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石炭紀（英語：Carboniferous，符號C）是地球歷史中顯生宙古生代的第五個（倒數第二個）紀，也是晚古生代兩個地質時期中較老的一個。石炭紀上承泥盆紀、下啟二疊紀，從3.58億年前的泥盆紀後期滅絕事件開始，到2.98億年前的石炭紀雨林崩潰事件而結束。因為以早期兩棲動物（特別是離片椎類）為代表的四足類脊椎動物在這個時代開始占據陸地環境並成為食物鏈中上層的優勢物種，所以石炭紀又被稱為「兩棲時代」。
| 石炭紀 358.9–298.9百萬年前 | |
|
晚石炭世：3億年前的地球 | |
| 全時期平均大氣O 2含量 |
約32.3 Vol %[1] （為現代的162% ） |
| 全時期平均大氣CO 2含量 |
約800 ppm[2] （為前工業時期3倍） |
| 全時期平均地表溫度 | 約14℃[3] （高於現代0℃） |
| 海平面（高於現代） | 從120米降至現代水平，在末期穩定上升至80米[4] |
石炭紀的名字來自於拉丁語carbō（「石炭」）和ferō（「持有、承載」），源於當時在全世界各地茂密史前森林在地層中形成的煤床。石炭紀是第一個不以其研究岩層的所在地命名的地質時期，由英國地質學家威廉·科尼比爾（William Daniel Conybeare，1787～1857）和威廉·菲利普斯（William Phillips，1775～1828）二人於1822年合作命名[5]。
石炭紀與之前的泥盆紀和之後的二疊紀之間的邊界年代主要是通過放射性同位素斷代獲得的。對石炭紀的內部分類各個地區使用非常不同的系統，在西歐一般被分為上下兩個亞紀；在美國分密西西比紀和賓夕法尼亞紀；在俄羅斯分上、中、下三個亞紀，這些不同的系統在其使用地區和傳統中卻相當穩定。古生物學上的細節劃分一般使用海生動物：䗴類、頭足類、腕足動物、珊瑚等。陸地植物也被用來對晚石炭世作細節劃分。
石炭紀，尤其是石炭紀晚期可以被稱為是蕨類植物的時代。蕨類植物森林的規模可以從今天石煤層的規模中看出來端倪。這些在今天成為石煤的植物當中最主要的是：
泥盆紀海中占支配作用的盾皮魚類在泥盆紀後期滅絕事件後再也沒有出現過。石炭紀海中的魚類主要是活動靈便的軟骨魚類和輻鰭魚類。尤其是軟骨魚類，占據了海中的支配地位，石炭紀的軟骨魚類多樣性遠高於中生代時期的軟骨魚類。
出現了新興的䗴類，是單細胞生物，但它們可以達到10厘米大。菊石和海百合繁盛。三葉蟲到石炭紀已經大部分絕滅，只剩下幾個屬種。
最早的無翼的昆蟲在中泥盆世就出現了，到晚石炭世時，有翼的昆蟲出現。石炭統煤系地層中發現超過500種的昆蟲。
在陸地和淡水生活的脊椎動物主要是肉鰭魚類、離片椎類兩棲動物和非羊膜爬行形類，它們還保存著相當的水生習性。由於它們在陸地上還沒有競爭對手，因此它們的種類非常多，有些一直大到6米長。
在泥盆紀中北美地塊和北歐-俄羅斯地塊結合到一起。這塊大陸與後來的岡瓦那大陸的其它部分（今天的非洲、南美洲、南極洲、澳大利亞和印度）之間部分是由不同的地形組成的海洋。在泥盆紀晚期這些地區與北美-北歐-俄羅斯組成的大陸已開始有接觸。
石炭紀內這個過程繼續發展，到早石炭世、晚石炭世交界的時期這個過程達到一個高潮。直到石炭紀晚期非洲西北部與北美之間的空隙才被填補。阿巴拉契亞山脈的造山運動完成。西伯利亞與俄羅斯也已經基本相接，烏拉爾山脈形成，盤古大陸基本形成。
石炭紀開始時非洲的南角位於地球的南極。石炭紀中岡瓦那大陸按順時鐘方向旋轉，到二疊紀時南極洲位於南極。石炭紀開始後氣溫下降，在石炭紀早期就已經有冰川形成，但到石炭紀/二疊紀間期冰川發展到了高潮期。在岡瓦那大陸到處都可以找到冰川的痕跡。地質分析證明在石炭紀中氣溫比較溫暖的時期與氣溫比較寒冷的時期不斷交替。石炭紀晚期的大量煤的沉積可能與海面的不斷上下波動有關。這個波動可能是由於岡瓦那大陸南部冰川的融化和延長而造成的。
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