Karbon je geologický útvar prvohor (paleozoikum) a jde tedy také o součást eónu fanerozoika. Počátek karbonského útvaru je kladen 354 milionů let (Ma) zpět do minulosti a jeho spodní hranice je vymezena nástupem druhu Siphonodella sulcata, což je drobný konodont (Conodonta). Stratotyp spodní hranice je v jižní Francii západně od Montpellier na vrchu La Serre v Montagne Noire. Svrchní hranice je vymezena ve stratotypu u Aidaralašského potoka v Jižním Uralu v severním Kazachstánu – 50 km od města Aktjubinsk, kde je hranice vymezena také výskytem konodontů. Konec karbonu je kladen 298 milionů let (Ma) zpět. Dělení karbonu se stále vyvíjí, obecně se však dělí na starší spodní karbon a mladší svrchní karbon, přičemž uvažovaná hranice je stále věcí diskusí a dohadů. V mezinárodním stratigrafickém dělení se spodní karbon nazývá mississipian a svrchní karbon je nazýván pennsylvanian.náhled
V Evropě se používala a ještě používají obdobná pojmenování, spodní karbon byl nazýván dinant [dyná] a svrchní karbon byl nazýván silesian. Také stupně karbonu jsou pojmenovány v jednotlivých částech světa různě. V České republice, střední a západní Evropě to jsou: tournai, visé, namur, westphal a stephan (od nejstaršího). Ve východní Evropě to jsou: tournai, visé, serpuchov, baškir, moskov, kasimov a gžel (od nejstaršího). V Severní Americe to jsou: kinderhook, osage, meramec, chester, morrow, atoka, des moines, missouri, virgil.
Přestože má karbon své nejvýznačnější stratotypy ve Francii, Kazachstánu a Spojených státech amerických, popsán byl poprvé anglickými vědci Conybearem a Phillipsem v roce 1822 ve Velké Británii, kde také dostal jméno Carboniferous (uhlonosné [období]) podle hojného výskytu kamenného uhlí v karbonských sedimentech, z latinského carbo (uhlí). O několik let dříve (1808) použil francouzský vědec Omalins D’Halloy označení „terrain houiller“ /uhelný útvar/.
Paleogeografické poměry Na počátku karbonu byly pevniny rozděleny na několik paleokontinentů – Gondwanu, Laurussii, Siberii a další menší mikrokontinenty. Laurussia ležela v oblasti rovníku. Gondwana ležela rozprostřena kolem jižního pólu a ve vyšších šířkách. Ve spodním karbonu (dinantu) se Gondwana přibližuje k Laurussii. Srážka Gondwany a Laurussie má za následek vznik variského horstva (variscidy), které má své odpovídající ekvivalenty i v Africe a v Severní Americe. Součástí variského horstva byl i Český masiv. Variské horstvo se táhlo podél rovníku a stáčelo se k severovýchodu.
Paleoklimatické poměry Klima karbonu bylo zpočátku velmi teplé. Průběh zóny teplého klimatu je doložen i rozšířením uhelných ložisek s druhově bohatou flórou. Během karbonu se klima ochladilo a dochází i k zalednění Gondwany, jehož stopy v podobě morén a tillitů jsou doloženy z Jižní Ameriky, jižní Afriky, Antarktidy, Indie a Austrálie. Jedná se o nejrozsáhlejší zalednění v historii Země, které bylo způsobeno driftem Gondwany k jihu. Druhově monotónnější flóra Gondwany je označována jako glossopterisová (podle rodu Glossopteris) a její rozšíření od svrchního karbonu do spodní křídy v jižní Africe, Jižní Americe, Indii, Madagaskaru, Antarktidě, Austrálii a Falklandských ostrovech je jedním z důležitých důkazů pro existenci Gondwany. Cirkumpolární zóna na Sibiři je typická mechorosty, rody Pursongia, Zamiopteris aj., představuje mírné a vlhké podnebí (doprovázené vznikem uhelných slojí) a je označována jako flóra angarská. Pro severoatlantický kontinent jsou typické dvě facie: karbonatická facie uhelných vápenců s hojným podílem bentické fauny (koráli, mechovky, řasy, krinoidé). Převažují organodetritické vápence nad organogenními. Útesové formy většinou chybí kulmská facie – klastický vývoj (droby, slepence, prachovce, jílovce) s faunou planktonického, epiplanktonického a nektonického typu (goniatité, měkkýši). Typickým znakem je výrazná rytmičnost s charakterem flyšových uloženin, rozšířená zejména při okrajích variského orogénu. Při okrajích variského orogénu dochází k cyklickému kolísání mořské hladiny, které vytváří nepříznivé podmínky pro vznik uhelných pánví. Oproti tomu na evropském kontinentu v mělkovodních močálech dochází k hromadění rostlinné hmoty s pozdějším vznikem rozsáhlých uhelných ložisek. V ovzduší s původním přebytkem oxidu uhličitého pocházejícího ze sopečné činnosti dochází postupně ke spotřebování oxidu uhličitého rostlinami a klima se stává sušším (pouštní klima svrchního karbonu a permu).
Tektonika Výsledkem kolize kontinentálních bloků Gondwany a severoatlantického kontinentu je rozsáhlé hercynské (variské) vrásnění. Jednalo se o migrující orogenetické vlny způsobené procesy subdukce a kolizemi kontinentálních bloků. Území Evropy spadá do mobilní kolizní zóny, kde se orogeneze projevila se značnou intenzitou. Vrásnění bylo doprovázeno metamorfózou a plutonismem a tyto jevy často zakrývají starší projevy (typicky v Českém masívu). Dílčí fáze variské orogeneze se označují jako bretonská (svrchní devon – spodní karbon) sudetská (spodní – svrchní karbon) krušnohorská (svrchní namur – spodní vestfál) asturská (svrchní vestfál – spodní stefan) Magmatická činnost v mobilních oblastech je zastoupena zejména bazickým vulkanismem, po hlavních procesech nastupuje subsekventní kyselý vulkanismus (ryolity, porfyry, křemenné porfyry). Významná jsou ložiska rud, jejichž vznik je spojen s projevy variské orogeneze (Cu-Pb-Zn rudy, ložiska zlata).
Biosféra
Flóra V karbonu jsou poprvé v historii Země příhodné části kontinentů pokryty bylinnou a stromovou flórou, v níž převládají rostliny výtrusné (plavuně /Lycophyta/, přesličky /Sphenophyta/), které společně s kapraďovitými rostlinami tvořily hlavní zdroj uhlotvorné hmoty. Z plavuní jsou to zejména rody Lepidodendron a Sigillaria, vytvářející obrovské stromy až 30 m vysoké s průměrem kmene 1,5–2 metry, s listy od několika cm až metrové délky. Povrch kmenu byl pokryt listovými polštářky kosočtverečného až vřetenovitého tvaru, sestavenými do šroubovice. Všechny stromovité plavuně se rozmnožovaly větrem roznášenými výtrusy. Pro podloží uhelných slojí jsou charakteristické horizonty tvořené kořenovými částmi rostlin (Stigmaria). Mezi spodnokarbonskými přesličkami je důležitý rod Asterocalamites, ve svrchním karbonu pak rody Calamites a Mesocalamites. Stratigraficky významné jsou drobné popínavé přesličky rodu Sphenophyllum. V karbonských pralesích byly hojné kapraďosemenné rostliny (Pteridospermae). Na gondwanském kontinentu převládaly zejména rody Glossopteris a Gangamopteris. Známé jsou i vyšší nahosemenné rostliny (kordaity pojmenované podle pražského přírodovědce z 19. st. A. J. C. Cordy) a ve svrchním karbonu se objevují i první pravé jehličnany (rod Walchia). Pro bližší členění karbonu jsou důležité i palynologické nálezy. Hranice devon-karbon je dána druhy Hymenozonotriletes lepidophytus a Vallatisporites pusillites, mezi karbonem a permem pak zástupci rodu Laevigatosporides. Svými popisy nálezů ze svrchního karbonu na Plzeňsku v díle „Versuch einer geognostisch-botanischen Darstellung der Flora der Vorwelt“, vydaném v letech 1820–1838 se k zakladatelům paleobotaniky zařadil i hrabě Kašpar Šternberk.
Fauna náhled|Aviculopecten, Syringothyris Z prvoků jsou stratigraficky významné foraminifery. Drobné formy ze spodního karbonu (Endothyra, Quasiendothyra) byly nahrazeny velkými (řád Fusulinacea, Valvalina), jejichž schránky vytvářejí ve východní Evropě a Asii polohy vápenců. V mělkých vodách jsou hojní brachiopodi s masivními a velkými schránkami (až 20 cm Gigantoproductus). Z měkkýšů významné místo zaujímají amonoidní goniatité (Gattendorfia, Pericyklus, Goniatites, Gastrioceras). Nautiloidní hlavonožci jsou reprezentováni pevně svinutými loděnkami (mizí druhy s přímými a zahnutými schránkami). Mezi epiplanktonické mlže řadíme Pectinacea s tenkými schránkami, ke sladkovodním druhům patřily druhy Carbonicola, Anthracosia, Curvirinula. Nápadný úbytek zaznamenali trilobiti. Většinou patří k drobným zástupcům čeledi Proetidae. Naopak rozvoj zaznamenali suchozemští členovci – pavouci, štíři, stonožky a zejména hmyz. Typické jsou také obří pravážky, dosahující rozpětí křídel až 75 cm a patřící tak k největším známým zástupcům hmyzu vůbec (například rod Meganeura). Objevují se i pravé vážky, jepice, brouci, stejnokřídlí, chrostíci a jiné skupiny hmyzu. Mezi vymřelými skupinami zaujímají zvláštní postavení Palaeodictyoptera se třemi páry křídel či Arthropleura, zbytky jejichž až 250 cm dlouhých článkovaných těl se zachovaly v sladkovodních sedimentech svrchního karbonu (i v ČR). Jednalo se tak o jedny z největších členovců všech dob.
Z mořských ostnokožců mají horninotvorný význam lilijice, v Severní Americe používané k stratigrafickému členění. Jejich husté porosty obývaly mělká moře (Cyathocrinus, Woodocrinus, Actinocrinus). Do sladkých jezer se rozšiřovaly trnoploutvé ryby, rozvíjí se ryby paprskoploutvé (Palaeoniscida). V jezerech a řekách žili velcí žraloci (Xenacanthida), na území České republiky žijící rod Xenacanthus dosahoval délky až 70 cm. Rozšířeni byli akantoidé. Vymírají pancéřnaté ryby. Obojživelníci jsou zastoupeni hlavně krytolebci (Stegocephali), připomínající stavbou těla ještě své rybí předchůdce. Jejich tělo bylo pokryto pancířem z jemných šupin. Plochá hlava měla trojúhelníkovitý nebo obloukový tvar. Tvar zubů prozrazuje dravý způsob života. Mezi týlními kostmi měli světločivný orgán (třetí oko). Obývali převážně močály a tůně se stojatou vodou, objevují se však i na vlhkých březích jezer či klidně tekoucích řek. Množili se vajíčky, larvy dýchaly vnějšími žábrami. Dobře zachované nálezy těchto tvorů pocházejí z nýřanských slojí. náhled|Zástupce tetrapodů rodu Crassigyrinus, Skotsko Díky ústupu hladiny moře se postupně vyvíjely druhy se zrohovatělou pokožkou, která je chránila před vypařováním vody. Přestaly klást vajíčka do vody a potřebnou vodu pro vývoj zárodku nahradila tekutina v tzv. amnionové dutině (dodnes je tomu tak u vyšších obratlovců, tj. ptáků, plazů a savců). Změna kostry pak dala ve svrchním karbonu vzniknout skupině pokročilých obojživelníků a pravých plazů (Archerperton, Seymouria, Hylonomus).Kayla D. Bazzana, Bryan M. Gee, Joseph J. Bevitt & Robert R. Reisz (2020). Postcranial anatomy and histology of Seymouria, and the terrestriality of seymouriamorphs. PeerJ. 8: e8698. doi: https://doi.org/10.7717/peerj.8698Jozef Klembara, Ralf Werneburg, Marika Mikudíková, Juraj Šurka & Stanislav Štamberg. The oldest records of the stem amniote Discosauriscus (Seymouriamorpha, Discosauriscidae) from the European Carboniferous–Permian boundary. Bulletin of Geosciences. 98 (3): 233–246. O období na přelomu karbonu a permu se tak někdy mluví jako o "první éře plazů" (druhou pak bylo období druhohor, kdy dominovali dinosauři a další plazi).Neil Brocklehurst (2021). The First Age of Reptiles? Comparing Reptile and Synapsid Diversity, and the Influence of Lagerstätten, During the Carboniferous and Early Permian. Frontiers in Ecology and Evolution. 9: 669765. doi: https://doi.org/10.3389/fevo.2021.669765
Regionální přehled
Severní Amerika Spodní karbon navazuje svoji mořskou, často karbonátickou sedimentací na faciální vývoj devonu, pak následuje stratigrafický hiát způsobený vrásněním v appalačské oblasti (odpovídá variské orogenezi). Na východě pak ustává mořská regrese, směrem k západu od orogénu přecházejí uhlonosné limnické facie přes paralické sedimenty do mělkovodních uloženin kontinentálního typu s karbonáty a ložisky evaporitů.
V kordillerské oblasti současně s antlerskou orogenezí se při západním okraji usazovaly několik tisíc metrů mocné klastické sedimenty. vpravo|náhled|Tetrapod rodu Greererpeton.Megan R. Whitney & Stephanie E. Pierce (2021). Osteohistology of Greererpeton provides insight into the life history of an early Carboniferous tetrapod. Journal of Anatomy. doi: https://doi.org/10.1111/joa.13520 doi: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/joa.13520
Asie