石炭紀(jì)是古生代的第5個(gè)紀(jì)，開始于距今3.5億年，開始于距今約3.55億年至2.95億年，延續(xù)了約6500萬年。它分為兩個(gè)時(shí)期:始石炭紀(jì)(又叫密西西比紀(jì)，3億2000--3億5000萬年前)、和后石炭紀(jì)(又叫賓夕法尼亞紀(jì)，2億8600--3億2000萬年前)。
石炭紀(jì)是植物世界大繁盛的代表時(shí)期。由于這一時(shí)期形成的地層中含有豐富的煤炭，因而得名“石炭紀(jì)”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，屬于這一時(shí)期的煤炭儲(chǔ)量約占全世界總儲(chǔ)量的50%以上。
實(shí)際生活中，煤不僅是重要能源，也是冶金、化學(xué)工業(yè)的重要原料。主要用于燃燒、煉焦、氣化、低溫干餾、加氫液化等。應(yīng)用于電力、鋼鐵、水泥、化工四大行業(yè)。
石炭紀(jì)是地殼發(fā)展史上重要的造山時(shí)期，地殼上分布最廣的晚古生代海西山系的雛型，基本上在石炭紀(jì)形成。早石炭世末期的蘇臺(tái)德運(yùn)動(dòng)是晚古生代最主要一次構(gòu)造變動(dòng)，使北美的阿帕拉欽地槽、西歐的萊茵海西地槽、歐亞交界的烏拉爾地槽等的主體部分皺起形成山系;西伯利亞地臺(tái)以南的遼闊地槽區(qū)，大致可以中天山--NMG自治區(qū)南部一線為界，其北部石炭紀(jì)陸相為主，蘇臺(tái)德運(yùn)動(dòng)也明顯存在。石炭紀(jì)的古氣候問題中最令人注意的是：崗?fù)呒{大陸自石炭紀(jì)末至二疊紀(jì)初的大規(guī)模的冰川活動(dòng)現(xiàn)象、持續(xù)時(shí)間長達(dá)5000萬年，屬極地大陸冰蓋類型。
石炭紀(jì)時(shí)期氣候分異現(xiàn)象十分明顯，北方古大陸為溫暖潮濕的聚煤區(qū)，岡瓦納大陸卻為寒冷的大陸冰川沉積環(huán)境。氣候分帶導(dǎo)致了動(dòng)、植物地理分區(qū)的形成。陸生植物從濱海地帶向大陸內(nèi)部延伸，并得到空前發(fā)展，形成大規(guī)模的森林和沼澤，給煤炭的形成提供了有利條件，所以，石炭紀(jì)成為地史時(shí)期最重要的成煤期之一。按照地理環(huán)境不同，科學(xué)家們根據(jù)石炭紀(jì)的植物分布特點(diǎn)劃分出各具特色的植物地理區(qū)，每一植物地理區(qū)都有自己的特色植物群和一定的生態(tài)特征。
在石炭紀(jì)晚期，脊椎動(dòng)物演化史出現(xiàn)一次飛躍，從此擺脫了對(duì)水的依賴，以適應(yīng)更加廣闊的生態(tài)領(lǐng)域，以北美賓夕法尼亞早期地層中的林蜥為代表。
石炭紀(jì)陸生生物飛躍發(fā)展，海生無脊椎動(dòng)物也有了顯著的變化。早石炭世晚期的浮游和游泳的動(dòng)物中，出現(xiàn)了新興的筳類，成為海生無脊椎動(dòng)物中最重要的類群。石炭紀(jì)有個(gè)別名叫“巨蟲時(shí)代”，因?yàn)楫?dāng)時(shí)大氣含氧量很高，蟲子長得特別大。其中有些蜻蜓個(gè)體巨大，兩翅張開大者可達(dá)70cm。生活在陸上的昆蟲，如蟑螂類和蜻蜓類，是石炭紀(jì)突然崛起的一類陸生動(dòng)物，他們的出現(xiàn)與當(dāng)時(shí)茂盛的森林密切相關(guān)。
腕足動(dòng)物盡管在類群上減少，但數(shù)量多，淺海底棲動(dòng)物中仍以珊瑚、腕足類為主。頭足類則以菊石迅速發(fā)展為主。三葉蟲到石炭紀(jì)已經(jīng)大部分絕滅，只剩下幾個(gè)屬種。
最早發(fā)現(xiàn)于泥盆紀(jì)的昆蟲類，在石炭紀(jì)得到進(jìn)一步的繁盛，已知石炭、二疊紀(jì)的昆蟲就達(dá)1300種以上。陸生脊椎動(dòng)物進(jìn)一步繁盛，兩棲動(dòng)物占到了統(tǒng)治地位。早石炭世一開始，兩棲動(dòng)物蓬勃發(fā)展，主要出現(xiàn)了堅(jiān)頭類(也稱迷齒類)，同時(shí)繁盛的還有殼椎類。
在石炭紀(jì)的森林中，既有高大的喬木，也有茂密的灌木。喬木中的木賊根深葉茂，木賊的莖可以長到20--40厘米粗，它們喜愛潮濕，廣泛分布在河流沿岸和湖泊沼澤地帶。石松是另一類喬木，它們挺拔雄偉，成片分布，最高的石松可達(dá)40米。石炭紀(jì)時(shí)，早期的裸子植物(如蘇鐵、松柏、銀杏等)非常引人注目，但蕨類植物的數(shù)量最為豐富。蕨類植物是灌木林中的旺族，它們雖然低矮，但大量占據(jù)了森林的下層空間，緊簇?fù)頂D，蒸蒸日上。今天地球上之所以蘊(yùn)藏有如此豐富的煤炭資源，與石炭紀(jì)植物界的繁盛密切相關(guān)。中國是煤炭資源大國，有科學(xué)家曾經(jīng)指出，石炭紀(jì)森林的廣袤和茂密可以從中國所產(chǎn)煤層的厚度上看出來，有的煤層厚度竟然超過120米，這相當(dāng)于2440米的原始植物質(zhì)的厚度。
早石炭世的植物面貌與晚泥盆世相似，古蕨類植物延續(xù)生長，但只能適應(yīng)于濱海低地的環(huán)境;晚石炭世植物進(jìn)一步發(fā)展，除了節(jié)蕨類和石松類外，真蕨類和種子蕨類也開始迅速發(fā)展。裸子植物中的科達(dá)樹是一種高大的喬木，成為造煤的重要材料之一。
植物是怎樣變成煤炭的呢？由于石炭紀(jì)的植物種類繁多，生長迅速，它們死后即便有一部分很快腐爛，但仍有許多枝干倒伏后避免了風(fēng)化作用和細(xì)菌、微生物的破壞。石炭紀(jì)森林的不少林地是被水浸泡著的沼澤地，死亡后的植物枝干很快會(huì)下沉到稀泥中，那里實(shí)際上是一種封閉的還原環(huán)境，在這種環(huán)境中植物枝干避免了外界的破壞，并在壓實(shí)作用和其它作用下緩慢地演變成泥炭。年復(fù)一年，由植物形成的泥炭在地層中得到保存，并又經(jīng)歷了成煤作用后成為初級(jí)的煤炭-褐煤。褐煤是一種劣質(zhì)煤，褐煤再經(jīng)過長時(shí)間的壓實(shí)后，才能形成真正意義上的煤--煙煤。褐煤轉(zhuǎn)化成煙煤要付出巨大的“代價(jià)”，據(jù)地質(zhì)學(xué)家們推算，0.3米厚的煙煤是由6米厚的象褐煤這樣的植物質(zhì)壓縮而成的。
石炭紀(jì)森林分布在地球陸地的許多地方，在中國北方的華北平原，就曾保存著石炭紀(jì)的廣袤森林，山西的煤層應(yīng)該是最好的證據(jù)。在石炭紀(jì)時(shí)，山西大地歷經(jīng)海水的數(shù)次入侵，海陸頻頻交替。每當(dāng)海水退卻，陸地植物便在溫暖潮濕的環(huán)境下迅速繁盛，一期又一期的森林就這樣生成了。成煤的泥炭沼澤植物林中，主要以石松類、科達(dá)類、種子蕨類、真蕨類等為主。
石炭紀(jì)，有一場生物大滅絕事件，兩棲動(dòng)物受到重創(chuàng)，巨型昆蟲全部滅絕，很高的蕨類植物死亡。事后，大氣含氧量降低，氣候干燥，只有爬行動(dòng)物進(jìn)化了。到了二疊紀(jì)，成了爬行動(dòng)物時(shí)代。
截止至2012年，只發(fā)現(xiàn)了一種那時(shí)的爬行動(dòng)物：原蜥。它體長60厘米。爬行動(dòng)物與兩棲動(dòng)物有很大的不同，爬行動(dòng)物的卵有硬殼保護(hù)，不需產(chǎn)在水中。它們的皮膚不像兩棲動(dòng)物，只有一層薄膜，而是長有鱗片，這使它們不必隔一段時(shí)間就返回水中，防止脫水。它們還進(jìn)化出了一種器官：聲帶。
這次災(zāi)難的禍?zhǔn)资敲禾?。一億年來，陸地都完全由森林覆蓋。它們的枯枝形成了一層厚達(dá)30米的煤炭，而且遍布全球。那時(shí)，地幔巖漿活動(dòng)劇烈，產(chǎn)生高溫。高溫穿過巖石，直達(dá)煤炭層。煤炭在高溫下開始燃燒。3.06億年前的一天，一堆火苗出現(xiàn)在地面上，緊接著，越來越多的火苗出現(xiàn)了，它們燒毀了成片的樹木，很快，附近一片火海。
當(dāng)時(shí)極高的含氧量，加快了大火的擴(kuò)散。大火在數(shù)天內(nèi)就擴(kuò)散到了500千米以外的地方。叢林中的動(dòng)物無處可逃，大多被燒死。巨脈蜻蜓等昆蟲雖能飛行，但他們的卵卻不可能。昆蟲們失去了棲息地，而他們不可能總在飛行，最終筋疲力盡，掉在了火海中。
十年后，大火還在繼續(xù)燃燒。它們覆蓋了陸地約50%的地區(qū)。在這范圍內(nèi)的大多數(shù)生物都被燒死。由于山脈和河流的阻擋，大火沒能繼續(xù)擴(kuò)散。但煤炭的燃燒產(chǎn)生了大量的有害氣體，漸漸擴(kuò)散到了全球。這些氣體使全球發(fā)生溫室效應(yīng)，平均溫度在十年內(nèi)上升了5攝氏度。這使海洋動(dòng)物的卵無法孵化，這摧毀了很多動(dòng)物。
三十年后，由于可燃物燃燒殆盡，大火停止燃燒。大火燃燒的地區(qū)，有一層厚厚的灰燼，這是動(dòng)植物被燃燒所形成的。幸存下來的動(dòng)物由于沒有食物來源，很快被餓死。
大氣中充滿了有害氣體，這又摧毀了許多呼吸功能差的動(dòng)物。這些氣體又使全球氣溫繼續(xù)上升，災(zāi)難發(fā)生100年后，全球氣溫平均可能達(dá)30攝氏度。
一千年后，有毒氣體還在繼續(xù)揮發(fā)，它們遮住了太陽。地球表面所得的光源只有正常的50%，這使得植物無法進(jìn)行光合作用，大量植物因此死亡。一些呼吸功能差的動(dòng)物，如引螈，也因此大量死亡。
一萬年后，有毒氣體終于停止了揮發(fā)，但動(dòng)植物遭到了重創(chuàng)，50%的陸地幾乎沒有生命跡象，地球開始進(jìn)入恢復(fù)期。
距煤炭層燃燒過去5萬年，滅絕事件基本結(jié)束。在這場災(zāi)難中，兩棲動(dòng)物受到重創(chuàng)，而引螈奇跡般地存活了下來；節(jié)肢動(dòng)物中巨馬陸、巨脈蜻蜓、巨獨(dú)角仙、巨蜚蠊等動(dòng)物都滅絕了，巨型昆蟲的時(shí)代結(jié)束了；海洋動(dòng)物中，三葉蟲受到重創(chuàng)，并在下一次物種大滅絕事件中消亡。而受益最大的就是哺乳動(dòng)物、鳥類、爬行動(dòng)物的直系祖先--原蜥。他們的種群在這次災(zāi)難中發(fā)展壯大，在接下來的數(shù)百萬年進(jìn)化出許多不同的物種。他們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)成為全球霸主，地球進(jìn)入了長達(dá)2.4億年的爬行動(dòng)物時(shí)代。
燃燒的煤炭、有毒的氣體、高溫構(gòu)成了造成46%物種滅絕的物種大滅絕--石炭紀(jì)燃煤事件。
煤炭就在這樣一場滅絕性的燃燒中顯示了它的威力。
它的可怕之處，不僅在于燃燒的無情，還有燃燒中產(chǎn)生的那些有毒氣體。
構(gòu)成煤炭有機(jī)質(zhì)的元素主要有碳、氫、氧、氮和硫等，此外，還有極少量的磷、氟、氯和砷等元素。其中硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，以硫最為重要。煤炭燃燒時(shí)絕大部分的硫被氧化成二氧化硫隨煙氣排放，污染大氣，危害動(dòng)、植物生長及人類健康，腐蝕金屬設(shè)備；當(dāng)含硫多的煤用于冶金煉焦時(shí)，還影響焦炭和鋼鐵的質(zhì)量。所以，“硫分”含量是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的重要指標(biāo)之一。
礦物質(zhì)是煤炭的主要雜質(zhì)，如硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽等，其中大部分屬于有害成分。
煤炭的污染表現(xiàn)主要有：一、長期以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，形成以酸雨、二氧化硫和煙塵為主要危害的煤煙型大氣污染。主要包括火力發(fā)電、工業(yè)鍋（窯）爐、民用取暖和家庭爐灶等。高耗低效燃燒煤炭向空氣中排放出大量二氧化硫與二氧化碳和煙塵。二、煤炭開采破壞生態(tài)平衡：1、導(dǎo)致土地資源破壞及生態(tài)環(huán)境惡化；2、破壞地下水資源，加劇缺水地區(qū)的供水緊張；3、導(dǎo)致廢氣排放，危害大氣環(huán)境；4、為滿足社會(huì)對(duì)潔凈煤的需求，原煤入洗比例連年提高，排放出大量的煤泥水污染土壤植被及河流水系；5、運(yùn)輸中產(chǎn)生的煤塵飛揚(yáng)，既損失大量的煤炭，又污染沿線周圍的生態(tài)環(huán)境。此外，煤炭更直接污染了水源和空氣，并導(dǎo)致黑肺病的發(fā)生。
國際環(huán)保組織綠色和平呼吁全球各國重視燃煤造成的環(huán)境惡果，立即減少并逐步放棄煤炭的使用。
近些年，人們加強(qiáng)了對(duì)煤炭的保護(hù)治理：1、政策法規(guī)配套，環(huán)保投入增大；2、土地復(fù)墾取得一定成效；3、三廢（廢氣、廢水、廢渣）治理效果顯著；4、礦區(qū)綠化已從單純植樹種草，走向綠色生態(tài)工程建設(shè)；5、潔凈煤技術(shù)發(fā)展較快。
當(dāng)然，治理污染最好的辦法不是稀釋，而是從根源上杜絕它的產(chǎn)生。所有地球居民都是鄰居，共同呼吸著唯一的空氣。因而必須在全球的層次上攜起手來，密切合作，減少污染，共同保持健康的空氣。