organiczną) w lasach karbońskich. Niektóre karbońskie i wczesne Permskie stonogi rosły bardzo duże; jeden rodzaj, Arthropleura, osiągał długości do 3 m.
inni giganci paleozoicznych bagien węglowych zawierali krewnych współczesnych ważek z rodzaju Meganeura (rys. 7) w karbonie i Meganeuropsis w Permie, które osiągały rozpiętość skrzydeł do 75 cm. Były to największe drapieżniki, z pewnością w powietrzu podczas dojrzewania i prawdopodobnie w wodzie podczas stadium nimfy. Inne stawonogi spotykane powszechnie w ekosystemach lasów węglanowych są wczesnymi krewnymi karaluchów i roztoczy. Kręgowce żyjące w lasach karbońskich obejmowały wczesnych krewnych płazów i pierwszych gadów. Kopalne szczątki niektórych z najstarszych prawdziwych owodniowych (składających jaja) gadów, takich jak Hylonomus lyelli, znajdują się wewnątrz wydrążonych pni dużych roślin z Pennsylvanian (Górnego karbonu) złoża węgla Joggins w Nowej Szkocji, Kanada. Sugerowano, że gady albo żyły wewnątrz tych połamanych pni, albo były tam osłonięte przed pożarami lasów, biorąc pod uwagę, że niektóre szczątki są bogate w węgiel drzewny. Obok stworzeń lądowych, wiele zwierząt wodnych żyło w jeziorach, basenach i ciekach wodnych bagien węglowych. Były to skorupiaki, małże, kraby przystosowane do życia w wodach słodkich lub słonawych oraz ryby, w tym rekiny Słodkowodne.
losy bagien węglowych:
bagna węglowe tropikalnej Euramerica stopniowo kurczyły się pod koniec karbonu, ze względu na zmianę klimatu i ponieważ Niziny, które zajmowały, były niszczone przez wyżyny górskie. Jednak w bardziej wilgotnych regionach, takich jak Cathaysia, karbonowe lasy deszczowe nadal dobrze się rozwijały w Permie. Przez cały okres permu klimat stawał się coraz cieplejszy, co doprowadziło do obniżenia pokrywy lodowej półkuli południowej. Sprzyjało to twardszym, nasiennym roślinom, takim jak glossopteridae. Pod koniec okresu Permskiego, 251 milionów lat temu, nastąpiło największe masowe wymieranie znane w historii życia, przy czym szacuje się, że 95% wszystkich gatunków na Ziemi wymiera. Wśród ofiar tego masowego wymierania były zdominowane przez glossopterida bagna węglowe Gondwany. Ze skał wczesnego triasu nie są znane żadne złoża węgla. Cienkie węgle o ograniczonym zakresie powracają tylko w skałach środkowego triasu, około dziesięć milionów lat później, po tym, co geolodzy i paleontolodzy znają jako szczelinę węglową. Uważa się, że odzwierciedla to wymieranie ekosystemów węglotwórczych i że nowe grupy roślin przystosowały się do tworzenia podmokłych siedlisk torfotwórczych zajęło wiele milionów lat.
Cleal, C. J. & Thomas, B. A. 1994. Skamieniałości roślin brytyjskich miar węglowych. Dorchester: The Palaeontological Association. ISBN 0901702536
Cleal, C. J. & Thomas, B. A. 2009. Wprowadzenie do skamieniałości roślin. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978052188715.1
1 School of Geography, Earth and Environmental Sciences, University of Birmingham, Edgbaston, Birmingham B15 2TT, UK.