L’apparition des poissons, au cours de la période précédente, marque le point culminant de l’évolution de la vie marine ; à partir de là, l’évolution de la vie terrestre devient de plus en plus importante. Cette période s’ouvre dans des conditions presque idéales pour l’apparition des premiers animaux terrestres.
Il y a 220 millions d’années, beaucoup de zones continentales, dont la majeure partie de l’Amérique du Nord, se trouvaient au-dessus des eaux. La terre était envahie d’une végétation luxuriante ; ce fut véritablement l’âge des fougères. Il y avait encore du gaz carbonique dans l’atmosphère, mais en moindre proportion.
Peu de temps après, la portion centrale de l’Amérique du Nord fut inondée, ce qui créa deux vastes mers intérieures. Les hautes terres des côtes de l’Atlantique et du Pacifique étaient situées juste au-delà du littoral actuel. Ces deux mers se rejoignirent bientôt, mêlant leurs différentes formes de vie. La réunion de leurs faunes marines marqua le commencement du rapide déclin mondial de la vie marine et le début de la période suivante de vie terrestre.
Il y a 210 millions d’années, les eaux chaudes des mers arctiques couvraient la majeure partie de l’Amérique du Nord et de l’Europe. Les eaux polaires antarctiques inondaient l’Amérique du Sud et l’Australie, tandis que l’Afrique et l’Asie étaient considérablement surélevées.
Quand les mers atteignirent leur niveau maximum, un nouveau développement évolutionnaire se produisit soudain. Brusquement, les premiers animaux terrestres apparurent. Il y en eut de nombreuses espèces capables de vivre sur la terre ou dans l’eau. Ces amphibiens respirant de l’air se développèrent à partir des arthropodes, dont les vessies natatoires s’étaient transformées en poumons.
Des escargots, des scorpions et des grenouilles sortirent des eaux marines saumâtres et rampèrent sur la terre. Aujourd’hui encore, les grenouilles pondent leurs œufs dans l’eau, et leurs petits débutent dans l’existence sous forme de petits poissons, les têtards. On pourrait appeler cette période l’âge des grenouilles.
Très peu de temps après, les premiers insectes apparurent et envahirent bientôt les continents du monde en même temps que des araignées, des scorpions, des cancrelats, des grillons et des sauterelles. Des libellules mesuraient soixante-quinze centimètres d’envergure. Mille espèces de cancrelats se développèrent, dont certaines atteignirent une taille de dix centimètres.
Deux groupes d’échinodermes se développèrent particulièrement bien ; en fait, ils sont les fossiles pilotes de cette époque. Les grands requins mangeurs de coquillages avaient également atteint un haut degré d’évolution ; ils dominèrent les océans pendant plus de cinq-millions d’années. Le climat était encore doux et régulier ; la vie marine avait peu changé. Les poissons d’eau douce se multipliaient et les trilobites étaient près de disparaitre. Il y avait peu de coraux et une grande partie du calcaire était produite par les crinoïdes. Les meilleurs calcaires à bâtir furent déposés à cette époque.
Les eaux de beaucoup de mers intérieures étaient si chargées de chaux et d’autres minéraux qu’elles gênèrent grandement le progrès et le développement de nombreuses espèces marines. Les mers s’éclaircirent finalement à la suite de vastes sédimentations minérales contenant par endroits du zinc et du plomb.
Les dépôts de cet âge carbonifère initial ont une épaisseur de 150 à 600 mètres et se composent de grès, de schiste et de calcaire. Les couches les plus anciennes renferment des fossiles d’animaux et de plantes terrestres et marines, avec beaucoup de graviers et de sédiments en bassins. On trouve peu de charbon exploitable dans ces strates anciennes. Dans toute l’Europe, les dépôts de ce genre sont très similaires à ceux de l’Amérique du Nord.
Vers la fin de cette époque, les terres de l’Amérique du Nord commencèrent à s’élever. Il y eut une courte interruption, puis les mers revinrent couvrir environ la moitié de leurs anciens lits. Cette inondation fut brève, et la plupart des terres se retrouvèrent bientôt très au-dessus de l’eau. L’Amérique du Sud était encore reliée à l’Europe par l’Afrique.
Le commencement de la formation des montagnes des Vosges, de la Forêt Noire et de l’Oural date de cette époque. On retrouve les assises d’autres montagnes plus anciennes en Grande-Bretagne et dans toute l’Europe.
Il y a 200 millions d’années, commencèrent les stades vraiment actifs de la période carbonifère. Pendant vingt-millions d’années avant cette époque, les premières couches de charbon avaient commencé à se déposer, mais les processus formatifs de charbon furent alors actifs sur une plus vaste échelle. La durée de l’époque proprement dite des dépôts de charbon dépassa de peu vingt-cinq-millions d’années.
Les terres s’exhaussaient et s’enfonçaient périodiquement à cause des variations du niveau de la mer provoquées par les mouvements des fonds océaniques. Cette instabilité de la croute – le tassement et l’élévation des terres – en corrélation avec la végétation prolifique des marécages littoraux, contribua à former d’immenses dépôts de charbon, ce qui a fait donner à cette période le nom de Carbonifère. Le climat était toujours doux sur l’ensemble du monde.
Les couches de charbon alternent avec du schiste, de la roche, et du conglomérat. L’épaisseur des gisements de charbon du centre et de l’Est des États-Unis varie de douze à quinze mètres ; mais beaucoup de ces dépôts ont été emportés par les eaux au cours d’élévations de terrains ultérieures. Dans certaines parties de l’Amérique du Nord et de l’Europe, les strates carbonifères ont 5 500 mètres d’épaisseur.
La présence de racines d’arbres poussant dans l’argile sous-jacente aux gisements actuels de houille démontre que le charbon a été formé exactement à l’endroit où il se trouve maintenant. Il est constitué par les restes de la végétation exubérante qui croissait dans les marécages et sur les rives des marais de cet âge reculé. Ces résidus ont été préservés par l’eau et modifiés par la pression. Les couches de charbon contiennent souvent à la fois du gaz et du pétrole. Les gisements de tourbe, restes d’une ancienne végétation, se transformeraient en un type de charbon s’ils étaient soumis à une température et à une pression appropriées. L’anthracite a été soumis à une pression et à une température plus élevées que les autres charbons.
En Amérique du Nord, le nombre des couches carbonifères des divers gisements indique combien de fois la terre s’éleva et s’affaissa ; ce nombre va de dix dans l’Illinois à vingt en Pennsylvanie, trente-cinq dans l’Alabama et jusqu’à soixante-quinze au Canada. Dans les gisements de charbon, on trouve simultanément des fossiles d’eau douce et des fossiles d’eau salée.
Tout au long de cette époque, les montagnes de l’Amérique du Nord et du Sud furent en mouvement ; les Andes et les très anciennes montagnes Rocheuses du sud s’élevèrent. Les grandes régions élevées de la côte de l’Atlantique et du Pacifique commencèrent à s’enfoncer et furent en fin de compte si érodées et submergées que le littoral des deux océans recula approximativement jusqu’à sa position actuelle. Les dépôts de cette inondation ont une épaisseur moyenne d’environ trois-cents mètres.
Il y a 190 millions d’années, la mer carbonifère de l’Amérique du Nord s’étendit vers l’ouest ; elle recouvrit la région actuelle des montagnes Rocheuses et déboucha sur l’océan Pacifique à travers la Californie du Nord. Le charbon continua à s’accumuler sur l’ensemble des Amériques et de l’Europe, couche après couche, à mesure que les régions côtières s’élevaient et s’abaissaient au cours de cette période d’oscillations littorales.
L’époque d’il y a 180 millions d’années mit un terme à la période carbonifère au cours de laquelle le charbon s’était formé dans le monde entier – en Europe, aux Indes, en Chine, en Afrique du Nord et dans les Amériques. À la fin de cette période de formation du charbon, la partie de l’Amérique du Nord située à l’est de la vallée du Mississippi s’éleva, et la majeure partie de cette région est restée depuis lors au-dessus du niveau de la mer. Cette époque de soulèvements de terrains marque le commencement de la formation des montagnes actuelles de l’Amérique du Nord, aussi bien dans la région des Appalaches que dans l’ouest. Des volcans étaient actifs dans l’Alaska et en Californie, ainsi que dans les régions d’Europe et d’Asie où des montagnes étaient en voie de formation. L’Est de l’Amérique et l’Ouest de l’Europe étaient reliés par le continent du Groenland.
L’élévation du terrain commença à modifier le climat maritime des âges précédents et à y substituer les prémisses du climat continental, moins doux et plus variable.
Les plantes de ce temps étaient porteuses de spores que le vent pouvait disséminer, au loin, dans toutes les directions. Le tronc des arbres carbonifères avait couramment deux mètres de diamètre et souvent trente-cinq mètres de hauteur. Les fougères d’aujourd’hui sont vraiment des reliques de ces âges passés.
Dans l’ensemble, ces temps furent marqués par le développement des organismes vivant dans l’eau douce ; la vie marine antérieure subit peu de changements. Mais la caractéristique dominante de cette période fut l’apparition soudaine des grenouilles et de leurs nombreux cousins. Les caractéristiques de la vie durant la période carbonifère furent les fougères et les grenouilles.