白垩紀:中生代的最後一個紀-中文百科頻道

概述

白垩紀（Cretaceous Period，Cretaceous）中生代最後地一個紀。白垩紀（Cretaceus period）是中生代地最後一個紀，始于距今1.37億年，結束于距今6500萬年，其間經曆了7000萬年。無論是無機界還是有機界在白垩紀都經曆了重要變革。在這一時期，大陸之間被海洋分開，地球變得溫暖、幹旱。開花植物出現了，與此同時，許多新地恐龍種類也開始出現，包括像食肉牛龍這樣地大型肉食性恐龍，像戟龍這樣地甲龍類成員以及像賴氏龍這樣地植食性鴨嘴龍類。恐龍仍然統治着陸地，像飛機一樣地翼龍類，例如披羽蛇翼龍在天空中滑翔，巨大地海生爬行動物，例如海王龍統治着淺海。但最早地蛇類、蛾、和蜜蜂以及許多新地小型哺乳動物也在這一時期出現了。

白垩紀時，南美洲與非洲大陸之間的裂谷迅速張開形成南大西洋，到末期已加寬到約3000千米。北大西洋裂谷位于格陵蘭和北美東側，随着北美洲向西漂移，裂谷在擴大。特提斯海把歐亞大陸與非洲分開，中南歐和中近東的許多國家當時都處于海侵中。白垩紀時氣候比較溫暖，未見極地冰蓋迹象。當時大部分地區雨量充沛，氣候濕潤，近海及濱海地帶形成豐富的石油、煤、天然氣和油頁岩礦床，如美國的得克薩斯州、墨西哥、波斯灣、北非和俄羅斯的許多大油田，又如中國松遼平原上白垩統的大慶油田，東北和内蒙古下白垩統的許多大煤田。在一些氣候幹旱炎熱的地區，如中國南方晚白垩世的西南湖群和雲夢澤水系，有巨厚的膏鹽礦床沉積。此外，在雲南白垩紀紅層中，含銅砂礦床品位高，規模大，易于開采和冶煉，是中國有名的銅鄉。

形成

白垩紀這一時期形成的地層叫“白垩系”，用手可以搓碎，縮寫記為K，是德文的白垩紀（Kreidezeit）縮寫。白垩層是一種極細而純的粉狀灰岩，是生物成因的海洋沉積，主要由一種叫做顆石藻（Coccoliths）的鈣質超微化石和浮遊有孔蟲化石構成，在英、法海峽兩岸形成美麗的白色懸崖。白垩層不僅發育于歐洲，北美和澳大利亞西部也有分布。白垩是石灰岩的一種類型，主要由方解石組成，顆粒均勻細小。白垩紀的氣溫則是高于今日約4攝氏度。

地質年代

白垩紀是在1822年由比利時地質學家Jean d'Omalius d'Halloy研究巴黎盆地時所提出。其名稱在拉丁文意為“黏土”，意指上白垩紀地層裡常見的白垩，由海生非脊椎動物身上甲殼的碳酸鈣沉積而成，尤其是球石粒。這些白垩黏土層可在歐洲大陸與不列颠群島（尤其是著名的多佛白色峭壁）發現。

年代測定

如同其它古遠的地質時代，白垩紀的岩石标志非常明顯和清晰，其開始的準确時間卻無法非常精确地被确定，其誤差在幾百萬年之間。在侏羅紀與白垩紀之間沒有滅絕事件或生物演化的特點，可以明确分開兩個年代。白垩紀結束的時間定的比較準，是在6550萬年前左右（近年有科學家估計為6590萬年前），那時全地球的岩石層都含大量的銥。一般以為，那時有一顆巨大的隕石撞擊地球，在今墨西哥猶加敦半島附近有一個大坑。這個隕石造成了大量生物滅絕，稱為白垩紀-第三紀滅絕事件。但是這個理論現在有争議。

白垩紀亞層

早期的科學文獻将白垩紀分為三個時期，依年代早晚為：紐康姆統（Neocomian）、高盧統（Gallic）、森諾統（Senonian）。目前的科學文獻一般将白垩紀分為上（晚）、下（早）兩層，共計11階，都以歐洲的地層為名，從最早到最晚細分如下：

上白垩紀

麥斯特裡希特階（Maastrichtian）： 70.6 ± 0.6 – 65.8 ± 0.3 百萬年

坎帕階（Campanian）： 83.5 ± 0.7 – 70.6 ± 0.6 百萬年

桑托階（Santonian）： 85.8 ± 0.7 – 83.5 ± 0.7 百萬年

科尼亞克階（Coniacian）： 89.3 ± 1.0 – 85.8 ± 0.7 百萬年

土侖階（Turonian）： 93.5 ± 0.8 – 89.3 ± 1.0 百萬年

森諾曼階（Cenomanian）： 99.6 ± 0.9 – 93.5 ± 0.8 百萬年

下白垩紀

阿爾布階（Albian）： 112.0 ± 1.0 – 99.6 ± 0.9 百萬年

阿普第階（Aptian）： 125.0 ± 1.0 – 112.0 ± 1.0 百萬年

巴列姆階（Barremian）： 130.0 ± 1.5 – 125.0 ± 1.0 百萬年

豪特裡維階（Hauterivian）： 136.4 ± 2.0 – 130.0 ± 1.5 百萬年

凡藍今階（Valanginian）： 140.2 ± 3.0 – 136.4 ± 2.0 百萬年

貝裡亞階（Berriasian）： 145.5 ± 4.0 – 140.2 ± 3.0 百萬年

岩層

白垩紀的海平面變化大、氣候溫暖，顯示有大面積的陸地由溫暖的淺海覆蓋。白垩紀是以歐洲常見的白垩層為名，但在全球其他地區，白垩紀的地層主要由海相的石灰岩層構成，這些海相石灰岩層是在溫暖的淺海環境形成。高的海平面會造成大範圍的沈降作用，因此形成厚的沉積層。由于白垩紀的地層厚、時代較近，全球各地常發現白垩紀地層的露頭。

白垩紀地層中常見白垩的成分。白垩是由海生顆石藻的鈣質外殼微粒（球石粒）沉積而成；顆石藻是種白垩紀常見的藻類。

在歐洲西北部，常發現上白垩紀的白垩沉積層，包含：英格蘭南岸的多佛白色峭壁、法國諾曼底海岸、以及低地國家、德國北部、丹麥沿岸。白垩的質地并不堅固，因此這些沉積層的質地松散。這些地層還包含石灰岩、砂質岩。這些地層可發現海膽、箭石、菊石、以及海生爬行動物（例如滄龍）的化石。

歐洲南部的白垩紀地層多為海相地層，主要由石灰岩、與少數的泥灰構成。在白垩紀時期，阿爾卑斯山造山運動還沒發生，所以歐洲南部的白垩紀地層當時多為特提斯洋周圍的大陸棚。

在白垩紀中期，海洋低層的流動停緩，造成海洋的缺氧環境。全球各地的許多黑色頁岩層，即是在這段時期的缺氧環境形成。這些頁岩層是重要的石油、天然氣來源，例如北海。

地理變化

在白垩紀，盤古大陸完全分裂成現在的各大陸，但是它們和現在的位置全不相同。大西洋還在變寬。北美洲自侏羅紀開始，形成多排平行的造山幕，例如内華達造山運動，與之後的塞維爾造山運動、拉拉米造山運動。

在白垩紀初期，岡瓦那大陸仍未分裂，而後南美洲、南極洲、澳大利亞相繼脫離非洲，印度和馬達加斯加還連在非洲上。南大西洋與印度洋開始出現。這些闆塊運動，造成大量的海底山脈，進而造成全球性的海平面上升。非洲北邊的特提斯洋在變窄。西部内陸海道将北美洲分為東西兩部，這個海道在白垩紀後期縮小，留下厚的海相沉積層，夾雜者煤礦床。在白垩紀的海平面最高時期，地表上有1/3的陸地沉浸于海洋之下。

白垩紀因為黏土層而著名，這個時期形成的黏土層多于顯生宙的其他時期。中洋脊的火山活動，或是海底火山附近的海水流動，使白垩紀的海洋富含鈣，接近飽和，也使得鈣質微型浮遊生物的數量增加。分布廣泛的碳酸鹽與其他沉積層，使得白垩紀的岩石紀錄特别多。北美洲的著名地層組包含：堪薩斯州的海相煙山河黏土層、晚期的陸相海爾河組。其他的著名白垩紀地層包含：歐洲的威爾德（Weald）、亞洲的義縣組。白垩紀末期到古新世早期，印度發生大規模火山爆發，形成現在的德幹暗色岩。

氣候變遷

巴列姆階時期的氣候出現寒冷的趨勢，這個變化自侏羅紀最後一期就已開始。高緯度地區的降雪增加，而熱帶地區比三疊紀、侏羅紀更為潮濕。但是，冰河僅出現高緯度地區的高山，而較低緯度仍可見季節性的降雪。

在巴列姆階末期，氣溫開始上升，持續到白垩紀末期。氣溫上升的原因是密集的火山爆發，制造大量的二氧化碳進入大氣層中。中洋脊沿線形成許多熱柱，造成海平面的上升，大陸地殼的許多地區由淺海覆蓋者。位在赤道地區的特提斯洋，有助于全球暖化。在阿拉斯加州與格陵蘭發現的植物化石，以及自白垩紀南緯15度地區發現的恐龍化石，證明白垩紀的氣溫相當溫暖。

熱帶地區與極區間的溫度梯度平緩，原因可能是海洋的流動停滞，并造成行星風系的虛弱。分布廣泛的油頁岩層，以及缺氧事件，可證實海洋的流動停滞。根據沉積層的研究指出，熱帶的海水表面溫度約為攝氏42°，高于現今約攝氏17°；而全球的海水平均表面溫度為攝氏37°。而海洋底層溫度高于目前的溫度約攝氏15到20°。

生物界

植物

白垩紀早期陸地上的裸子植物和蕨類植物仍占統治地位，松柏、蘇鐵、銀杏、真蕨及有節類組成主要植物群。被子植物開始出現于白垩紀早期，中期大量增加，到晚期在陸生植物中居統治地位，山毛榉、榕樹、木蘭、楓、栎、楊、樟、胡桃、懸鈴木等都已出現，接近新生代植物群的面貌。白垩紀地海生無脊椎動物最重要地門類仍為菊石綱，菊石在殼體大小、殼形、殼飾和縫合線類型上遠較侏羅紀多樣。海生地雙殼類、六射珊瑚、有孔蟲等也比較繁盛。淡水無脊椎動物以軟體動物地雙殼類、腹足類和節肢動物地介形類、葉肢介類為主。早白垩世仍以裸子植物中地蘇鐵類、本内蘇鐵類、銀杏類和松柏類為主，真蕨類仍然繁盛。從早白垩世晚期興起地被子植物到晚白垩世得到迅速發展，逐漸取代了裸子植物而居統治地位。白垩紀時南方古大陸繼續解體，北方古大陸不斷上升，氣候變冷，季節性變化明顯。本紀初期出現了被子植物，以後逐步發展。菊石和恐龍、翼龍、魚龍、蛇頸龍等則由繁盛逐步趨于絕滅，哺乳類和鳥類成為新興地動物類群。

陸栖動物

動物界裡，哺乳動物還是比較小，隻是陸地動物的一小部分。陸地的優勢動物仍是主龍類爬行動物，尤其是恐龍，它們較之前一個時期更為多樣化。翼龍目繁盛于白垩紀中到晚期，但它們逐漸面對鳥類輻射适應的競争。在白垩紀末期，翼龍目僅存兩個科左右。中國遼甯省的炒米店子組發現了大量的白垩紀早期小型恐龍、鳥類、以及哺乳類。這裡發現的多種手盜龍類，被視為恐龍與鳥類間的連結，其中包含數種有羽毛恐龍。昆蟲在這個時期開始多樣化，并發現最古老的螞蟻、白蟻、鱗翅目（蝴蝶與蛾）。芽蟲、草蜢、瘿蜂也開始出現。

爬行類從晚侏羅世至早白垩世達到極盛，繼續占領着海、陸、空。鳥類繼續進化，其特征不斷接近現代鳥類。哺乳類略有發展，出現了有袋類和原始有胎盤地真獸類。魚類已完全地以真骨魚類為主。

白垩紀恐龍種類達到極盛，這時候最著名的恐龍是霸王龍，是陸地上出現過的最大的食肉動物，而當時海洋中巨大兇猛的爬行動物并不亞于霸王龍，其中混龍類的上龍和海生蜥蜴類的滄龍身長可超過15米，比現在的逆戟鲸和大白鲨都大。白垩紀海洋中造礁的厚殼蛤達到極盛，一度取代珊瑚成為主要的造礁生物，使現代類型的珊瑚礁中斷了将近七千萬年。到大約六千七百萬年前白垩紀結束時，這些海洋和陸地上的動物大量滅絕，隻有少量殘存在。

海生動物

海洋裡，現在的鳐魚，鲨魚，和其他硬骨魚也常見了。海生爬行動物則包含：生存于早至中期的魚龍類、早至晚期的蛇頸龍類、白垩紀晚期的滄龍類。

杆菊石具有筆直的甲殼，屬于菊石亞綱，與造礁生物厚殼蛤同為海洋的繁盛動物。黃昏鳥目是群無法飛行的原始鳥類，可以在水中遊泳，如同現代䴙鷉。有孔蟲門的球截蟲科（Globotruncanidae）與棘皮動物（例如海膽、海星）繼續存活。在白垩紀，海洋中的最早矽藻（應為矽質矽藻，而非鈣質矽藻）出現；生存于淡水的矽藻直到中新世才出現。對于造成生物侵蝕的海洋物種，白垩紀是這些物種的演化重要階段。

滅絕事件

在白垩紀晚期的馬斯特裡赫特階末期，曾發生大幅度的生物多樣性衰退，時間相當于K-T界限。在滅絕事件過後，造成許多空缺的生态位，生态系統花了長時間才恢複原本的多樣性。雖然白垩紀-第三紀滅絕事件造成許多物種滅絕，但不同的演化支，或是各個演化支内部，呈現出明顯差異的滅絕程度。由于大氣層中的微粒遮辟了陽光，減少抵達地表的太陽能，依賴光合作用的生物衰退或滅絕。在白垩紀晚期，食物鍊底層是由依賴光合作用的生物構成，例如浮遊植物與陸地植物，如同現今的狀況。證據顯示，草食性動物因所依賴的植物衰退，而數量減少；同樣地，頂級掠食者（例如暴龍）也接連受到影響。

顆石藻（Coccolithophore）與軟體動物（包含菊石亞綱、厚殼蛤、水生蝸牛、蚌），還有以上述硬殼動物維生的動物，在這次滅絕事件中滅亡，或遭受嚴重打擊。例如，滄龍類被認為以菊石為食，這群海生爬行動物在白垩紀-第三紀滅絕事件中滅亡。雜食性、食蟲性、以及食腐動物在這次滅絕事件中存活，可能因為它們的食性較多變化。白垩紀末期似乎沒有完全的草食性或肉食性哺乳動物。哺乳動物與鳥類借由以昆蟲、蚯蚓、蝸牛…等動物為食，而在K-T事件中存活，而這些動物則以死亡的植物與動物為食。科學家假設，這些生物以生物的有機碎屑為生，因此得以在這次植物群崩潰的滅絕事件存活。

在河流生物群落中，隻有少數動物滅亡；因為河流生物群落多以自陸地沖刷下來的生物有機碎屑為生，較少直接以活的植物為生。海洋也有類似的狀況，但較為複雜。生存在浮遊帶的動物，所受到的影響遠比生存在海床的動物還大。生存在浮遊帶的動物幾乎以活的浮遊植物為生，而生存在海床的動物，則以生物的有機碎屑為食，或者可轉換成以生物的有機碎屑為食。

在這次滅絕事件存活下來的生物中，最大型的陸地動物是鳄魚與離龍目，是半水生動物，并可以生物碎屑為生。現代鳄魚可以食腐為生，并可長達數月未進食；幼年鳄魚的體型小，成長速度慢，在頭幾年多以無脊椎動物、死亡的生物為食。這些特性可能是鳄魚能夠存活過白垩紀末滅絕事件的關鍵。