森林出现在地球上数亿年前。
经过数亿年的人类、电力、供热、工业发展...我们仍然要感谢古老的森林。
古老的森林不仅完善了地球的生态系统，还创造了与我们生活息息相关的煤矿资源。
那么森林是什么时候开始形成的呢？煤炭与古代森林有什么关系？
古老的森林是什么样子的？
四亿年前，当植物成功着陆时，岩石土地上发生了微妙的变化，土壤诞生了，植被变得越来越茂盛。最后，森林首次出现在地球上是在泥盆晚期，大约3.5亿年前。
那么，科学家如何判断泥盆地时代森林的形成呢？
森林由高大的树木组成。构成森林的植物必须是Choben植物，至少4米高，胸径至少7.62厘米。只有这样的植物才具备形成森林的基本条件。在植物化石的埋葬中，整个植物身体作为化石被完整保存下来是非常罕见的，绝大多数只保存了植物身体的一部分。因此，植物的茎径通常用于确定植物的高度。统计分析，茎径与高度有一定的相关性。在泥盆中后期，在地球上的陆地上，有些植物茎的直径已经超过了定义树木的要求，在10cm以上，那么它的高度至少为5m，有的可以达到20m，甚至可达30m。
此外，从对植物形态特征的分析来看，从大气中二氧化碳相对浓度变化几乎直线下降的趋势来看，在泥盆地中后期，地球陆地生态系统可能出现早期森林。
然而，识别早期森林也需要特定的地质条件：生长的森林植物被保存在原地，使研究人员能够建立森林景观。原位保存是对植物的生存位置的保存，没有后期的变化。原位保存的植物化石非常有价值，它可以提供植物分布、总体特征等重要信息。保存最理想、最广为人知的早期森林是在纽约州的吉尔博亚河采石场（Gilboa River Quarry）化石。这是世界上第一片森林，中后期泥盆地（图1）。
图1 美国纽约州北部吉尔博泥盆地树桩化石
原来古林是什么样的？它由木贼，羊牙，石松和其他蕨类植物组成。30米高的密封木就像一把巨大的伞，有一个长长的把手，顶部只有1米长的叶子。密封木材的根部覆盖着许多小根，钻出土壤进行光合作用，长到27米高，树干开始分裂，顶部孢子被释放，随风而动。孢子是一个小的遗传包。只要环境湿润，就可以发展成新的生活。潮湿和多雨的沼泽是这些孢子植物的天堂。
图2 古林恢复地图
森林出现1000万年后，植物界进入了一个繁荣时期，迎来了木炭时代——一个炼煤时代。当时的气候似乎特别温暖潮湿，陆生植物从沿海地区延伸到大陆内陆，形成了大规模的森林和沼泽，为煤炭的形成提供了有利条件。在这个形成时期，煤炭储量占世界总储量的一半以上，"石器时代"的名字就由此而来。数千万年来，森林一直在利用光合作用来提供氧气，地球迎来了历史上最高的大气含氧量。高氧环境似乎对动物世界有着奇妙的影响，现代人已经习惯了小型无脊椎动物，如蜻蜓、蜘蛛等，在那个年代变得如此之大，一只翅膀长达70厘米，蜘蛛大到十米，想想就很吓人啊！
在石器时代的中后期，植物界已经进化出一些新的群体，例如小鳞蕨类植物，一组新的种子蕨类植物（图3），华丽的木材和与针叶植物有关的vossant冷杉。裸厂中的高田树也是一棵高大的树，已成为炼煤的重要植物之一。
图3 开玩笑的羊牙的种子
在植物物种组成发生变化的同时，植物群落的外观开始呈现明显的地理分化。从中晚期木炭世界到第二世界的地球的植被可分为以下四个植物地理区域：分布在欧洲和北美大部分地区的欧美植物区系，东亚的华夏植物区系，北亚的安加拉植物群，以及分布在整个南半球和北半球南亚的Gonwana植物群。属于华夏植物的中国和东南亚，早期也属于华夏植物群，后来，随着气候的变化和植物物种的进化，形成了以大羽毛羊牙为代表的独特植物群（图4）。华夏植物区的气候条件是高温高湿，植被类型与现在的雨林和季风雨林相似。代表植物除大羽毛羊牙外，还有中国羊牙、编织羊牙、翻盖轮叶等。
图4 大羽毛羊牙
植物残骸变成能量
以煤能为基础的工业革命，是人类历史上的一次重大变革。煤作为一种化石能源，是一种固体可燃矿物，在古代埋葬植物遗骸后通过地质作用而转化。科学家经常在煤层的顶部和底部岩石中发现保存程度不同的植物化石（图5），在煤块表面经常可以看到植物叶子和根部的痕迹，如果你把煤切成薄片，在显微镜下观察，你会发现非常清晰的植物组织和结构， 有时在煤层中，如树干，一些煤层覆盖着完整的昆虫化石。它们为我们理解燃煤电厂和当时的自然环境提供了宝贵的证据。
图5 植物化石通常与煤层有关
在漫长的地质历史中，植物群落繁华数次，有炭纪、第二叠纪、侏罗纪、第三纪等几个重要的成煤期，其中木炭时代是地质史上最早的重要世界成煤期。
石炭时代的成煤植物主要是石松，柯达克，种子蕨类植物和真正的蕨类植物。早期木炭界的植物外观与泥盆晚期相似，世界植物成分的差异不是很大，有鳞片木、鳞片木、鳞片木、亚鳞木、巢木、古海豹木、古芦苇木、弱楔叶、铁丝、芹菜羊牙、羊牙、 以楔叶羊牙、羊牙和三角羊牙为主要代表。其中，石松和截面类最具代表性，虽然这两类植物现在大多是小草本植物，但3亿多年前，其家族成员都是高大的树木，以芦苇为代表的盗木贼的树干可以长到20-40厘米厚，广泛分布在河流和湖沼沿岸。树石松（图6），以鳞片状木材和密封木材为代表，最大可达40米，它们雄伟，成片分布，是当时煤层的主力。
图6 鳞片和密封木材
地球上出现的大片森林广泛分布在沿海低地的成煤沼泽中。此外，白垩纪中后期的地壳运动导致许多地区出现大规模的地壳盆地，为大规模采煤提供了有利的地理条件。地壳下降的速度和一个地区积累的植物残留量决定了煤矿煤层的厚度。地壳快速下落，厂体残骸堆积较厚，矿井煤层较厚，反之亦然，地壳缓慢下降，植物残骸堆积较薄，矿井煤层较薄。也由于地壳的构造运动，原有的煤层褶皱和断裂，有的煤层埋在地下较深，有的被推到地表，甚至暴露在地面上，更容易被发现。还有一些煤层比较薄，尺寸小，所以没有开采价值。
中国早期森林
我国是否具备早期森林形成的条件和可能性？在中国南方、新疆等地，在泥盆后期，形成早期森林的常见植物，如大树石松植物，原裸植物厚茎化石，相似蕨类植物的茎径可达80cm，大概这种植物的高度在10m以上，也就是说，我国有植物体形成森林所需的。
2012年，中国和美国科学家发现了一片化石森林，被称为煤沼森林，大约3亿年前埋在内蒙古乌达煤田，被火山爆发掩埋。它的保存方式与庞贝城相似，可以说是地球生物界的"植物庞贝城"。植被由六个植物群组成：石松，结，瓢叶，蕨类植物，原始松柏和雄铁。中层植被树蕨构成森林主体，高层植被由原松柏科达或石松植物密封木组成;这是迄今为止地球历史上世界上最大的陆地景观植被面积。
在木炭时代，构成今天中国大陆的主要陆地块，华北板块和华南板块，位于中低纬度，在温暖潮湿的气候中，茂密的森林在沿海和内陆盆地的沼泽地中形成大面积的煤层。因此，炭纪也是中国地质史上第一个重要的成煤期。例如，在素有煤海之称的山西，其大部分煤层形成于这一时期，当时山西的土地经过几次陆海轮流，当海面退缩时，陆地上的植物在温暖潮湿的环境中迅速繁衍生息，形成了大量的煤炭。
结语
森林形成是地球陆地生态系统的革命性事件，极大地改善了地球的生态系统。自森林建成以来，大陆的自然环境焕然一新，不仅使大气中富含氧离子，创造了适合动植物发育的生态，而且影响着全球大气海洋环境，对全球气候的演化有着深远的影响。
不仅如此，正是这些数亿年前的古老森林，为人类的现代工业发展保存了极其宝贵的能源财富。