[科普中國]-森林：地球之肺

森林是林木、伴生植物、動物及其與環(huán)境的綜合體。它具有豐富的物種，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，多種多樣的功能。森林被譽(yù)為“地球之肺”。

地球上首次出現(xiàn)森林的時期

泥盆紀(jì)（距今4.2億～3.6億年）是陸生植物的大發(fā)展時期。到了中泥盆世時期，地球上首次出現(xiàn)了森林。

泥盆紀(jì)時期的植物種類多，數(shù)量大，但外觀卻和今天的植物差別極大。構(gòu)成泥盆紀(jì)森林的植物主要有三種類型，即喬木狀石松類、前裸子植物類以及早期真蕨類植物。嚴(yán)格地說，這三種類型的植物都是依靠孢子進(jìn)行繁殖的，都屬于蕨類植物。

石松是一種蕨類植物，它的孢子葉一般聚集成穗狀，孢子囊著生在具有單葉脈的小型葉腹面上?，F(xiàn)生石松全都是草本，分布于熱帶和亞熱帶等地區(qū)。大型石松類植物是古生代森林的重要組成植物之一，當(dāng)今世界部分煤田中的煤就是由這些高大的植物經(jīng)成煤作用而形成的。

裸子植物盡管在泥盆紀(jì)已經(jīng)出現(xiàn)，但只是較低矮的植株。前裸子植物中最具代表類型的植物是古羊齒。它是最早具有現(xiàn)生樹木外觀的植物，這種樹的樹干與今天的松樹類似，高可超過20米，其樹干的化石就是最早的硅化木。

真蕨類植物化石是從美國紐約中泥盆世的地層中發(fā)現(xiàn)，高可達(dá)5～6米。這種植物具有復(fù)雜的分枝系統(tǒng)，被稱為枝蕨類。

蕨類植物化石

不斷發(fā)展變化的森林

最早的森林出現(xiàn)在中泥盆世時期。從那時起，在漫長的地質(zhì)歷史時期，隨著植物演化、氣候變化、海陸變遷等，森林也在不斷發(fā)生改變。

古生代時期的森林主要由一些大型喬木狀蕨類植物構(gòu)成，石炭紀(jì)的大量煤層就是古生代蕨類植物森林所形成的。

到了中生代三疊紀(jì)以后，陸地景觀發(fā)生了明顯的改變，裸子植物開始成為森林中的優(yōu)勢類群。因此，在中生代侏羅紀(jì)的地層中，往往可以找到大量裸子植物的硅化木化石，比如南洋杉、水杉、紅杉等硅化木化石。相對蕨類植物來說，裸子植物對溫度和水分條件適應(yīng)性更強(qiáng)，因此中生代以裸子植物為主的森林可能具有更為廣闊的分布范圍。很多中生代時期起源的裸子植物，如銀杏、水杉等，其生命史一直延續(xù)到了今天。

中生代接近結(jié)束的時候，被子植物開始登上歷史舞臺。到了新生代以后，被子植物逐漸興盛，并逐漸成為陸地植被中的主體和優(yōu)勢類群。那時的森林和草原的面貌與現(xiàn)在地球上的差不多了。

美國密歇根州史前森林

古植物變成煤的條件

煤炭是古代植物埋藏在地下，經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化，逐漸形成的固體可燃性礦物。植物變成煤，首先要有數(shù)量龐大的植物量，煤的主要成分是碳，而植物是煤的主要碳源。因此，能夠成煤的植物在地質(zhì)歷史時期都曾形成規(guī)模龐大的森林。其次，還要有足夠的水。植物體內(nèi)的有機(jī)物，必須長期在水的浸泡下，才能經(jīng)生物化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成泥炭。

要同時滿足這兩種條件，必須存在規(guī)模龐大的沼澤森林。這種類型的森林在石炭紀(jì)等地質(zhì)時期非常普遍。石炭紀(jì)地球植物大繁盛，為煤的形成奠定強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)，后來的造山運(yùn)動為煤的形成提供了外部條件，經(jīng)過長年累月，便有了煤。

地質(zhì)歷史上有三個大的成煤期：一是古生代的石炭紀(jì)和二疊紀(jì)，成煤植物主要是孢子植物，主要煤種為煙煤和無煙煤；二是中生代的侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)，成煤植物主要是裸子植物，主要煤種為褐煤和煙煤；三是新生代的古近紀(jì)，成煤植物主要是被子植物，主要煤種為褐煤，其次為泥炭，也有部分煙煤。

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