karbon

karbon

[łac. carbo ‘węgiel’],

piąty okres (jednostka geochronologiczna) ery paleozoicznej, trwający od ok. 355 do ok. 295 mln lat temu; także system (jednostka chronostratygraficzna) obejmujący powstałe w tym czasie skały.

Nazwa systemu pochodzi od łacińskiej nazwy węgla (carbo), stanowiącego najbardziej charakterystyczny element wielu formacji karbońskich. Po raz pierwszy system został wyróżniony 1822 przez W.D. Conybeare’a i W. Phillipsa w Wielkiej Brytanii. Zróżnicowanie skał karbonu na poszczególnych kontynentach spowodowało powstanie dużej liczby lokalnych podziałów tego systemu na mniejsze jednostki. Międzynarodowa Unia Nauk Geologicznych wprowadziła (1999) uniwersalny podział karbonu na 2 podsystemy: missisip (starszy) i pensylwan (młodszy), nawiązujące nazwami do tradycyjnych jednostek stosowanych w Ameryce Północnej; w obydwu podsystemach wyróżniono po kilka oddziałów: w missisipie — turnej, wizen i serpuchow, a w pensylwanie — baszkir, moskow, kasim i gżel; oddziały młodsze niż wizen odpowiadają 3 dawnym, głęboko zakorzenionym w tradycji europejskiej jednostkom: namurowi, westfalowi i stefanowi.

Procesy geologiczne.

Cały okres karboński cechowało nasilenie ruchów górotwórczych, które były efektem przemieszczania się 2 megakontynentów: południowego Gondwany i położonej na północ od niej Euroameryki. Rozciągnięty między nimi ocean, którego wschodnia część jest określana jako Paleotetyda (Tetyda) ulegał stopniowemu zamknięciu, a sfałdowane i wypiętrzone osady utworzyły orogen hercyński (waryscyjski), którego pozostałością w Europie są m.in. Ardeny, Reńskie Góry Łupkowe, Harz, niektóre partie Sudetów (hercynidy). Podobne procesy przebiegały w północno-wschodnim obrzeżeniu Euroameryki, gdzie w wyniku nacisku płyt syberyjskiej i kazachskiej zwężeniu, a miejscami likwidacji, uległ Ocean Uralski. Łączeniu kontynentów, które w końcowym stadium utworzyły rozciągnięty południkowo ląd Pangea, towarzyszyło ich przesuwanie się w kierunku północnym, tym niemniej obszar zachodniej i środkowej Europy przez cały karbon znajdował się w ówczesnej strefie międzyzwrotnikowej. Następstwem przemieszczeń mas kontynentalnych były też procesy metamorficzne zachodzące w głębi skorupy ziemskiej, pod przykryciem młodszych osadów; częściowemu przetopieniu i ponownemu zastygnięciu uległy skały, które utworzyły granitoidowe masywy krystaliczne, np. w obrębie Masywu Centralnego; niektóre z tych ciał skalnych zostały ponownie przykryte młodszymi osadami, a następnie wypiętrzone i odsłonięte w znacznie młodszych okresach geologicznych (np. granitoidowy batolit tatrzański). Największe natężenie deformacji tektonicznych przypadało na młodszą, powizeńską część karbonu (fazy: sudecka, kruszcogórska i asturyjska orogenezy hercyńskiej). Osady powstające z niszczenia młodych gór osadzały się w rowach przedgórskich i nieckach śródgórskich, gdzie przewarstwiając się z utworami pochodzenia roślinnego tworzyły formacje węglonośne. Na początku pensylwanu na półkuli południowej duże obszary lądowe uległy długotrwałemu zlodowaceniu; rytmicznie zmieniająca się objętość lądolodów wpływała na zmiany poziomu oceanu, a te z kolei pozostawiały cykliczne sukcesje skał osadowych, zawierających często węgiel.

Świat roślinny i zwierzęcy.

Ciepły klimat i rozległość obszarów szelfowych we wczesnym karbonie sprzyjały rozwojowi fauny. Dynamicznie mnożyły się populacje korali, ramienionogów, małżów, ślimaków, liliowców, mszywiołów i goniatytów (paleozoiczne amonitowate). Stosunkowo nieliczne były trylobity, które ostatecznie wymarły z końcem permu, a graptolity, tak powszechne w okresach wcześniejszych, wymarły na początku missisipu. Wyjątkowo szybko przebiegała ewolucja mikrofauny; konodonty (gromada strunowców), które stanowią podstawę stratygrafii dewonu, również w missisipie pozwalają precyzyjnie określać wiek skał; równie dokładne wyniki daje analiza występowania otwornic; formy dolnokarbońskie były stosunkowo małe, ale bardzo liczne i różnorodne, podczas gdy w pensylwanie rozwijały się duże (kilkunastomilimetrowe) fuzuliny. Wśród kręgowców dominowały ryby i płazy; te ostatnie zasiedliły zróżnicowane środowiska lądowe. W późnym karbonie pojawiły się też pierwsze gady. Zaskakująco częstym elementem środowisk lądowych były owady, które osiągnęły w pensylwanie wielkie zróżnicowanie i ogromne rozmiary (rozpiętość skrzydeł dochodziła do kilkudziesięciu cm). Na przełomie missisipu i pensylwanu fauna karbońska przeżyła ogromny kryzys, wyrażający się wymarciem m.in. 80% goniatytów i korali, 60% liliowców i 50% otwornic (wielkie wymieranie szczepów). Przyczyny tego wymierania nie zostały określone, przypuszcza się, że miało ono związek z wielką światową regresją morza na granicy missisipu i pensylwanu.

W mniejszym stopniu kryzys dotknął niezwykle bujną florę karbońską, zajmującą bagniste obszary przybrzeżne stref tropikalnych. Widłaki, skrzypy i paprocie nasienne były nie tylko bardzo różnorodne, ale również osiągnęły największe w historii Ziemi rozmiary (wysokość do 40 m). Szybki wzrost flory karbońskiej i jej mała odporność na czynniki mechaniczne stanowiły podstawową przyczynę powstania wielkich nagromadzeń szczątków roślinnych, które później przekształciły się w złoża węgla (węgle kopalne). W obszarach bardziej oddalonych od brzegów mórz i rzek rozwijały się prymitywne rośliny nagozalążkowe, przodkowie dzisiejszych iglastych. Flora karbońska wykazywała wyraźne zróżnicowanie geograficzne; szczególnie charakterystyczna była tzw. flora glosopterisowa (glosopterydy) typowa dla Gondwany. Bardzo bogate były też zespoły glonów karbońskich; niektóre z nich w pensylwanie stanowiły podstawowy element tworzący wielkie podmorskie budowle rafopodobne (np. w południowo-zachodnich stanach USA).

Skały.

We wczesnym karbonie w wyniku stopniowego zalewania obrzeży kontynentów przez morza tworzyły się szerokie szelfy, na których powstawały płytkowodne osady wapienne, m.in. wapienie oolitowe i organodetrytyczne, łącznie zaliczane do facji tzw. wapienia węglowego, znanej z powierzchniowych odsłonięć m.in. w Walii, Anglii i Belgii, a w Polsce — z regionu krakowskiego. W tym samym czasie w głębszych częściach mórz, poza szelfami, dominował kulm, czyli facja, którą charakteryzują ciemne osady ilasto-krzemionkowe, najczęściej z radiolariami i planktoniczną mikrofauną typową dla otwartych przestrzeni oceanicznych; facja kulmu występuje m.in. w Kornwalii, Reńskich Górach Łupkowych oraz górach Harz. Na granicy tych dwóch podstawowych środowisk geologicznych sporadycznie dochodziło do zazębiania się tych 2 facji; płytkowodne utwory wapienne zsuwały się do głębokich basenów, gdzie tworzyły izolowane soczewki wapieni w obrębie skał kulmu (do tego typu utworów należą np. karbońskie osady Gór Świętokrzyskich i Gór Bardzkich). Zasadnicze zmiany paleogeografii w późnym karbonie spowodowało rozprzestrzenienie się formacji węglonośnych, zwane formacjami produktywnymi, które charakteryzuje wielokrotne przeławicanie warstw węgla z innymi osadami; zazwyczaj formacje te zaczynały się piaszczystymi i mułowcowymi osadami deltowymi, z pokładami węgla, ze stopniowo zmniejszającym się udziałem skał pochodzenia morskiego (zagłębia paraliczne); w młodszych partiach formacji produktywnych skały te były zastępowane utworami rzecznymi i jeziornymi ze stopniowo zwiększającą się ku górze liczbą pokładów węgla (zagłębia limniczne). W najwyższym karbonie zmiany klimatyczne spowodowały zanik osadów produktywnych, a ich miejsce zajęły w zachodniej i środkowej Europie osady zaliczane do tzw. asocjacji skał czerwonych; są to skały okruchowe powstające na lądach w warunkach gorącego i najczęściej suchego klimatu. Na obrzeżach tworzącej się Pangei sedymentacja morskich osadów węglanowych lub okruchowych trwała przez cały karbon (m.in. obrzeże Uralu).