Pennsylvanian on Pohjois-Amerikan kerrostumien yläkarbonaalinen aikakausi. Se on Mississippin jälkeen (yläpuolella) ja ennen Permiä. Pennsylvanian alkoi noin 323 miljoonaa vuotta sitten (mya) ja päättyi noin 299 mya.

Hiilikerrostumat, jotka antavat hiilikaudelle sen nimen, ovat tiheiden trooppisten kosteikkometsien muodostaman turpeen jäänteitä. Ne muodostuivat Pennsylvanian-kaudella noin 315-300 miljoonaa vuotta sitten.

Nämä metsät sijaitsivat päiväntasaajalla, ja kosteikot, jotka ovat aina matalia, ulottuivat lännessä Pohjois-Amerikasta nykyisen Euroopan kautta itään Kiinaan, koska nämä mantereet olivat tuolloin kaikki yhdessä (Laurussia). Kosteikkojen ytimenä ollut jokitasanko ulottui 5000 kilometriä itäisestä Kanadasta Ukrainaan ja oli 700 kilometriä leveä. p6Tämä tekisi Pennsylvanian altaasta suuremman kuin mikään kosteikkoalue maapallolla nykyään.

Kivihiilikerrostumille tyypillisiä selkärankaisia olivat sammakkoeläimet, ja kasvit olivat enimmäkseen jättiläismäisiä kerrossammalia, kuten Lepidodendron.

Ympäristö ja ilmasto

Pennsylvanian-kaudella ilmasto oli laajalti lämmin ja kostea päiväntasaajan läheisyydessä, mikä mahdollisti laajojen trooppisten suometsien muodostumisen. Samanaikaisesti Gondwanan alueella esiintyi toistuvia jääkausijaksoja, joiden seurauksena merenpinta vaihteli voimakkaasti. Nämä nousut ja laskut synnyttivät toistuvia sedimenttikertymäjaksoja eli sykloteemeja, joissa rannikko-, delta- ja suoympäristöt vuorottelivat.

Kivihiilen muodostuminen

Hiilikerrostumat syntyivät, kun trooppisten kosteikkojen tiheä kasvipeite keräytyi ja muodostui pehmeäksi turpeeksi. Matala, hitaasti lahoava ympäristö, hapeton pohja ja sedimentin peittävyys estivät turpeen täydellisen hajotuksen. Ajan myötä hautautuminen ja painuminen muokkasivat turpeen kerroksista kivihiiltä. Näitä kerrostumia on laajoilla alueilla, ja ne ovat merkittäviä nykyaikaisen teollisuuden polttoaine- ja metallien valmistuksen raaka-aineita.

Elämä ja ekosysteemit

Pennsylvanianin kosteikot olivat biologisesti rikkaat ja monimuotoiset. Kasvillisuus oli pääosin suurikokoista: lycopodiinit (kuten Lepidodendron), sphenopsidit (esim. Calamites), saniaiset ja alkeelliset siemenkasvit (siemenfooripit). Nämä muodostivat usein kerroksellisia metsiköitä, joissa puut saattoivat kasvaa useita metrejä korkeiksi.

  • Kasvit: kerrossammalet, saniaiset, siemenfoorit ja puumaiset kärsämäiset kasvit.
  • Selkärankaiset: monet sammakkoeläinten ryhmät menestyivät kosteikoissa; Pennsylvanian oli myös tärkeä vaihe matelijoiden (amniottien) alkupoluille, joiden synty merkitsi siirtymistä täysin maalla elämiseen.
  • Artropodit ja hyönteiset: korkea happipitoisuus ilmakehässä tuki suurikokoisia hyönteisiä ja hämähäkkieläimiä. Tunnettuja esimerkkejä ovat jättimäiset sudenkorennot (esim. Meganeura -tyyppiset sukuja), sekä lukuisat niveljalkaiset.

Geologinen ja evolutiivinen merkitys

Pennsylvanian on tärkeä ajanjakso tutkittaessa kasvien ja selkärankaisten sopeutumista märkä-maaympäristöihin ja maalla olemisen varhaisia vaiheita. Erityisesti siemenkasvien ja varhaisten amniottien (matelijoiden kantamuodot) kehitys sai vauhtia, mikä loi pohjan myöhemmälle maalla elävien eläinryhmien monimuotoisuudelle.

Taloudellinen merkitys

Laajat kivihiilikerrostumat, joita syntyi Pennsylvanian-ajan kosteikoissa, ovat nykyaikana merkittävä energianlähde ja teollisuuden raaka-aine. Appalakkien altaan (Pohjois-Amerikassa), Euroopan ja Aasian Pennsylvanian-alueiden kivihiilit ovat olleet tärkeitä teollistumisen aikana.

Miksi Pennsylvanian on kiinnostava tutkijoille?

Tutkijoita kiinnostavat muun muassa:

  • suometsien rakenne ja hiilen sitoutuminen menneisyydessä,
  • ilmastojaksojen ja merenpinnan vaihteluiden vaikutus sedimentaation rakenteisiin (sykloteemit),
  • elämän sopeutuminen märkiin ja kuiviin ympäristöihin sekä amniottien varhainen evoluutio.

Yhteenvetona Pennsylvanian on ajanjakso, joka yhdistää geologian, ilmaston ja biologian näkökulmat: sen aikaan syntyneet kivihiilikerrostumat kertovat laajoista trooppisista kosteikoista ja ovat edelleen näkyvä jälki maapallon menneestä ympäristöstä.