白垩纪约为1.44亿至6500万年前,是中生代的最后一个世纪。早期,东亚和北美西部最北部有陆地连接,形成一个生物区,称为亚美大陆区。接下来,一条打通南北美洲、欧洲、非洲,绕过南非最南端的岩浆活动带,打通大西洋,隔绝南极澳洲大陆,向北移动印度,逐渐逼近亚洲大陆;南极洲和澳大利亚之间也出现了裂谷,最后从澳大利亚分离出来,在白垩纪末期向北移动。这是一个大陆正在瓦解的时代。
周期性海平面上升在白垩纪中期达到中生代最高峰,比今天高200米。今天约有四分之一的陆地在浅海底,于是陆块被一个接一个地隔离开来:北美被一条贯穿南北的浅海通道逐渐分为东西两半,西半部成为一个岛屿,有自己的特有物种;北美东部、欧洲和格陵兰岛(欧美大陆块)也是由浅海与亚洲隔开,欧洲和非洲又被古地中海隔开。随着陆地和海洋的变化,全球气候发生了很大变化。洋流将水和气体带入内陆地区,世界变得更加温暖和潮湿,沼泽大大增加。典型的中生代植物,如苏铁、银杏、针叶林、蕨类等,仍然是陆地上的优势植物;开花植物在早白垩世开始以小灌木的形式出现,中期占据山谷和平原。
白垩纪晚期,气候开始明显逆转,全球气温开始下降;原本淹没陆地的海平面也下降了,北美的内海公路消失了,亚欧之间不时有陆地相连,非洲与欧洲、南美与北美之间的陆地桥梁似乎已经开通。在这种气候和海陆过渡中,极地的森林开始消失;高纬度、高海拔的针叶林随着温度的降低更加旺盛;低开花植物取代了苏铁和蕨类植物,成为陆地植物的主体。花开花落,改变了大地的景观,几种开花植物发展成树,如山毛榉、棕榈、桦树、枫树、核桃等。
动物界也发生了很大的变化,地域特色也因土地的划分而逐渐发展。与花关系密切的昆虫与开花植物一起茁壮成长,互相帮助,一起大面积产卵;角落里,不起眼的小哺乳动物正在迅速多样化;蛇也是从蜥蜴进化而来的。在空中,早白垩世是短尾翼龙的全盛时期,翅膀大至10米的巨大飞行物令人震惊,但后来气候变化导致全家人的衰败;相反,鸟类在各种气候条件下繁盛,遍布世界各地。到白垩纪末期,已经有了不会飞的海洋物种。
在温暖的海洋中,浮游植物大量繁殖,沉积在海底的遗骸成为今天全世界厚厚的白垩岩,这就是白垩纪命名的由来。在海洋爬行动物中,蛇颈龙出现的种类更多,鱼龙开始衰退,莫萨龙出现在白垩纪中期。骨架鱼和鲨鱼继续蓬勃发展。白垩纪末期的气候变化严重影响了海洋中的生态,鱼龙率先灭绝,蛇颈龙和苍龙、镞、菊石、双壳类等逐渐减少。
在翼龙巨大翅膀下的陆地上,白垩纪是恐龙的全盛时期。侏罗纪以来,巨型食草恐龙的发展达到了顶峰,而其他具有不同特征的食肉和食草物种则在各种陆块中多元化发展,一直生老病死到最后一代,历史上最大的食肉恐龙也发展起来了。
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