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지질학적 특징

고생대에 속하는 석탄기는 데본기 후, 페름기 전의 시대이다. 석탄기의 경계는 약 2억 8,000만~3억 4,500만 년 전으로 규정되나 최근 연구에서는 약 2억 8,500만~3억 6,500만 년 전으로 표시하고 있다(고지리학).

북아메리카에서 석탄기는 미시시피기와 펜실베이니아기로 대표되며 그 이름은 이 지층들이 넓게 분포하는 주(州)의 이름을 따서 명명되었다. 미시시피기는 약 3억 2,000만~3억 6,000만년 전의 시대이고, 펜실베이니아기는 2억 8,500만~3억 2,000만 년 전의 시대이다. 유럽에서는 석탄기를 디낭(또는 하부석탄기)·나뮈르·웨스트팔·스테판(또는 상부석탄기)으로 나눈다.

이들은 암모노이드류(고니아타이트[goniatite])·유공충 및 기타 화석들을 근거로 하여 더 작은 범위인 세(世)로 나누어져 있다. 20세기초까지는 석탄기의 암석 단위와 이에 해당되는 시간 단위의 분류가 매우 복잡했기 때문에 국제지질학 회의와 국제지질과학연합의 석탄기 소위원회에서는 이 기의 국제적인 시간 규모를 확립하기 위한 기준을 세웠다. 이 계(系)의 경계와 이에 해당되는 시간은 대체적으로 동의되었으나 더 작은 시대 구분은 아직도 논쟁의 대상이 되고 있다.

석탄기 동안 세계의 지형은 천천히 그러나 지속적으로 변화했다(조산운동). 모든 육괴(陸塊)는 대륙이동에 의해 남반구와 적도지역으로 모여져 점점 더 가까워졌다. 남쪽의 초대륙인 곤드와나는 북아메리카·유럽·시베리아 대륙을 포함하고 있었고 극동지역은 그 북쪽 주변에 압력을 가했다.

이것은 특히 이 기의 말에 강력한 지각변형·조산(造山)운동·화산활동 등 여러 활동을 일으킨 장기간에 걸친 과정이었다. 곤드와나 대륙에는 두꺼운 대륙빙하가 오랫동안 존재했는데 그 중심부는 아프리카 남부 부근에 위치했다. 후에 얼음이 얇아져 해수면이 복귀되었고 기후는 호전되었다. 석탄층의 형성은 대륙의 융기와 기후가 점점 건조해지면서 끝났다. 기후환경의 변화는 뒤이어 온 페름기의 수많은 생물세계에 영향을 주었다.

석탄기 중 식물 잔해에 포함되어 있던 막대한 양의 탄소는 대기로부터 온 것이다. 대기에서 많은 양의 이산화탄소가 제거되어 기후에 영향을 주었다고 주장하는 학자가 있었으나 이는 논박을 받았고, 석탄기의 중요한 요소가 된 것으로 인정되지 않고 있다. 석탄기에 만들어진 석탄은 모두 대륙에서 발견된다. 석탄층 생성과정은 4,000만 년 동안 계속되었고, 다른 어떤 시대에도 이렇게 많은 양의 식물이 석탄으로 변하도록 묻힌 적은 없었다. 계절적 변화가 뚜렷한 대륙기후는 지구 역사상 어느 시대 못지 않게 광범위하게 분포했다.

생물학적 특징

석탄기에 습지가 대륙의 남쪽 및 북쪽 지역에서 넓게 퍼졌으며 숲에는 식물이 번성했다. 후기 석탄기의 석탄층은 이들 숲의 쇄설물로 형성되었고, 늪지 숲이 반복적으로 번성한 것은 석탄기의 가장 큰 특징이었다. 복잡한 군집을 이룬 식물들의 진화와 더불어 척추동물들도 여러 방향으로 진화를 계속했다. 양서류는 널리 분포했고 종류도 다양해져 길이가 2m에 이르는 것도 있었다.

파충류가 처음으로 등장했고 많은 서식지에서 빠르게 적응했다. 석탄기는 세계 지형에 큰 변화를 가져왔다. 생물은 크게 진화했으며 주(周)빙하 기후, 적도 다우(多雨) 기후, 고온건조 기후를 포함한 기후 영역에 적응하게 되었다.