[科普中国]-森林：地球之肺

森林是林木、伴生植物、动物及其与环境的综合体。它具有丰富的物种，复杂的结构，多种多样的功能。森林被誉为“地球之肺”。

地球上首次出现森林的时期

泥盆纪（距今4.2亿～3.6亿年）是陆生植物的大发展时期。到了中泥盆世时期，地球上首次出现了森林。

泥盆纪时期的植物种类多，数量大，但外观却和今天的植物差别极大。构成泥盆纪森林的植物主要有三种类型，即乔木状石松类、前裸子植物类以及早期真蕨类植物。严格地说，这三种类型的植物都是依靠孢子进行繁殖的，都属于蕨类植物。

石松是一种蕨类植物，它的孢子叶一般聚集成穗状，孢子囊着生在具有单叶脉的小型叶腹面上。现生石松全都是草本，分布于热带和亚热带等地区。大型石松类植物是古生代森林的重要组成植物之一，当今世界部分煤田中的煤就是由这些高大的植物经成煤作用而形成的。

裸子植物尽管在泥盆纪已经出现，但只是较低矮的植株。前裸子植物中最具代表类型的植物是古羊齿。它是最早具有现生树木外观的植物，这种树的树干与今天的松树类似，高可超过20米，其树干的化石就是最早的硅化木。

真蕨类植物化石是从美国纽约中泥盆世的地层中发现，高可达5～6米。这种植物具有复杂的分枝系统，被称为枝蕨类。

蕨类植物化石

不断发展变化的森林

最早的森林出现在中泥盆世时期。从那时起，在漫长的地质历史时期，随着植物演化、气候变化、海陆变迁等，森林也在不断发生改变。

古生代时期的森林主要由一些大型乔木状蕨类植物构成，石炭纪的大量煤层就是古生代蕨类植物森林所形成的。

到了中生代三叠纪以后，陆地景观发生了明显的改变，裸子植物开始成为森林中的优势类群。因此，在中生代侏罗纪的地层中，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、红杉等硅化木化石。相对蕨类植物来说，裸子植物对温度和水分条件适应性更强，因此中生代以裸子植物为主的森林可能具有更为广阔的分布范围。很多中生代时期起源的裸子植物，如银杏、水杉等，其生命史一直延续到了今天。

中生代接近结束的时候，被子植物开始登上历史舞台。到了新生代以后，被子植物逐渐兴盛，并逐渐成为陆地植被中的主体和优势类群。那时的森林和草原的面貌与现在地球上的差不多了。

美国密歇根州史前森林

古植物变成煤的条件

煤炭是古代植物埋藏在地下，经历了复杂的生物化学和物理化学变化，逐渐形成的固体可燃性矿物。植物变成煤，首先要有数量庞大的植物量，煤的主要成分是碳，而植物是煤的主要碳源。因此，能够成煤的植物在地质历史时期都曾形成规模庞大的森林。其次，还要有足够的水。植物体内的有机物，必须长期在水的浸泡下，才能经生物化学变化转变成泥炭。

要同时满足这两种条件，必须存在规模庞大的沼泽森林。这种类型的森林在石炭纪等地质时期非常普遍。石炭纪地球植物大繁盛，为煤的形成奠定强大的物质基础，后来的造山运动为煤的形成提供了外部条件，经过长年累月，便有了煤。

地质历史上有三个大的成煤期：一是古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物，主要煤种为烟煤和无烟煤；二是中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物，主要煤种为褐煤和烟煤；三是新生代的古近纪，成煤植物主要是被子植物，主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分烟煤。

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