Kivihiilikausi

Kivihiilikausi eli hiilikausi oli geologinen kausi devonikauden ja permikauden välissä noin 359–299 miljoonaa vuotta sitten. Sammakkoeläimet ja hyönteiset lajiutuivat valtavasti kauden aikana. Kivihiilikaudelle olivat tyypillisiä runsaslajiset ja suuret kortemetsät, kookkaat sammakot sekä suuret sudenkorennot ja kaksimetriset tuhatjalkaiset. Kivihiili syntyi myöhäisellä kivihiilikaudella kortemetsien jouduttua meren alle ja vajottua sedimenttikerrostumien alle merenpohjaan. Kasvijäännökset muuttuivat suuressa paineessa ja kuumuudessa ajan myötä kivihiileksi.
Kivihiilikausi jaetaan vanhempaan, 359–323 miljoonaa vuotta sitten kestäneeseen Mississippi-kauteen ja nuorempaan, 323–299 miljoonaa vuotta sitten kestäneeseen Pennsylvania-kauteen, jotka jaetaan puolestaan yhteensä seitsemään vaiheeseen. Kaudet erottaa toisistaan pieni joukkosukupuutto, jossa hävisi alle 30 prosenttia eläimistöstä. Ylähiilikausi eli Pennsylvania oli kivihiilimetsien varsinainen syntykausi. Kerrostumista huomataan kivihiilen vuorottelua rantakerrostumien, matalan meren kerrostumien ja syvemmän meren kerrostumien välillä. Kivihiilikausi päättyi alle 30 prosenttia eläimistöstä tuhonneeseen joukkosukupuuttoon.
Maantiede.
Mannerten sijainti oli kivihiilikaudella hyvin erilainen nykyaikaan verrattuna. Paleomagnetismista ja mannerten liikejäljistä on yritetty päätellä mannerten muinaisia sijainteja. Maapallolla oli kivihiilikaudella kaksi suurta päämannerta, Gondwana ja Euramerikka, jotka ajautuivat kohti toisiaan. Gondwana sijaitsi etelänavan ympärillä. Siihen kuuluivat nykyinen Etelä-Amerikka, Afrikka, Intia, Australia ja Etelämanner. Pienempiä mantereita olivat muun muassa Siperia ja Kiina.
Mantereita ympäröi suuri valtameri Panthalassa. Pohjoisnapa oli merta ja lähimpänä sitä sijaitsi Siperian pienmanner. Osana Panthalassaa oli Siperian, Australian, Afrikan ja Kiinan ympäröimänä lähellä päiväntasaajaa Paleotethysmeri. Eteläinen jättiläismanner Gondwana ja Pohjois-Amerikasta sekä Euroopasta koostunut Euramerikka olivat erillään toisistaan kivihiilikauden alkupuolella. Maapallolla oli tuolloin lämmintä, koska lämmin merivirta pääsi kulkemaan Pohjois-Amerikan ja Afrikan välisestä salmesta. Gondwana ja Euramerikka törmäsivät toisiinsa kauden lopussa, jolloin Euramerikka esti päiväntasaajaa kiertäneen lämpimän, planeettaa lämmittäneen merivirran kulun. Siperia ja Kiina olivat pienmantereita.
Merenpinta oli korkealla. Se alkoi vaihdella jäätiköitymisten vuoksi kauden loppupuolella, minkä vuoksi metsät sekä planktonia sisältänyt matala meri vuorottelivat Pohjois-Amerikan alueella. Kerrostumiin syntyi tapahtuman myötä ajoittain kivihiiltä, ajoittain kalkkikiveä, joiden välissä oli muun muassa suistoihin syntynyttä hiekkakiveä. Tyypillinen kerrostumasarja on kivihiili-kalkkikivi-piipitoinen kalkkikivi-hiekkakivi-savi-hiili. Kyseisiä kerrostumia kutsutaan sykloteemeiksi.
Ilmasto.
Kivihiilikauden ilmasto oli kostea ja lämmin kauden alussa. Se oli nykyistä lämpimämpi, muttei yhtä lämmin kuin trias- tai liitukaudella. Ilmasto viileni melko nopeasti kauden loppupuolen alkuvaiheessa jäätiköitymisaikojen lähestymisen vuoksi. Ilmasto kosteni kauden alussa, kuivui nopeasti kauden keskivaiheilla ja pysyi nykyistä kosteampana läpi kauden. Ilmaston vyöhykkeisyys oli suurta varsinkin Gondwanan jäätyessä kauden loppupuolella. Jää ulottui laajimmillaan jopa 30. eteläiselle leveysasteelle. Korkeilla leveysasteilla sijainneiden puiden jäännöksissä näkyy vuosirenkaita, siinä missä ne puuttuvat tropiikista nykyajan tapaan.
Ilmakehän happipitoisuus nousi kivihiilikaudella kaksi kertaa nykyistä korkeammalle. Maan keskilämpötila oli 20 celsiusastetta noin 330 miljoonaa vuotta sitten. Maa viileni nykyistä kylmemmäksi noin 320 miljoonaa vuotta sitten ylemmän kivihiilikauden, Pennsylvania-kauden alussa. Maan keskilämpötila oli noin 10 celsiusastetta 290 miljoonaa vuotta sitten, jolloin vallitsi kivihiili-permin jääkausi. Happipitoisuus oli tuolloin korkeimmillaan. Jääkausi päättyi seuraavan kauden, permikauden alussa noin 270 miljoonaa vuotta sitten.
Kasvillisuus.
Sanikkaismetsät kukoistivat ja kasvillisuus oli rehevää kivihiilikaudella, sillä ilmasto oli ainakin osan kaudesta erittäin kostea ja lämmin päiväntasaajan lähellä. Kaudella kasvoi sanikkaisten lisäksi muun muassa kortteita ja liekoja. Kautta hallitsivat runsaslajiset ja suuret kortemetsät. Puusto koostui esimerkiksi sinettipuista ja suomupuista. Suomupuu saattoi kasvaa yli 35 metrin mittaiseksi. Jotkin sanikkaispuut kasvoivat 50 metriä ja saniaispuut kahdeksan metriä korkeiksi. Kauden maailma oli vihreä, mutta siemenkasvit eivät olleet vielä yleisiä.
Kasveille kehittyi ilmaraot noin 350 miljoonaa vuotta sitten. Yksi varhaisimmista tunnetuista puumaisista siemenkasveista, "Cordaites", ilmestyi noin 305 miljoonaa vuotta sitten. Ensimmäiset laajat trooppiset metsät kasvoivat noin 335–325 miljoonaa vuotta sitten. Kasvun kukoistuksen on arveltu johtuneen nykyistä korkeammasta ilmakehän hiilidioksidipitoisuudesta. Suuret kivihiilikerrostumat syntyivät maahan hautautuneiden kasvien jäännöksistä kivihiilikaudella. Puiden laajamittaisen fossiloitumisen syyksi on arveltu kasvisolujen kuorten ligniiniä hajottavan bakteeriston puuttumista yhdessä tai erikseen suoperäisen maaperän, johon kaatuneet rungot upposivat ennen aerobisten bakteerien hajotustehtävää, kanssa. On selvitetty myös, että lahottajasienet kehittyivät vasta kivihiilikauden aikana, minkä johdosta laajojen fossiilisten polttoainekerrostumien syntyminen oli mahdollista. Ensimmäiset havupuut ja siemenkasvit ilmestyivät kivihiilikaudella.
Eläimistö.
Puuvartisten kasvien muodostamissa metsissä eli muun muassa sammakkoeläimiä ja suuria hyönteisiä. Lentävät hyönteiset kehittyivät kivihiilikaudella. Hyönteisten lajiutuminen oli nopeaa kauden loppupuolella sekä sitä seuranneella permikaudella. Torakoiden edeltäjät ilmestyivät kivihiilikaudella. Aikakauden tunnetuimpia hyönteisiä ovat jättiläissudenkorennot, joiden siipien kärkiväli saattoi olla 66 senttimetriä. Kauden eläimistöön lukeutui myös kaksimetrisiä tuhatjalkaisia ja metrin mittaisia jättiläisskorpioneja. Hämähäkkejä muistuttanut meriskorpioni "Megarachne" oli noin 30 senttimetrin mittainen. Ilmakehässä oli enimmillään jopa 35 prosenttia happea, minkä arvellaan mahdollistaneen suurikokoisten hyönteisen kehittymisen.
Kivihiilikauden hallitsevia eläimiä olivat kauden alussa ilmestyneet, nykyisiä salamantereita muistuttaneet ja ensimmäiset maalla eläneet selkäjänteiset sammakkoeläimet. Kaudella eli sammakoista kehittyneitä matelijamaisia sammakoita, kuten varhaisen kivihiilikauden "Westlothiana". Myöhemmällä kivihiilikaudella kehittyivät ensimmäiset matelijat, kuten anapsidi "Hylonomus", joka eli noin 310 miljoonaa vuotta sitten nykyisen Kanadan Nova Scotian alueella. Kyseinen pieni lisko oli luultavasti metsänpohjalla elänyt hyönteissyöjä. Anapsideilla oli samanlainen kallo kuin sammakkoeläimillä.
Varhainen diapsidi "Petrolacosaurus" eli noin 300 miljoonaa vuotta sitten kivihiilikauden lopussa nykyisen Pohjois-Amerikan alueella. Se oli matala, pitkähäntäinen ja liikkui neljällä jalalla. Samoihin aikoihin eli sammakkomainen "Paleothyris". Fossiilistosta on löytynyt runsaasti myös rusto- ja luukaloja.