El período Carbonífero

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El Carbonífero, una división de la escala temporal geológica, es el período de la era Paleozoica que comienza hace 359,2 ± 2,5 millones de años y finaliza hace 299,0 ± 0,8 millones de años. Es posterior al Devónico y anterior al Pérmico.

En Norteamérica se subdivide en Pensilvaniense y Misisipiense. En Europa existen dos subdivisiones: la Europea Occidental y la Rusa, siendo ambas de difícil correlación entre ellas y con la americana.

Se caracteriza porque grandes extensiones de bosques quedaron sucesivamente sepultadas, dando origen a estratos de carbón.

Mientras van extinguiéndose los peces primitivos, se expanden los cartilaginosos y óseos. Los anfibios invaden la tierra firme y comienzan su desarrollo los reptiles, que durante el Jurásico tendrán su clímax.

          Era                                Período                               Millones

                                                                                            de años

                                                 Cámbrico                            542,0 +/- 1,0

                                                 Ordovícico                         488,3 +/- 1,7

                                                 Silúrico                               443,7 +/- 1,5

          Paleozoico                   Devónico                            416,0 +/- 2,8

                                                                                             Misisipiense

                                                                                             359,2 +/- 2,5

                                                 Carbonífero

                                                                                            Pensilvaniense

                                                                                            318,1 +/- 1,3

                                                 Pérmico                               299,0 +/- 0,8

En el Carbonífero Superior abundan los insectos, algunos muy grandes, como las “libélulas”, de casi sesenta centímetros con alas extendidas, y árboles de hasta 40 metros, como el Lepidodendron. Esto se explica por la alta concentración de oxígeno en la atmósfera que, según estimaciones, llegó a alcanzar el 35 %.

El Carbonífero es una época de la historia de la Tierra muy activa desde el punto de vista tectónico. Durante este período se produce la Orogenia Hercínica o Varisca, que da lugar a la formación del megacontinente Pangea.

Climáticamente terminó con una glaciación, durante la cual los glaciares se extienden por todo el Centro y Sur de Pangea.

Hace 400 millones de años

La Tierra tiene casi 4.000 millones de años de edad. En los próximos cien millones de años, los continentes volverán a unirse y, esta vez, gracias a la capa de ozono, los seres vivos podrán abandonar los océanos y conquistar tierra firme. El planeta Tierra se había convertido en un mundo de pantanos tropicales.

Sur de Georgia, Estados Unidos. El pantano Okefenokee. Se puede considerar el Okefenokee como el equivalente actual de los humedales que existieron en la Tierra en el pasado. Expertos en terrenos pantanosos prehistóricos creen que este pantano de agua dulce es muy similar a la superficie de los continentes hace 300 millones de años, un período conocido como el Carbonífero.

El Carbonífero fue un período muy particular, porque fue el primero en la historia de la Tierra en el que enormes plantas ocuparon la superficie de la Tierra; medían 15, 17 ó 20 metros de alto y formaban densos bosques.

Una inmensa espesura, con una atmósfera húmeda, propias de las selvas tropicales como nunca se había visto en la superficie de la Tierra. Estos densos pantanos tropicales dominarían la Tierra durante los siguientes 60 millones de años. Podemos hallar prueba de ello en todos los continentes, en forma de carbón.

El carbón que utilizamos como combustible está formado por materia vegetal acumulada durante millones de años, la mayor parte de la cual existió hace 300 millones de años. El carbón se formó debido a la peculiar forma de los pantanos de agua dulce.

La palabra Okefenokee procede de una palabra de los nativos americanos, que significa “la tierra del suelo que tiembla”. No es fácil caminar por el pantano, porque la superficie se compone de restos de plantas empapadas. El agua dulce impide que la vegetación se descomponga, lo que permite que se acumule una enorme cantidad de restos. Este suelo no es como el que se tiene en los patios de casas de familia. Está formado por materia vegetal acumulada desde el año anterior, o quizás de hace cinco años. Pues bien, son hojas, tallos, ramas y una buena cantidad de agua, pero si se la somete a una gran presión y se lo calienta, tapándolo con capas de rocas, y se lo deja en el suelo varios millones de años (por ejemplo: 200 millones de años), se convertirá en un fragmento de carbón bituminoso de Tennessee.

Conforme las plantas muertas se transformaban en carbón en tierra, las aguas poco profundas que rodeaban los continentes acumulaban millones de generaciones de organismos marinos muertos, que se convertirían en otros combustibles fósiles: petróleo y gas.

Cada año, la humanidad extrae casi 5.000 megatones de carbón, 30 mil millones de barriles de petróleo y 3 millones de metros cúbicos de gas.

Este fértil período de la historia de la Tierra ha proporcionado la mayor parte de la energía que se utiliza en la actualidad. Sin ella, quizás, la revolución industrial nunca se hubiese producido.

Las plantas no eran las únicas que contribuían a crear una nueva vida en la Tierra hace 300 millones de años. Con el paso del tiempo, primero: insectos enormes; después, anfibios intrépidos; y, por último, los primeros reptiles, abandonaron los mares para dar sus primeros pasos en las orillas fangosas. La costa Este de Estados Unidos de entonces habría estado repleta de monstruos: milpiés de casi un metro en tierra; libélulas de más de un metro y medio en el aire; y origatores primitivos rondando las aguas cercanas.

El mundo tenía más de 4.250 millones de años y, por primera vez, la superficie albergaba una biósfera totalmente nueva. Pero las intrépidas formas de vida estaban a punto de vivir un infierno en la Tierra. Sus fuerzas internas estaban a punto de someter la vida de la superficie a su prueba más dura: unas gigantescas erupciones volcánicas, que darían inicio a una de las mayores extinciones en masa de toda la historia del planeta.

La Comisión Internacional de Estratigrafía reconoce dos subperíodos, seis épocas/series y siete edades/pisos en el Carbonífero, distribuidos en orden de los más antiguos a los más recientes como sigue:

     Era                  Período           Subperíodo          Epoca                 Edad

                                                                                      Inferior               Toumaisiense

                                                                                                                   359,2 +/- 2,5 m.a.

                                                          Misisipiense     Medio                 Viseense

                                                                                                                   345,3 +/- 2,5 m.a.

                                                                                      Superior              Serpukhoviense

                                                                                                                   328,3 +/- 1,6 m.a.

      Paleozoico      Carbonífero

                                                                                       Inferior               Bashkiriense

                                                                                                                    318,1 +/- 1,3 m.a.

                                                          Pensilvaniense  Medio                 Moscoviense

                                                                                                                    311,7 +/- 1.1 m.a.

                                                                                                                    Kasimoviense

                                                                                                                    307,2 +/- 1,0 m.a.

                                                                                        Superior

                                                                                                                     Gzheliense

                                                                                                                     303,4 +/- 0,9 m.a.

Eventos relevantes

Los insectos alados se diversifican repentinamente, algunos (protodonatos y palaeodictiópteros) de gran talla. Los anfibios son abundantes y diversificados. Primeros reptiles y bosques (árbol de escamas, helechos, Sigillaria, colas de caballo gigantes, Cordaites, etc.). Nivel de oxígeno más elevado que nunca. En los mares abundan goniatites, braquiópodos, briozoos, bivalvos y corales. Los foraminíferos testados proliferan.

Grandes árboles primitivos, primeros vertebrados terrestres, y escorpiones marinos anfibios viven en los estuarios costeros. Rhizodontos de aletas lobuladas son los grandes depredadores de agua dulce.

En los océanos, los primeros tiburones son comunes y muy diversos; equinodermos (crinoides y blastozoos) abundantes. Corales, briozoos, goniatites y braquiópodos (prodúctidos, espiriféridos, etc.) muy comunes. En cambio, trilobites y nautiloideos declinan.

Glaciación sobre el Este de Gondwana.

Paleogeografía

A principios del Carbonífero se invirtió la caída global del nivel del mar, que ocurrió al final del Devónico, y éste subió, creando mares epicontinentales generalizados.

Hubo también un descenso en las temperaturas polares en el Sur. De hecho, el Sur de Gondwana fue glaciar durante todo el período. Pero estas condiciones aparentemente tuvieron poco efecto en los trópicos, donde florecían exuberantes bosques en los pantanos, a pocos grados al Norte de los glaciares del Polo Sur.

Gran parte de Europa y Norteamérica se encontraba situada en el ecuador, como atestiguan depósitos calizos de gran espesor. Las rocas carboníferas en Europa y América del Norte consisten en una sucesión de caliza, arenisca, pizarras y depósitos de carbón, conocida como “ciclotemas” en Estados Unidos y “medidas de carbón” en Inglaterra.

Podemos dividir los eventos paleogeográficos en dos:

* Límite Carbonífero Inferior-Medio: Existen dos acontecimientos importantes:

- Bajada global en el nivel del mar a causa de la expansión de los glaciares de Gondwana, provocando una importante regresión y un enfriamiento del clima. Esto creó extensos mares epicontinentales y depósitos de carbonato del Misisipiense.

La bajada de las temperaturas en el Polo Sur condujo a la formación de glaciares en la parte meridional de Gondwana, aunque no se sabe si las láminas de hielo comenzaron en el Devónico o no.

- Extinción masiva de la vida oceánica, que afectó a crinoideos y ammonoideos con pérdidas del 40 % y 80 % de sus géneros, respectivamente.

* Carbonífero Superior: Durante el Carbonífero Medio, Gondwana contacta con el continente de las Antiguas Areniscas Rojas (Euramérica), dando las fases más importantes de la Orogenia Hercínica.

Los importantes gradientes latitudinales de temperatura se incrementaron en el Carbonífero Superior. Los yacimientos de carbón de Europa y Norteamérica se caracterizaban por la flora de Lepidodendron y Sigillaria y no aparecían elementos típicos de Gondwana. Los de Gondwana incluían la flora Glossopteris y elementos de las floras europeas.

Siberia, que se encontraba cerca del otro polo, también tenía una flora distintiva, adaptada a condiciones frías. La presencia de anillos de crecimiento bien marcados en las floras fósiles de Gondwana y Siberia indican condiciones frías. Estos anillos están ausentes en Europa y Norteamérica.

Al final del Carbonífero Superior los climas tropicales cambiaron significativamente. Licopodiofitos y esfenófitos declinaron, y los helechos con semilla adquirieron un papel más importante, lo que parece indicar unas condiciones climáticas más secas.

Los carbones continuaron formándose, pero los licopodiófitos ya no fueron más los contribuyentes primarios.

El Carbonífero fue un tiempo de formación activa de montañas debida al ensamblado del supercontinente Pangea. Los continentes del Sur permanecieron unidos en el supercontinente Gondwana, que colisionó con Euramérica (Europa más Norteamérica), a lo largo de la línea del actual Este de Norteamérica. Esta colisión continental dio lugar a la Orogenia Hercínica en Europa y la Orogenia Alegeniana en Norteamérica; además extendió los recién formados Apalaches hacia el Sur, como las montañas Ouachita.

Al mismo tiempo, gran parte de la actual zona oriental de la placa de Eurasia se unió a Europa a lo largo de la línea de los Urales. La mayor parte del supercontinente Pangea de la era Mesozoica se reunió ahora, aunque China del Norte (que chocó a finales del Carbonífero) y China del Sur, estaban todavía separados de Laurasia.

En el Carbonífero Superior, Pangea adquiere la forma de una “O”.

Hubo dos grandes océanos en el Carbonífero: Panthalassa, el océano global; y Paleo-Tetis, que estaba dentro de la “O” de Pangea durante el Carbonífero. Otros océanos menores fueron disminuyendo en extensión y, en última instancia, desaparecieron.

El océano Rheico fue cerrado por la unión de América del Sur y del Norte; el pequeño y superficial océano Ural fue cerrado por la colisión de los continentes Báltica y Siberia, creando la cordillera de los Urales; y el océano Proto-Tetis, cerrado por la colisión de China del Norte con Siberia.

Clima

La primera parte del Carbonífero fue en su mayor parte cálido y húmedo y esto favoreció al crecimiento de selvas, mientras que en la última parte del período el clima se enfría.

Se produjeron glaciaciones en Gondwana, provocadas por el desplazamiento de este supercontinente hacia el Sur, que continuarán durante el Pérmico.

Debido a la falta de marcadores claros, los depósitos de este período glacial son a menudo denominados Pérmico-Carboníferos.

Paleobiología

La vida marina es similar al Devónico, a excepción de la ausencia de varios grupos de organismos oceánicos que murieron en la extinción en masa devónica.

Los insectos evolucionan a su aspecto moderno. Aparecen nuevos tipos de helechos arborescentes, que colonizaron los pantanos, que fueron disminuyendo progresivamente y reemplazados por helechos con semillas (como el caso de Glossopteris).

Destacan los bosques de Calamites, Lepidodendron y Sigillaria.

Ocurre una gran expansión de anfibios que dominaron los hábitats terrestres y fueron reemplazados consecutivamente por los reptiles adaptados totalmente al medio terrestre, como el caso de Hylonomus.

Paleozoología marina

Durante el Carbonífero Inferior las algas calcáreas tuvieron un papel dominante en la formación de arrecifes, barrera de carbonato cálcico a lo largo de la costa. Los ocupantes de los arrecifes eran corales tabulados y rugosos.

Aparecen braquiópodos gigantes (prodúctidos) que experimentaron un gran éxito con multitud de adaptaciones (espinas anclaje o formas cónicas unidas entre sí formando sólidos armazones), y constituían la base sobre la que se asentaban los corales.

Asteridae, Echinoidea, gasterópodos, bivalvos y foraminíferos constituían el bentos móvil. Briozoos, crinoideos y braquiópodos epibentónicos fijos y suspensívoros experimentaron una gran radiación. Los crinoideos formaron amplias praderas que prosperaban en las áreas de aguas tranquilas de lagunas dando lugar, tras su muerte, a importantes acumulaciones calcáreas. Las colonias de briozoos fenestélidos, junto con algas calcáreas, contribuyeron a la formación de arrecifes.

Los fusulínidos son un grupo de grandes foraminíferos que aparecen en los mares someros del Carbonífero Inferior, experimentando una gran radiación adaptativa durante el Carbonífero Superior y Pérmico.

Aunque sean organismos unicelulares con conchas, algunas especies excedían los 10 milímetros; son importantes fósiles-guía.

Ciertos grupos de animales (crinoideos y foraminíferos fundamentalmente) contribuyeron con una cantidad inmensa de despojos esqueléticos a la formación de calizas (calizas de montaña).

Otros grupos importantes de la época fueron los ammonoideos y los condrictios (tiburones y sus parientes).

Muchos peces habitaron los mares carboníferos.

Paleozoología terrestre

Se tiene una falsa imagen de los insectos y otros artrópodos del Carbonífero, cuyas especies eran de tamaños similares a los actuales, y eran los de gran tamaño (milpiés gigantes de 2 metros y libélulas con alas del tamaño de una gaviota) la excepción.

Otros insectos que medraban en las selvas carboníferas eran colémbolos y cucarachas, mientras que las arañas, escorpiones y ciempiés prosperaban entre los detritos del suelo.

Los invertebrados carboníferos de agua dulce incluyen varios moluscos bivalvos, como Anthracomya, Carbonicola y Naiadiles; diversos crustáceos como Acanthocaris, Anthrapalaemon, Bairdia, Carbonia, Dithyrocaris y Estheria.

En el Carbonífero Inferior los anfibios, con un hábitat acuático o semiacuático, no se parecían demasiado a sus parientes modernos en general pequeños. Tuvieron el medio terrestre a su disposición, y consiguieron un amplio espectro de formas y modos de vida (carnívoros parecidos a los caimanes, pequeños y serpentiformes).

Algunos anfibios midieron 6 metros. Los ejemplares adultos adaptados al medio terrestre estaban cubiertos por escamas protectoras.

Hubo un desarrollo de todo tipo de sistemas mecánicos para aguantar su peso, mantenerse en pie y moverse sobre la tierra.

Hasta hace poco, los reptiles más antiguos conocidos databan del Carbonífero Superior. En 1991, se describe en el Carbonífero Inferior de Escocia un posible reptil (Westlothiana lizziae), aunque no podemos decir qué anfibios fueron sus ancestros más cercanos, ni qué reptiles sus directos descendientes. Luego aparecen Hylonomus y Paleothyris, animales delgados (20 centímetros de longitud), y cabeza relativamente pequeña, propia de los reptiles (aproximadamente una quinta parte de la longitud del tronco, en lugar de un tercio o un cuarto, como es habitual en los anfibios).

El cráneo es alto (un rasgo heredado de los anfibios reptiliomorfos), y el complejo de huesos que los anfibios tienen en la parte posterior del cráneo está mucho más reducido. Los esqueletos son ligeros, y conservaban los miembros extendidos lateralmente y las pequeñas cinturas pectoral y pélvica de los anfibios. Sus manos y pies presentan dedos muy largos, como los de los lagartos modernos.

Probablemente, aquellos primeros reptiles usaban sus afilados dientes para perforar la cutícula de los insectos, mientras que la mayor parte de los anfibios carecía de fuerza al morder, debido a su cráneo bajo y a la debilidad de sus mandíbulas.

Estos dos reptiles primitivos se han encontrado en el interior de tocones de árboles fosilizados en Nueva Escocia (Canadá). Los desechos fecales indican una alimentación de insectos y caracoles.

Paleobotánica

Las plantas dieron al período Carbonífero su nombre; en ningún otro intervalo geológico hay tantos fósiles de plantas. Aquí se formaron los yacimientos de carbón (pantanos de tierras bajas, con gran acumulación de troncos de árboles). Los inmensos estratos de carbón representan una biomasa enorme de plantas enterradas.

Una explicación a esta gran concentración es que los especialistas en su descomposición (bacterias, hongos e invertebrados vegetarianos) no estaban aún equipados para enfrentarse a la química de la celulosa y la lignina.

En el Carbonífero Inferior hay poco carbón y floras parecidas a las del Devónico Superior, aunque surgen nuevos grupos.

En el Carbonífero Superior alcanzan un gran éxito evolutivo aunque constituidos por un pequeño número de géneros, representados por una gran diversidad de especies:

* Lycophyta: Los géneros más importantes fueron Lepidodendron y Sigilaria; incluían formas arborescentes, restringidas a áreas pantanosas. Lepidodendron fue el género con más éxito y algunas de sus especies alcanzaron más de 30 metros.

* Equisetopsida: Similares a la actual cola de caballo (equisetos), estaban representados por el género Calamites, del que algunas especies alcanzaron varios metros de altura.

* Helechos con semilla (Pteridospermatophyta): Los niveles inferiores eran una maleza constituida principalmente por una amplia variedad de helechos y helechos con semilla, aunque algunos también eran grandes y arborescentes.

Glossopteris, que vivía en tierras más altas, fue muy abundante en Gondwana. Sus fósiles son más comunes en sedimentos fluviales.

* Cordaitales: Es un grupo de árboles altos, de 30 metros. Están relacionados con los gimnospermas que vivían en tierras altas y probablemente formaron grandes bosques parecidos a los modernos.

Las floras típicas del Carbonífero continuaron su dominio hasta el Pérmico Inferior, para declinar posteriormente.

Debido a que las plantas y los animales estaban creciendo en tamaño y abundancia en esta ápoca, los hongos terrestres se diversificaron aún más.

Depósitos de carbón

Las rocas del Carbonífero en Europa y Este de Norteamérica en gran medida consisten de una secuencia repetida de piedra caliza, arenisca, pizarra y depósitos de carbón, conocidos como “ciclotemas” en los EE.UU., y “medidas de carbón” en Gran Bretaña.

En Norteamérica, el Carbonífero Inferior consiste en gran medida de piedra caliza marina, lo que justifica la división del Carbonífero en los dos períodos que se utilizan allí: Pensilvaniense y Misisipiense. Los yacimientos de carbón del Carbonífero fueron la principal fuente de energía durante la revolución industrial y todavía siguen siendo de gran importancia económica.

Los grandes depósitos de carbón del Carbonífero deben su existencia a dos factores: El primero de ellos es el tipo de corteza de los árboles de este período (y, en particular, a la evolución de la corteza de fibra de lignina).

El segundo factor es el bajo nivel del mar, que se produjo durante el Carbonífero, en comparación con el Devónico. Esto permitió la formación de extensas tierras bajas de pantanos y bosques en Norteamérica y Europa.

Se hipotetiza que durante este período no habían evolucionado todavía los animales y bacterias capaces de digerir la nueva lignina.

Estas primeras plantas hacían un uso extensivo de la lignina. Tenían una relación de corteza a madera de 8 a 1, e incluso tan alto como de 20 a 1. Esto contrasta con los valores modernos de menos de 1 a 4. Esta corteza, que debió haber sido utilizada como soporte, además de como protección, probablemente tenía de un 38 % a un 58 % de lignina. La lignina es insoluble, demasiado grande para pasar a través de las paredes celulares, demasiado heterogénea para enzimas específicas, y tóxica, por lo que pocos organismos -además de los hongos basidiomicetos-, pueden degradarla.

Tampoco puede ser oxidada en una atmósfera de menos del 5 % de oxígeno. Puede persistir en el suelo durante miles de años e inhibe la descomposición de otras sustancias.

Probablemente la razón para estos altos porcentajes de lignina fue la protección de las plantas contra los insectos herbívoros, aunque no remotamente tan eficaz como los insectívoros modernos. En cualquier caso, se podrían haber formado fácilmente gruesos depósitos de carbón en suelos no bien drenados, así como en los pantanos.

El enterramiento extensivo del carbono, producido biológicamente, llevó a una acumulación del oxígeno excedente en la atmósfera. Se estima tuvo lugar un contenido rico de oxígeno, tan alto como 35 %, frente al 21 % actual. Este nivel de oxígeno, probablemente aumentó la actividad de los incendios forestales, así como resultó en el gigantismo de insectos y anfibios, criaturas cuyo tamaño se ve limitado por su sistema respiratorio, que tiene una capacidad limitada para la difusión de oxígeno.

En el Carbonífero Medio ocurrió un suceso de extinción de los animales existentes que, probablemente, fue debido al cambio climático.

RESUMEN

 Período Carbonífero

(359,2 a 299 m.a.)

Epoca Misisipiense

(359,2 a 318,1 m.a.)

* 350 m.a.: Inicio de la glaciación de Karoo.

* Desarrollo de árboles grandes primitivos.

* Los bosques están formados por helechos, licopodios, colas de caballo, y gimnospermas.

* Aumenta el nivel de oxígeno atmosférico.

* Aparecen vertebrados en la Tierra.

* Los primeros insectos alados.

* Los océanos cubren partes de los continentes.

* 318 m.a.: Aparecen animales que ponen huevos amniotas.

Epoca Pensilvaniense

(318,1 a 299 m.a.)

* 310 m.a.: Primeros reptiles.

* El nivel de oxígeno atmosférico llega a más del 30 %.

* El día terrestre es de ~22,4 horas.

* Artrópodos gigantes pueblan la Tierra.

* Las glaciaciones causan la transgresión y la regresión de los mares.

* Se forman depósitos de carbón en Europa, Asia y América del Norte.