能源儲備的輝煌時代——成煤期

文/郭蓋 溫博 中國煤炭博物館

能源儲備的輝煌時代
——成煤期

文/郭蓋 溫博 中國煤炭博物館

如果把人類的出現視為必然，如果人類注定要成為地球的主宰，那么，地球46億年的生命歷程，

就是為迎接人類的出現，

所做的積累和準備的過程。

死一般寂靜。

始于5億7000萬年前的寒武紀（5.7億～4.9億年前），氣候溫暖而濕潤。蔚藍的天空，凝脂一般濃重的白云垂浮涌動。一望無際的大海碧波蕩漾。在古生代燦爛陽光的照射之下，形成于震旦紀（8.5～5.7億年前）的超大陸潘諾西亞，開始四分五裂，一個新的海洋——巨神海在這幾個古大陸裂塊之間緩慢擴張。超大陸岡瓦那則在南半球組合而成，范圍從赤道一直延伸到南極，是當時地球上范圍最廣的大陸。

經歷了幾十億年的滄桑巨變，古老的藻類依然躺在陸地周邊空前廣闊的淺海上隨波逐流。這些現代綠色植物最資深的老前輩，形態簡單、結構原始，它們幾乎從一開始，就學會利用每一個細胞中的葉綠體進行光合作用，而能夠自食其力了。時至今天，在雨水充沛、氣候暖濕的南方，它們的身影仍然隨處可見。與藻類如影隨形的是一些類似水母、蠕蟲的軟體動物。這些丑陋的家伙，扭動著它們原始、精赤的軀體飄來爬去，一聲不響地四處覓食。

陸地上一派洪荒。入侵的海水退卻之后，一切都裸露在外，除了嶙峋的巖石、起伏的山巒，什么都沒有。倘若雷鳴消散，風聲漸止，大雨頓住，這是一個完全靜謐、蒼涼的世界。

這是爆發前的靜默嗎？

一切就在那一刻發生了。誰也無法追問其原因，但保存在寒武紀地層中門類眾多的無脊椎動物化石告訴我們：在寒武紀開始后的短短不到300萬年時間里，包括現生動物幾乎所有類群的祖先，包括節肢動物、棘皮動物、軟體動物、腕足動物、筆石動物等在內的40多個門類100多種動物，幾乎同時地、突然地出現了。300萬年，漫長得足以讓任何不朽灰飛煙滅，但相對于橫亙古今的地質演化過程，不過是彈指一揮間。寒武紀海生無脊椎動物爆炸式的增長和繁榮，恰如一道晴空霹靂，為現代生命的始祖們打開一扇通往未來的大門。這是生命進化史上的一樁重大事件，使世界生物學界發生了從未有過的混亂。達爾文在其《物種起源》的著作中提到了這一事實，并大感迷惑。他認為這一事件可能會被用做反對其進化論的有力證據。但我們寧愿相信達爾文理論的正確性：寒武紀的動物一定是源自前寒武紀動物的祖先，且經過很長的時間進化而來的。

誠然寒武紀的海洋奇觀與第一個成煤期——石炭—二疊紀相去甚遠，但它對于地球生命來說，有著絕無二致的重大意義。如果沒有寒武紀的生命爆發，我們人類很可能至今仍以最原始、最低級的形態，飄蕩在苦澀的古海之上或者潛藏于黑暗的淤泥之中。真是這樣的話，倘若沒有我們至高至上的人類的欣賞，自然界中飾以風花雪月、清音流響的許許多多美景良辰，它們存在的價值又有幾何呢？鑒于此，關于寒武紀，我還得多寫幾筆。

三葉蟲化石

三葉蟲是最有代表性的遠古動物，距今5.6億年前的寒武紀就出現，5～4.3億年前發展到高峰，至2.4億年前的二疊紀完全滅絕，前后在地球上生存了3.2億多年，可見這是一類生命力極強的生物。在漫長的時間長河中，它們演化出繁多的種類，有的長達70厘米，有的只有2毫米。背殼縱分為三部分，因此名為三葉蟲。

那時候，海洋中不折不扣的巨無霸是一種被我們稱做三葉蟲的節肢動物。它們樣子奇特，不同于我們現在地球上所能看見的任何生物。它們從卵中孵化出來，扁平的身體從縱橫兩方面來看都可以分成三部分：縱向上分為頭部、胸部和尾部，橫向上分為中軸及其兩邊的側葉部分。很像一只不小心踩扁的熟雞蛋。實際上，個頭最大的三葉蟲也只有雞蛋那么大；而小的，身長超不過一枚硬幣。它們無一例外地身披重甲；由單晶的、透明的方解石組成的一對復眼，為它們提供了極佳的視覺；長達20～30厘米的觸須使它們的味覺和嗅覺異常靈敏；周身密布的長刺使它們天生具備抵御外敵的有效武器，令其物種望風而逃。雖然不擅長游泳，大多數只適應于淺海底棲爬行或游移于淤泥之上，但性能精良的裝備足以讓它們傲視群雄，從而成就了它們稱霸海洋長達1億6000萬年的壯舉。期間，它們成功地逃過了奧陶紀（4.9億～4.4億年前）的滅頂之災，在志留紀（4.4億～4.2億年前）的珊瑚礁附近大量繁殖。直至泥盆紀（4.2億～3.6億年前）后期，就像它們以藻類和其他弱小為食一樣，自己也淪落為兩腭強大并且兩腭之間由關節連接的鯊魚和其他早期魚類的口中食、盤中餐，三葉蟲帝國才逐步土崩瓦解。

地質年代歌

新生早晚三四紀，六千萬年喜山期。

中生白堊侏疊三，燕山印支兩億年。

古生二疊石炭泥，志留奧陶寒武系。

震旦青白薊長城，海西加東到晉寧。

寒武紀說不明道不清的生命多樣性飛躍，是古生物學和地質學上的一大懸案，自達爾文以來就一直困擾著學術界。它意味著，生物進化除了緩慢漸變，還可能以跳躍的方式進行。然而，植物的進化似乎不支持這種理論，照舊漫不經心地保持著那份“千擊萬磨仍堅勁，任爾東南西北風。”的從容安恬，并沒有因為三葉蟲和其他動物突然的、大量的涌現，絲毫加快它們前行的速度。正因為如此，我們才有足夠的時間來體會造化的神奇和細膩：它在動物脫離海洋之前，讓所有動物的食物制造者——植物，首先攻占了陸地，使得隨后登陸的動物們不至于因為缺少果腹之物而餓死。

這是一個不容否認的事實：從生命在海洋中誕生那一刻起，藻類就未曾停止過進軍陸地的腳步。我們可以想象，那些簇擁在海洋中的藻類們，裹挾著洶涌的海浪前赴后繼，一批批地沖向如同煉獄般荒涼的陸地，一批批地被毒辣的太陽曬死或被狂暴的海風吹干，海邊的巖石上血淚斑斑、尸痕累累。這是多么慘烈的犧牲，至今想起來仍教人心驚肉跳。更為悲壯的是，這樣的犧牲竟無間斷地延續了幾十億年。我甚至想，在它們柔弱的外表之下，一定蘊藏著一顆無比堅強的心，支撐著它們義不容辭地肩負起改變地球面貌的重任，在堅硬的巖石上摔出自信。任何犧牲都不是無謂的，先驅們的舍身取義啟迪了后來者的智慧。在犧牲繼續的同時，有些藻類在淺海區域潛伏下來，它們養精蓄銳，于靠近海岸的一側過著半水半陸的生活，為征服陸地做著最后的準備。它們終于成功了。現在已經很難確切地知道，最早登陸并能夠立足的植物又經歷過哪些苦難，但作為結果，我可以輕松地告訴大家：在后來又一次大規模的遷徙行動中，那些在水陸交匯地帶學習生存技巧的植物們充當了急先鋒、排頭兵，并且快速地將自身的細胞做了初步的分工：有一些向上生長，以捕捉天空里的陽光；另一些則向下立足，以吮吸泥土中的水分；兩者以莖和根的形式，共同構成一種把水分疏導至身體的每一個細胞中去的簡單系統。它們在陸地上站穩了腳跟，這是志留紀的晚期，距今4億1000萬年前。此時的海洋中，三葉蟲正為迎接即將出現的魚類，而拼命地養肥自己。

我們不禁要問，是什么樣的一種情愫讓植物們對陸地與荒涼一往情深呢？我只能說，也許在碳原子凝聚成形的當初，那一個最原始的細胞就已經從冥冥中得到了某種啟示：占領陸地是植物的天職使命，因為那里才是它們真正的家園。

其后的7000萬年里，從志留紀晚期開始，直到泥盆紀結束，植物們瘋狂地改善自我，擴張地盤。它們以海岸線為基地，沿著河流淺灘向內陸挺進。新的植物種類，像裸蕨類以及它們的三支后代石松類、楔葉類等等，不斷滋生顯現，身形也不斷挺拔高大，所到之處，凡是易于扎根的湖灘、濕地、沼澤統統被它們占為己有。泥盆紀末期，植物世界盛況空前。曾經寸草不生的童山荒漠，被大片大片由石松類、節蕨類、楔葉類植物組成的森林打扮得生機盎然、秀麗無比。綠，是生命的顏色，地球不再荒蕪。

就這樣，第一個成煤期——石炭紀（3.6億～2.86億年前），在泥盆紀樹蔭的庇護下開始了。

石炭紀的森林

石炭紀是地殼運動非常活躍的時期，因而古地理的面貌有著極大的變化。這個時期氣候分異現象又十分明顯，北方古大陸為溫暖潮濕的聚煤區，岡瓦納大陸卻為寒冷大陸冰川沉積環境。氣候分帶導致了動、植物地理分區的形成。在石炭紀的森林中，既有高大的喬木，也有茂密的灌木。可以這樣說，今天地球上之所以蘊藏有如此豐富的煤炭資源，與石炭紀的植物界的繁盛密切相關。

石炭紀是植物世界大繁盛的代表時期，開始于距今3.6億年前，延續了約7400萬年。因為這一時期形成的地層中含有極其豐富的煤炭，所以得名“石炭紀”。也許你福至心靈，已然窺見了其中之奧妙。是的，你猜得不錯：每一個成煤期都伴隨著植物的大繁榮，不僅是石炭紀，還有以后的二疊紀、侏羅紀、白堊紀和第三紀，都是如此。由于石炭紀首開成煤之先河，兼之屬于這一時期的煤炭儲量占到全世界煤炭總儲量的50%以上，因而頗受學術界、商業界等各路人士的重視與關注。難道植物與煤炭有什么內在的關聯嗎？這一問，以科學的眼光來看雖不見的嚴謹，但的確觸及了要害之所、痛癢之處。這里，我只用最簡短的語言表述一個概念：煤炭是埋藏在地下的古代植物，經歷了復雜的生物化學和物理化學變化逐漸形成的固體可燃性礦物，是地球上蘊藏量最豐富的化石燃料。至于其間細節，等以后再聊。還是讓我領導著你，先回去遙遠的古生代，觀摩一回石炭紀中晚期生物世界的洋洋大觀吧。

提起蕨類植物，即便你對植物發生過興趣并掌握了一知半解，能想到的無非是陰暗潮濕和矮小可憐。比如蔓生匍匐在池塘邊的石松，纖小而秀氣，細小的葉子呈螺旋狀纏繞在莖部，看起來和苔蘚差不多；還有弱不禁風的木賊，纖細地直立在沼澤邊緣，像一根永遠長不大的竹子，弱弱地把鱗片狀的葉冠舉在空中。但在石炭紀，它們的祖先曾毫不夸張地高大過。早在泥盆紀就出現的石松，進入石炭紀，已由原來粗不盈寸、高不過尺的草本植物，成長為挺拔雄偉、最高可達40米的參天巨木，與同樣高大、直徑達到2米、現在已經滅絕的鱗木、封印木、蘆木等等，目空一切地占據著森林世界的最上一層。作為蕨類家族的一份子，木賊根深葉茂、盛極一時，它們酷愛潮濕，樹莖可以長到0.40米粗、30米高，牢牢控制著河流沿岸并和湖泊沼澤連成一片。低矮的灌木林中，蕨類植物一樣占據絕對的優勢，它們的孢子體釋放出大量孢子，隨風飛散到各處，后在水的幫助下發芽生根，大量鋪陳于林地的下層空間，緊簇擁擠，蒸蒸日上。與石松和木賊比鄰而居的蘇鐵、松柏、銀杏、苛達，是初露端倪的裸子植物的代表，其數量、質量雖然無法和興盛的蕨類一較高下，但它們的發展十分將引人注目。它們在泥盆紀悄然出現，以發達先進的繁殖系統擺脫了水對受精作用的限制，針形、條形、披針形、鱗形的較小葉型以及葉表面厚厚的角質層，有效地減緩著體內水分的流失。度過幾番交替更迭的惡劣環境之后，裸子植物對陸地生活更加應對自如，躊躇滿志地一直繁衍至今。作為配角，它們協助蕨類植物一道奏響了古生代植物世界的主旋律，共同構成了地球歷史上的第一次原始森林。

蕨類植物

蕨類植物是植物中主要的一類，是高等植物中比較低級的一門，也是最原始的維管植物。大都為草本，少數為木本。蕨類植物孢子體發達，有根、莖、葉之分，不具花，以孢子繁殖，世代交替明顯，無性世代占優勢。石炭紀時，蕨類植物的數量最為豐富。

一如海洋之于水生動物，森林是陸生動物的樂園。當你漫步在樹林中，不必說鳥兒的啼唱、野花的搖曳，也不必說潮潤的陣陣清風、游走的斑斑日影，單是那一片飄搖而下的落葉，就會激起你心中無限回歸的感動。人類不就是從森林中走出來的嗎？森林曾經也是我們的家。不過，石炭紀的森林可容不得你享受這份放松和悠閑，哪怕片刻也不行。在濕氣蒸騰的濃蔭里，棲息著我們所熟知卻視而不見的，包括蟑螂、蜘蛛、蜻蜓在內的昆蟲一族。它們可不像今天它們的后代那么微不足道，它們是那片濃蔭的主宰，它們的碩大無法想象。有一種叫馬陸的蟲子，從頭到尾3米長，身披堅硬的盔甲，長有鋒利的大顎，號稱有史以來最大的陸地節肢動物。蜘蛛也大得駭人，光一顆腦袋就比成人的拳頭還要大。最驚艷的要數蜻蜓，兩個翅膀展開了足有1 m長。因為這些巨大的蟲子，有人送給石炭紀一個別號，“巨蟲時代”。它們上岸的時間大約在泥盆紀晚期，就是長著脊骨的魚類幾乎將三葉蟲趕盡殺絕之后。上岸的原因我也說不好，可能是為了逃避海洋的殺戮，講動聽點，大概是為了追求自我個性的張揚而欲尋找一個與張揚的個性相匹配的更大的發展空間。慶幸的是，陸地上的森林差不多已經覆蓋全境。昆蟲們不僅擺脫了對水的依賴存活下來，而且在這種由植物營造的、自由的、天然的氧吧中，除了飽食終日地瘋長，似乎再無別的事情可做。與昆蟲一起上岸的，還有一種我們稱之為兩棲類的脊椎動物，據說它們由激進的魚類蛻變而來。千萬別小看這些呆頭呆腦的丑八怪，它們可是其時陸生無脊椎動物界當之無愧的王者。同樣得益于植物的辛勞和無私，當兩棲動物們盤踞岸邊，將尾巴浸在水里、腦袋搭在岸上，懶洋洋地休息的時候，才不至于因缺氧而被憋死。

石炭紀的巨型蜻蜓

在石炭紀晚期，生活在陸上的昆蟲，如蟑螂類和蜻蜓類，是石炭紀突然崛起的一類陸生動物，它們的出現與當時茂盛森林密切相關，其中有些蜻蜓個體巨大，兩翅張開大者可達70cm。

石炭紀的森林繼承了泥盆紀的衣缽，而且樹種更多，體型更大，覆蓋面積更廣。當時，沉寂了幾百個世紀的地殼運動又開始活躍起來。世界絕大多數地槽全部回返上升，北方陸地幾乎連成一體，與南方的岡瓦那古陸隔海相望。地理面貌的巨變帶動了氣候環境的分異：北方古大陸溫暖潮濕，而南方的岡瓦那古陸卻是一派冰天雪地。可想而知，由今天的亞洲、歐洲、美洲、澳大利亞所組成的暖意融融的石炭紀北方大陸上，到處生長著廣袤的、再也未曾見過的大森林。那無邊無際的震撼，是何等壯觀。這是前無古人、后無來者的炫耀與驕傲嗎？誰說不是呢？誰敢說不是呢？

接下來的時期，地質學上稱作二疊紀（2.86億～2.5億年前）——古生代的最后一個紀，也是重要的成煤期。確定它開始和結束的年代是件麻煩事，但對我們來說，并不影響什么。我們只需了解二疊紀因其涇渭分明、上下疊加的兩套巖石層（下層為紅色砂巖，上層為鎂質灰巖）而得名，就已經很了不起了。至于那數百萬年的時間差，由學術界爭論去好了。

裸子植物

裸子植物是原始的種子植物，其發展歷史悠久。最初的裸子植物出現在古生代，在中生代至新生代它們是遍布各大陸的主要植物。現代生存的裸子植物有不少種類出現于第三紀，后又經過冰川時期而保留下來，并繁衍至今的。裸子植物是地球上最早用種子進行有性繁殖的，在此之前出現的藻類和蕨類則都是以孢子進行有性生殖的。裸子植物的優越性主要表現在用種子繁殖上。

這是個動蕩不安的時代。在綿延3600萬年時間里，古大陸各板塊之 間不斷靠攏、撞擊，海槽封閉，山巒崛起，最后拼接成為一個龐大的聯合大陸：盤古大陸。生物界也似乎在有意迎合這聚攏，不論動物還是植物都顯示出微妙的演化連續性，不僅品類繁多，而且內容豐富。海洋中，腕足類繼續繁盛，其中長身貝類占絕對優勢；軟體動物也是重要的組成部分，菊石類出現明顯的生態分異；造礁生物——珊瑚異常發達；魚類中的軟骨魚類演化出許多新類型，硬骨魚類也得到長足發展。陸地上，兩棲類進一步繁榮；爬行動物首次大量繁殖，它們作為現代爬行類、鳥類和哺乳動物的先祖，活躍于現在的南美和歐洲的內陸地區；昆蟲種類突飛猛進，體形食古不化地繼續變大；二疊紀早期，植物界仍以節蕨、石松、真蕨、種子蕨類為主，晚期開始呈現中生代的面貌，鱗木類、蘆木類、種子蕨、柯達樹等逐漸退出歷史舞臺，它們空余的位置由進化程度更高、更耐旱的裸子植物來及時填補；森林依然延續著石炭紀的盛況，按東西走向，廣布于亞洲、中歐、印度半島和南半球的多數陸地。

大地合為一體，海洋環繞周圍。水中的魚兒，岸邊的石源，林間的昆蟲，各種生命各得其所而又如此貼近，于地震頻發、巖漿噴涌的歲月里，多姿多彩地為我們呈現出一派親密無間、其樂融融的溫馨世界。

隕石撞地球

二疊紀末發生了有史以來最嚴重的大滅絕事件，科學界普遍認為，這一大滅絕是地球歷史從古生代向中生代轉折的里程碑。其他各次大滅絕所引起的海洋生物種類的下降幅度都不及其1/6，也沒有使生物演化進程產生如此重大的轉折。隕石撞擊游學科學家認為，隕石或小行星撞擊地球導致了二疊紀末期的生物大滅絕。如果這種撞擊達到一定程度，便會在全球產生一股毀滅性的沖擊波，引起氣候的改變和生物的死亡。

然而這一切，歷經億萬年，千辛萬苦搭建起來的生命體系，仿佛一眨眼間，便徹底土崩瓦解了。這是二疊紀的最末時刻，估計地球上有96%的物種滅絕，其中95%的海洋生物和75%的陸地脊椎動物，莫名其妙地集體消亡。這是地質年代中最嚴重的一次生物集體滅絕事件，生態系統進行了一次最徹底的洗牌。所有的解釋都是推測，慘白而無力，就像寒武紀生命大爆發一樣，對二疊紀的生命大浩劫，沒人能給出一個確切的答案。“既然能創造你，也就能毀滅你。”造化的喜怒無常，讓我們再次感受到她無邊的威力。傷感之外，我還想說，人無千日好，花無百日紅，但凡美好的事物可能都是短暫的吧。

到這里，我的心情業已大壞。那些個可愛可憐的二疊紀的動物們橫死的慘狀，活生生的仿佛就在眼前。它們是因為冰川肆虐，凍餓而死嗎？抑或是因缺氧而窒息？還是因為干旱，饑渴而亡呢？于唏噓嘆息中，我竟確乎聽到它們無助的悲泣，聞到彌漫的血腥，甚至感覺得到它們心中的絕望。我的死里逃生的寥落的三葉蟲們、不知疲倦的活潑的魚兒們、美麗的鸚鵡螺們，我的憨態可掬的魚石源、西蒙龍們，我的幼稚笨拙的蜻蜓、馬陸們......只盼快快結束這篇文字。總該有個結尾。

可是，這當口我卻想起了另一次大滅絕，那是二疊紀末大滅絕之后，相隔1億8500萬年，穿越三疊紀（距今2.5～2億年前）、侏羅紀（距今2～1.45億年前），發生在白堊紀（1.45～0.65億年前）末、第三紀（距今0.65～0.05億年前）初的滅絕事件。距今6500萬年前，中生代行將結束的時候，劫后余生，經過1億8500萬年頑強發展起來的生物世界，再一次面臨毀滅性打擊。在這場沉重的災難中，大片大片的林地遭到破壞，大部分動物，尤其是爬行動物橫遭滅種。恐龍則全軍覆沒，這個支配全球生態系統超過1億6000萬年的龐大帝國就此作古，消失在了漫漫的歷史長河之中。哺乳動物與鳥類幸存下來，當然還有其他一些物種。3000萬年之后，直至第三紀中期，地球生命系統才又恢復了她應有的繁茂。

被子植物

被子植物或顯花植物是演化階段最后出現的植物種類。它們首先出現在白堊紀早期，在白堊紀晚期占據了世界上植物界的大部分。被子植物的種子藏在富含營養的果實中，提供了生命發展很好的環境。受精作用可由風當傳媒，大部分則是由昆蟲或其他動物傳導，使得顯花植物能廣為散布。

現在，我簡單小結一下。成煤期是植物大繁榮的時期，也是地殼運動相對強烈的時期。規模宏大的森林和沼澤，為煤炭的形成提供了必要的物質基礎，而頻繁激烈的地質活動，是成煤環境所必須的外部動力，二者缺一不可。地質歷史上，有三個主要的成煤期：一是石炭紀—二疊紀，成煤植物以蕨類植物為主，世界很多巨型煤田都形成于這一時期，如北美、亞洲、歐洲以及中國北方的很多煤田等；二是侏羅紀—白堊紀，成煤植物以裸子植物為主，歐亞、北美以及中國西北的很多煤田形成于這一時期；三是第三紀，成煤植物以被子植物為主，煤田分布也很廣，如中國東北及沿海一些煤田等。

一個時代的結束意味著另一個時代的開始，毀滅意味著重生。二疊－三疊紀的毀滅事件開啟了裸子植物和爬行動物的全盛時代，而白堊－第三紀的物種滅絕，使得被子植物和哺乳動物步入高速發展的新紀元。對我們，對生命，對地球，這無疑是莫大的慰藉。生命在創造—毀滅、再創造—再毀滅中不斷輪回，我們處于輪回的哪個環節呢？所有的證據都指向一個結果：人類脫離蒙昧進入農業文明之后，對自然的影響日趨擴大，工業文明更是改變了整個地球的面貌，人類活動造成的生物滅絕和生態系統的破壞，比以往任何時期都要嚴重。將來毀滅人類的，也許正是我們自己。

請珍愛地球！

郭蓋，本名郭建新，從事煤炭歷史研究、煤炭文化傳播、煤炭科普知識宣傳二十余年，現就職于中國煤炭博物館征集研究部。）