علم الجيولوجيا القديم والفترة الكربونية

ما هي الفترة الجيولوجية الكربونية؟

العصر الكربوني هو الفترة الخامسة من العصر الباليوزويك بعد العصر الديفوني وفترة ما قبل العصر البرمي، من حيث الوقت المطلق بدأ العصر الكربوني منذ حوالي 358.9 مليون سنة، وانتهى قبل 298.9 مليون سنة، أي أن مدته التي تصل إلى حوالي 60 مليون سنة تجعله أطول فترة من حقب الحياة القديمة وثاني أطول فترة من دهر الحياة القديمة، تشكل الصخور التي تشكلت أو ترسبت خلال هذه الفترة النظام الكربوني، يشير الاسم (Carboniferous) إلى الطبقات الحاملة للفحم التي تميز الجزء العلوي من السلسلة في جميع أنحاء العالم.

تم تقسيم العصر الكربوني رسمياً إلى قسمين فرعيين رئيسيين (المسيسيبي منذ 358.9 إلى 323.2 مليون سنة مضت والبنسلفاني منذ 323.2 إلى 298.9 مليون سنة مضت)، وتم التعرف على صخورهم كرونوستراتيغرافي كنظم فرعية بموجب اتفاق دولي، في أوروبا تنقسم الفترة الكربونية إلى دينانتيان وأنظمة سيليزيا الفرعية اللاحقة، لكن الحدود بين هذه التقسيمات أقل من حدود ميسيسيبي بنسلفانيا المقبولة دولياً.

البيئة الكربونية في الفترة الكربونية:

يتميز العالم الكربوني المبكر (المسيسيبي) بلوروسيا، وهي سلسلة من الكتل الصغيرة التي احتلت نصف الكرة الشمالي وجندوانا، وهي مساحة ضخمة تتكون من أمريكا الجنوبية الحالية وأفريقيا وأنتاركتيكا وأستراليا وشبه القارة الهندية في نصف الكرة الأرضية الجنوبي، جعلت حركة الصفائح الحجرية القارات قريبة من بعضها البعض على جانب واحد من الكرة الأرضية، وشكلت تكوينات الجبال (أحداث بناء الجبال) التي حدثت خلال العصر الديفوني قارة الحجر الرملي الأحمر القديم.

كانت الكتلة الأرضية الرئيسية للوروسيا تتكون من أمريكا الشمالية الحالية، وأوروبا الغربية عبر جبال الأورال وبلتو إسكندنافيا، يقع جزء كبير من (Laurussia) بالقرب من (paleoequator)، في حين أن (cratons) في سيبيريا وكازاخستان ومعظم الصين كانت موجودة، كقارات منفصلة تحتل مواقع عند خطوط العرض العالية، خلال هذا الوقت فصل بحر تيثيس الحافة الجنوبية لقارة الحجر الرملي الأحمر القديم تماماً عن جوندوانا.

بحلول أوقات العصر الكربوني المتأخر (بنسلفانيا)، جعلت حركات الصفائح معظم (Laurussia) في اتصال مع (Gondwana) وأغلقت (Tethys)، انصهرت (Laurussia و Gondwana) من قبل جبال الأبلاشيان هيرسينيان (حدث بناء الجبال)، والتي استمرت حتى العصر البرمي، وظل موقع الكتلة الأرضية التي ستصبح شرق الولايات المتحدة وشمال أوروبا استوائياً، بينما استمر هراوات الصين وسيبيريا في الإقامة عند خطوط العرض العليا في نصف الكرة الشمالي.

يتبع توزيع البر والبحر حدوداً يمكن التنبؤ بها إلى حد ما، كانت المناطق الداخلية القارية أرضية، ولم يكن هناك أي دفعات بحرية رئيسية على ما يبدو، خضعت المناطق المرتفعة من المناطق الداخلية القارية لتآكل كبير خلال العصر الكربوني، واحتلت البحار الضحلة هوامش الجرف القاري المحيطة بالقارات، ربما أصبحت المناطق الهامشية في القارات الكربونية هي التصميمات الداخلية القارية في يومنا هذا، تقع أحواض أعمق (خطوط أرضية) باتجاه البحر من الكتل القارية، ويتسم سجلها الرسوبي الآن بالجبال.

المناخ القديم في العصر الكربوني:

خلال العصر الكربوني تم التحكم في مناخ مختلف الكتل الأرضية من خلال موقع خطوط العرض، نظراً لأن أنماط الرياح السائدة كانت مماثلة لتلك الموجودة على الأرض اليوم، فقد ميزت الظروف الاستوائية المناطق الاستوائية؛ لذلك كانت خطوط العرض الوسطى جافة، وكانت خطوط العرض الأعلى أكثر برودة ورطوبة، على الرغم من أن كلا من أوروبا الغربية و(Balto-Scandinavia) أقاموا في خطوط عرض منخفضة بما يكفي لإنتاج المتبخر (المعادن في رواسب الصخور الرسوبية للأملاح القابلة للذوبان الناتجة عن تبخر الماء)، رواسب في البيئات القارية الضحلة، احتلت أمريكا الشمالية بيئة استوائية خلال المسيسيبي.

بدأت المناطق الأكثر رطوبة في الكتل القارية الأخرى في خطوط العرض العليا من نصف الكرة الشمالي في تشكيل مستنقعات الفحم خلال هذا الوقت، في المقابل كان الجزء الأكبر من (Gondwana) أقل من 30 درجة جنوباً، وشهدت ظروفاً أكثر برودة سمحت بتكوين الأنهار الجليدية القارية، وكانت هذه التجمعات الجليدية مماثلة لتلك التي حدثت في نصف الكرة الشمالي خلال عصر البليستوسين، ولم تحدث التكتلات الجليدية القارية (الموازية) في خطوط العرض العالية في نصف الكرة الشمالي، ربما لأن كتل اليابسة كانت صغيرة جداً بحيث لا يمكنها الحفاظ على حقول جليدية كبيرة.

استمرت الجغرافيا القديمة في السيطرة على المناخات في العصر البنسلفاني، عندما أصبحت دورية مستوى سطح البحر أكثر وضوحاً، تغيرت الإعدادات الاستوائية من أرفف الكربونات إلى أحواض الفحم، وتوسع التجلد القاري في جندوانا، مما سمح للأنهار الجليدية بالامتداد إلى خطوط العرض المنخفضة التي ربما تكون لولا ذلك مستنقعات من الفحم، مع تطور الجبال قرب نهاية بنسلفانيا، أصبحت تأثيرات ظل المطر أكثر تأثيراً، مما أدى إلى تثبيط عملية ترسب الفحم في أحواض غرب أوروبا.

اتبعت (Flora of the Carboniferous) نفس التدرجات المناخية مثل الرواسب الجليدية، النباتات الأحفورية الموجودة في المناطق الواقعة على خطوط العرض العالية خلال العصر الكربوني تظهر حلقات نمو موسمية، بينما تفتقر تلك الموجودة في مستنقعات الفحم الاستوائية المفترضة إلى مثل هذه الحلقات، مثل الأشجار الاستوائية الحديثة.

حياة اللافقاريات في الفترة الكربونية:

كان العصر الكربوني وقتاً من اللافقاريات البحرية المتنوعة، شهدت الفترة الديفونية المتأخرة انقراضات كبيرة داخل بعض مجموعات اللافقاريات البحرية، وتعكس الحيوانات الكربونية تكويناً مختلفاً عما كان سائداً في وقت سابق في عصر الباليوزويك.

والجدير بالذكر أن الكائنات الحية المكونة للشعاب المرجانية، مثل الشعاب المرجانية المجدولة والستروماتوبورويدات (كائنات بحرية استعمارية كبيرة شبيهة بالهيدروزونات)، كانت محدودة، وبالتالي كانت الشعاب الكربونية ضعيفة التطور بسبب هذا النقص في بناة الإطار، كانت المجتمعات البحرية القاعية، أو قاع البحر تهيمن عليها الكائنات الزهرية، وهي مجموعة من شوكيات الجلد المطاردة (اللافقاريات التي تتميز بغطاء صلب أو شوكي أو جلد) التي لا تزال تعيش حتى اليوم.

وكانت هذه الحيوانات عبارة عن مغذيات معلقة انفرادية نمت بغزارة كبيرة، لدرجة أنها أثرت على التيارات السفلية ودورة المياه، تعتبر البقايا الكلسية (المحتوية على كربونات الكالسيوم) لهذه الكائنات من المواد المهمة لتشكيل الصخور.

وهناك مجموعة مرتبطة ولكنها منقرضة من شوكيات الجلد المطاردة، وهي البلاستويد التي تميز أيضاً الرواسب الكربونية، احتلت الكائنات الحية الأخرى التي تتغذى بالترشيح المناطق المواتية للكرنويدات و(blastoids)، مستعمرات الطحالب (stenolaemate bryozoans)، أي الحيوانات الطحلبية وذراعيات الأرجل المفصلية (قذائف المصباح) هي شركاء شائعون للكرينويد، ربط البريوزوان أسطحها السفلية بقاع البحر وشكلت إما مستعمرات تشبه المروحة أو الغصين أو عقدة صغيرة من كربونات الكالسيوم في مناطق تتميز بمعدلات منخفضة من الترسيب.

وشكلت عضيات الأرجل المفصلية قشرة ذوات الصدفتين من كربونات الكالسيوم، التي استقرت بحرية على قاع البحر أو كانت متصلة بساق سمين، تضخ ذراعي الأرجل و(bryozoans) عمود الماء وتزيل الطعام والأكسجين عن طريق (lophophore) اللامع (عضو تغذية على شكل حدوة حصان)، تعتبر ذراعي الأرجل شائعة بشكل خاص، وتوجد جميع الطلبات باستثناء (Pentamerida) في الصخور الكربونية، يتم تمثيل كل من المنخربات الكلسية والكتلة (كائنات أحادية الخلية التي تستخدم الأرجل الكاذبة المحمية بواسطة اختبار أو قشرة) في الرواسب الكربونية، وخاصة الحجر الجيري.

في ولاية بنسلفانيا ظهرت مجموعة غير عادية من هذه الكائنات الأولية (كائنات حقيقية النواة أحادية الخلية)، وهي الفوسولينيدات (كائنات أحادية الخلية تشبه الأميبا ذات أصداف معقدة)، وهيمنت على التجمعات خلال العصر البرمي عندما انقرضت، أفرز الفوسولينيدات اختباراً كلسياً ملفوفاً بإحكام تم تجويفه، لكنهم عاشوا بحرية في قاع البحر.

بدأت بعض الكائنات القاعية التي كانت شائعة في العصور القديمة والمتوسطة في الانخفاض خلال العصر الكربوني، وشملت هذه ثلاثية الفصوص (التي انقرضت في نهاية العصر البرمي)، ومرجان الورد والإسفنج، كانت البيئة السطحية أو العمود المائي مأهولة بوفرة من رأسيات الأرجل، وشمل ذلك كلا من النوتيلويد المستقيم والملفوف (الأقارب الأوائل لحجرة نوتيلوس) والأمونويد (أعضاء منقرضون من نفس الفئة) والحبار الأول.

كانت رأسيات الأرجل الكربونية إما مفترسات أو زبّامات، وتسبح بالدفع النفاث، نمت بعض النوتيلويد المستقيمة بشكل كبير جداً (أكبر من 3 أمتار أي 10 أقدام)، تُظهر الأمونويدات تطوراً طورياً سريعاً من خلال الكربونيفروس جنباً إلى جنب مع المثقبات الجيرية، توفر البيانات الطباقية الحيوية للتأريخ العمر وربط الحدود والتقسيمات الفرعية المختلفة لهذه الفترة، تمتد (Graptolites) (حيوانات العوالق الاستعمارية الصغيرة) إلى الكربوني، لكنها انقرضت خلال المسيسيبي.

احتلت الحشرات البيئات الأرضية منذ العصر الديفوني، لكنها تنوعت خلال العصر الكربوني، لا توجد حشرات مجنحة معروفة من العصر الديفوني أو المسيسيبي، ولكن من المحتمل أن تكون الأجنحة قد تطورت خلال نهر المسيسيبي، بحلول الفترة الفرعية بنسلفانيا كانت اليعسوب والمايفي وفيرة ووصلت إلى أحجام كبيرة، مع وجود بعض أسلاف اليعسوب الحديثة (Protodonata) التي تمتلك أجنحة بطول 70 سم (28 بوصة) تقريباً.

يؤكد بعض العلماء أن تركيزات الأكسجين الأعلى الموجودة في الغلاف الجوي خلال العصر الكربوني (حوالي 30 بالمائة مقارنة بنسبة 21 بالمائة فقط خلال أوائل القرن الحادي والعشرين)، ربما لعبت دوراً في تمكين هذه الحشرات من النمو بشكل كبير جداً، بالإضافة إلى ذلك فإن أحافير الحشرات الأكثر تقدماً القادرة على طي أجنحتها (خاصة الصراصير) ممثلة جيداً في صخور الفترة الفرعية بنسلفانيا، تشمل حشرات بنسلفانيا الأخرى الأشكال الموروثة من الجنادب والصراصير والعقارب الأرضية الأولى.