簡介
白堊紀因歐洲西部該年代的地層主要為白堊沉積而得名。白堊紀位於侏羅紀和古近紀之間,BC1億4500萬年(誤差值為400萬年)前至6500萬年前(誤差值為30萬年)。發生在白堊紀末的滅絕事件,是中生代與新生代的分界。
白堊紀的氣候相當暖和,海平面的變化大。陸地生存著恐龍,海洋生存著海生爬行動物、菊石、以及厚殼蛤。新的哺乳類、鳥類出現,開花植物也首次出現。 白堊紀-第三紀滅絕事件是地質年代中最嚴重的大規模滅絕事件之一,包含恐龍在內的大部分物種滅亡。
白堊紀這一時期形成的地層叫“白堊系”,縮寫記為K,是德文的白堊紀(Kreidezeit)縮寫。
白堊紀時期的大氣層氧氣含量是現今的150%,二氧化碳含量是工業時代前的6倍,氣溫則是高於今日4℃。
白堊紀是在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”,意指上白堊紀地層里常見的白堊,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。這些白堊黏土層可在歐洲大陸與不列顛群島(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,白堊紀的岩石標誌非常明顯和清晰,其開始的準確時間卻無法非常精確地被確定,其誤差在幾百萬年之間。在侏羅紀與白堊紀之間沒有滅絕事件或生物演化的特點,可以明確分開兩個年代。白堊紀結束的時間定的比較準確,是在BC6500萬年至6600萬年前結束,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留下一個大型隕石坑。這個隕石造成了大量生物滅絕,稱為 白堊紀-第三紀滅絕事件。但是這個理論現在有爭議。
白堊紀亞層
早期的科學文獻將白堊紀分為三個時期,依年代早晚為:紐康姆世(Neocomian)、高盧世(Gallic)、森諾世(Senonian)。劃出一個中統,至於中統的頂底界如何確定,尚有不同意見。1974~1982年,國際上有一個“中白堊事件”組織,活動非常積極,主要是研究白堊紀期的生物地層學、海侵海退、缺氧事件、地磁場倒轉、鹽類和白堊的形成、南大西洋和莫三比克峽谷的開裂,以及印度板塊從岡瓦納古陸的分離等課題。白堊紀中期不是一個確切的地質時代概念,有人從阿普特期算起到桑頓期,多數人則從阿爾布期算起到康尼亞剋期。中白堊統的劃分除中東地區外,國際上很少使用。白堊系二分法已沿用了幾十年,見於大量的出版物及地質圖件上,當前不宜於再改動。
白堊系的劃分以歐洲海相地層為依據,最初以菊石為標準分6~7個階(期),後來將某些亞階升級,增加到12個階(期),但仍有人習慣於把下白堊統下部的4個階合稱為尼歐可木階(或譯紐康姆階)。上白堊統中部的康尼亞克、桑頓和坎潘 3個階合稱為森諾階。在這12個階中可劃分出53個菊石帶,又以浮游有孔蟲和鈣質超微化石做為白堊系分階、分帶以及洲際對比的重要依據。
目前的科學文獻一般將白堊紀分為晚、早兩世,總計12期,都以歐洲的地層為名,從最晚到最早細分如下:
晚白堊世
馬斯特里赫特期:70.6 ± 0.6 – 65.8 ± 0.3百萬年
坎帕期:83.5 ± 0.7 – 70.6 ± 0.6百萬年
桑托期:85.8 ± 0.7 – 83.5 ± 0.7百萬年
科尼亞克期:89.3 ± 1.0 – 85.8 ± 0.7百萬年
土侖期:93.5 ± 0.8 – 89.3 ± 1.0百萬年
森諾曼期:99.6 ± 0.9 – 93.5 ± 0.8百萬年
早白堊世
阿爾布期:112.0 ± 1.0 – 99.6 ± 0.9百萬年
阿普第期:125.0 ± 1.0 – 112.0 ± 1.0百萬年
巴列姆期:130.0 ± 1.5 – 125.0 ± 1.0百萬年
豪特里維期:136.4 ± 2.0 – 130.0 ± 1.5百萬年
凡藍今期:140.2 ± 3.0 – 136.4 ± 2.0百萬年
貝里亞期:145.5 ± 4.0 – 140.2 ± 3.0百萬年
形成
白堊紀這一時期形成的地層叫“白堊系”,用手可以搓碎,縮寫記為K,是德文的白堊紀(Kreidezeit)縮寫。白堊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游有孔蟲化石構成,在英、法海峽兩岸形成美麗的白色懸崖。白堊層不僅發育於歐洲,北美和澳大利亞西部也有分布。白堊是石灰岩的一種類型,主要由方解石組成,顆粒均勻細小。白堊紀的氣溫則是高於今日約4攝氏度。
地質結構
白堊統下部是著名的韋爾登群陸相地層,包括哈斯丁層和韋爾登泥岩兩部分;下白堊統上部是綠色砂岩層,包括阿普特和阿爾布兩個期的沉積;上白堊統即狹義的白堊層,包括從賽諾曼期到坎潘早期地層,頂部缺失坎潘中晚期和馬斯特里赫特期沉積。北美已經放棄了過去有些作者把下白堊統單獨劃分出來叫做“科馬奇系”的做法,而採取了國際通用標準。但在廣大的落基山區,白堊紀海侵是從早白堊世晚期開始的, 普遍缺失早、中期沉積。日本學者認為,日本諸島遠離西歐,屬不同生物地理區系,與建立在歐洲基礎上的國際標準分階難以直接對比,獨立劃分海相白堊係為K1~K66個單元,在不同相區,使用不同的地層名稱。
陸相白堊系在東亞腹地非常發育,富含石油、煤、鹽類等礦產以及各種淡水和陸生動植物化石。中華人民共和國僅西藏、新疆喀什地區、黑龍江省東部和台灣島才有海相白堊系沉積,其餘廣大地區則不同程度地發育了陸相地層。東部沿海屬環太平洋活動帶,以紅色及雜色岩層夾火山碎屑岩和熔岩為主;西北內陸盆地以雜色沉積岩層為主;西南和華中主要是紅色岩層。東北下白堊統下部是含煤岩層,上部是湖相沉積,夾少許油頁岩;上白堊統則是著名的含油岩系,與北美情況不同,含煤岩層很少。中華人民共和國白堊系生物地層學的研究,自20世紀50年代以來,取得了很大進展,但由於以陸相地層為主,研究基礎比較薄弱,至今尚未完成區域性的建組和建階工作,在各個地區已經建立起來的分層還不能完善地與海相標準分層進行對比。侏羅-白堊系界線的劃分成為長期爭論的問題,看來在短期內還難以得到妥善解決。
氣候環境
白堊紀的海平面變化大、氣候溫暖,顯示有大面積的陸地由溫暖的淺海覆蓋。白堊紀是以歐洲常見的白堊層為名,但在全球其他地區,白堊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沉降作用,因此形成厚的沉積層。由於白堊紀的地層厚、時代較近,全球各地常發現白堊紀地層的露頭。
白堊紀地層中常見白堊的成分。白堊是由海生顆石藻的鈣質外殼微粒(球石粒)沉積而成;顆石藻是種白堊紀常見的藻類。
在歐洲西北部,常發現上白堊紀的白堊沉積層,包含:英格蘭南岸的多佛白色峭壁、法國諾曼第海岸、以及低地國家、德國北部、丹麥沿岸。白堊的質地並不堅固,因此這些沉積層的質地鬆散。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。
歐洲南部的白堊紀地層多為海相地層,主要由石灰岩、與少數的泥灰構成。在白堊紀時期,阿爾卑斯山造山運動還沒發生,所以歐洲南部的白堊紀地層當時多為特提斯洋周圍的大陸棚。
在白堊紀中期,海洋低層的流動滯緩,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,北海便是如此。
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,持續到白堊紀末期。氣溫上升的原因是密集的火山爆發,製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著。位在赤道地區的特提斯洋,有助於全球暖化。在阿拉斯加州與格陵蘭發現的植物化石,以及自白堊紀南緯15度地區發現的恐龍化石,證明白堊紀的氣溫相當溫暖。
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滯,並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滯。根據沉積層的研究指出,熱帶的海水表面溫度約為攝氏42°,高於現今約攝氏17°;而全球的海水平均表面溫度為攝氏37°。而海洋底層溫度高於我們現時的溫度約攝氏15到20°。
地形特徵
在白堊紀初期,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。這些板塊運動,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。西部內陸海道將北美洲分為東西兩部,這個海道在白堊紀後期縮小,留下厚的海相沉積層,夾雜者煤礦床。在白堊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。白堊紀因為黏土層而著名,這個時期形成的黏土層多於顯生宙的其他時期。中洋脊的火山活動,或是海底火山附近的海水流動,使白堊紀的海洋富含鈣,接近飽和,也使得鈣質微型浮游生物的數量增加。分布廣泛的碳酸鹽與其他沉積層,使得白堊紀的岩石紀錄特別多。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。其他的著名白堊紀地層包含:歐洲的威爾德( Weald)、亞洲的義縣組。白堊紀末期到古新世早期,印度發生大規模火山爆發,形成的德乾地盾。
白堊紀時,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。北大西洋裂谷位於格陵蘭和北美東側,隨著北美洲向西漂移,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於海侵中。白堊紀時氣候比較溫暖,未見極地冰蓋跡象。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,如美國的德克薩斯州、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堊統的大慶油田,東北和內蒙古下白堊統的許多大煤田。在一些氣候乾旱炎熱的地區,如中國南方晚白堊世的西南湖群和雲夢澤水系,有巨厚的膏鹽礦床沉積。此外,在雲南白堊紀紅層中,含銅砂礦床品位高 ,規模大,易於開採和冶煉,是中國有名的銅鄉。
物種分布
白堊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。被子植物開始出現於白堊紀早期,中期大量增加,到晚期在陸生植物中居統治地位,山毛櫸、榕樹、木蘭、楓、櫟、楊、樟、胡桃、懸鈴木等都已出現,接近新生代植物群的面貌。從侏羅紀開始出現的超微化石,其特點隨產生層位不同而變化,具有重要的地層學意義,其中除顆石外,還有已經絕滅的微錐石( Nannoconus)、楔形石( Sphenolithus)等。
脊椎動物中爬行類從極盛走向衰落,主要代表有暴龍(霸王龍)、古魔翼龍、青島龍等。侏羅紀以前的硬鱗魚被真骨魚所代替。海洋無脊椎動物中浮游有孔蟲異軍突起,成為劃分對比白堊紀中、晚期海相地層的重要依據,底棲大型有孔蟲中也出現了許多標準化石。菊石和箭石演化迅速而明顯,分布廣泛,是傳統的劃分階和帶的標準化石。群生底棲的固著蛤類(Rudistids)可形成礁體,為典型的暖水動物群,在中華人民共和國西藏和南疆上白堊紀地層中均有發現。海膽在特提斯海中頗為繁盛,有少數標準種屬。珊瑚和腕足動物在白堊紀居於次要地位。淡水無脊椎動物也很豐富,如甲殼類的介形蟲和葉肢介演化迅速,軟體動物中的螺和蚌分布廣泛,還有昆蟲與淡水輪藻化石,它們中的許多種屬都可以成為劃分對比陸相地層的標準化石,在地質填圖、石油和煤等礦產資源勘探中起重要作用。
中國早白堊世的植物地理分區非常明顯,根據對孢子花粉的研究,境內至少存在兩個明顯差異的孢粉植物群。
①無縫雙囊粉類-無突肋紋孢( Disacciatrileti-Cicatricosisporites)植物群。分布於北方區,主要包括東北和華北北部地區。這裡植物繁茂,尤其是松科、羅漢松科和海金砂科等植物,形成豐富的煤藏。也說明這裡是溫暖潮濕氣候帶。
②克拉梭粉-莎草蕨孢( Clas-sopollis-Schizaeoisporites)植物群。分布於南方區,多產出於含膏鹽沉積的紅色地層, 反映出當時較為炎熱而乾旱的氣候環境。在北緯40°~50°之間,存在著一個呈北西西-南東東方向的條狀過渡帶,南北植物群發生混生現象。從全球分布來看,中華人民共和國南、北兩個植物區與乾旱帶和濕亞熱帶的情況相當。
植物
白堊紀早期,以裸子植物為主的植物群落仍然繁茂,而被子植物的出現則是植物進化史中的又一次重要事件。白堊紀有了可靠的早期被子植物,到晚白堊紀晚期被子植物迅速興盛,代替了裸子植物的優勢地位,形成延續至今的被子植物群,諸如木蘭、柳、楓、白楊、樺、棕櫚等,遍布地表。被子植物的出現和發展,不僅是植物界的一次大變革,同時也給動物以極大的影響。被子植物為某些動物,如昆蟲、鳥類、哺乳類,提供了大量的食料,使它們得以繁育;從另一方面看,動物傳播花粉與散布種子的作用,同樣也助長了被子植物的繁茂和發展。
開花植物(被子植物)在白堊紀開始出現、散布,但直到坎潘階才成為優勢植物。蜜蜂的出現,有助於開花植物的演化;開花植物與昆蟲是共同演化的實例。榕樹、懸鈴木、木蘭花等大型植物開始出現。一些早期的裸子植物仍繼續存在,例如松柏目。南洋杉與其他松柏繁盛並分布廣泛,而本內蘇鐵目在白堊紀末滅亡。
早白堊世仍以裸子植物中的蘇鐵類、本內蘇鐵類、銀杏類和松柏類為主,真蕨類仍然繁盛。從早白堊世晚期興起的地被子植物到晚白堊世得到迅速發展,逐漸取代了裸子植物而居統治地位。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於絕滅,哺乳類和鳥類成為新興地動物類群。
陸棲動物
白堊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並不亞於霸王龍,其中混龍類的上龍和海生蜥蜴類的滄龍身長可超過15米,比我們認識的逆戟鯨和大白鯊都大。白堊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將近七千萬年。到大約六千七百萬年前白堊紀結束時,這些海洋和陸地上的動物大量滅絕,只有少量殘存在。
中生代許多盛行和占優勢的門類,如裸子植物、爬行動物、菊石和箭石等,後期相繼衰落或絕滅,新興的被子植物、鳥類、哺乳動物及腹足類、雙殼類等有所發展,預示著新的生物演化階段新生代的來臨。脊椎動物中的爬行類從晚侏羅世至早白堊世達到極盛,代表有暴龍、翼龍、青島龍等,隨後走向衰落。白堊紀末,恐龍、菊石和其他生物類群大量絕滅。引起這次生物大規模絕滅的原因,有許多爭論。有人認為是宇宙中的一顆巨大流星體撞擊地球所致,其依據是在白堊系和第三系界線上粘土岩中銥元素含量異常高。
動物界裡,哺乳動物還是比較小,只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。翼龍目繁盛於白堊紀中到晚期,但它們逐漸面對鳥類輻射適應的競爭。在白堊紀末期,翼龍目僅存兩個科左右。鳥類是脊椎動物向空中發展取得最大成功的類群。白堊紀早期鳥類開始分化,並且飛行能力及樹棲能力比始祖鳥大大提高。我國古生物學家發現的著名的“孔子鳥”就是早白堊世鳥類的代表分子。
白堊紀末,地球上的生物經歷了又一次重大的滅絕事件:在地表居統治地位的爬行動物大量消失,恐龍完全滅絕;一半以上的植物和其他陸生動物也同時消失。究竟是什麼原因導致恐龍和大批生物突然滅絕?這個問題始終是地質歷史中的一個難解之謎。普遍被大家接受的觀點是隕石撞擊說。引人注目的是,哺乳動物是這次滅絕事件的最大受益者,它們度過了這場危機,並在隨後的新生代占領了由恐龍等爬行動物退出的生態環境,迅速進化發展為地球上新的統治者。中國遼寧省的炒米店子組發現了大量的白堊紀早期小型恐龍、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,並發現最古老的螞蟻、白蟻、鱗翅目(蝴蝶與蛾)。芽蟲、草蜢、癭蜂也開始出現。
海生動物
海洋里,我們認識的鰩魚,鯊魚,和其他硬骨魚也常見了。海生爬行動物則包含:生存於早至中期的魚龍類、早至晚期的蛇頸龍類、白堊紀晚期的滄龍類。
桿菊石具有筆直的甲殼,屬於菊石亞綱,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,可以在水中游泳,如同現代鷿鷉。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。在白堊紀,海洋中的最早硅藻(應為矽質硅藻,而非鈣質硅藻)出現;生存於淡水的硅藻直到中新世才出現。對於造成生物侵蝕的海洋物種,白堊紀是這些物種的演化重要階段。
滅絕事件
劇烈的地殼運動和海陸變遷,導致了白堊紀生物界的巨大變化,中生代許多盛行和占優勢的門類(如裸子植物、爬行動物、菊石和箭石等)後期相繼衰落和絕滅,新興的被子植物、鳥類、哺乳動物及腹足類、雙殼類等都有所發展,預示著新的生物演化階段——新生代的來臨。
爬行類從晚侏羅世至早白堊世達到極盛,繼續占領著海、陸、空。鳥類繼續進化,其特徵不斷接近現代鳥類。哺乳類略有發展,出現了有袋類和原始有胎盤的真獸類。魚類已完全的以真骨魚類為主。
白堊紀的海生無脊椎動物最重要的門類仍為菊石綱,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。白堊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。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。白堊紀末期似乎沒有完全的草食性或肉食性哺乳動物。哺乳動物與鳥類藉由以昆蟲、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,只有少數動物滅亡;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。生存在浮游帶的動物,所受到的影響遠比生存在海床的動物還大。生存在浮游帶的動物幾乎以活的浮游植物為生,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鱷魚與離龍目,是半水生動物,並可以生物碎屑為生。現代鱷魚可以食腐為生,並可長達數月未進食;幼年鱷魚的體型小,成長速度慢,在頭幾年多以無脊椎動物、死亡的生物為食。這些特性可能是鱷魚能夠存活過白堊紀末滅絕事件的關鍵。
白堊紀是地球上海陸分布和生物界急劇變化、大西洋迅速開裂和火山活動頻繁的時代,後期地勢低平發生了廣泛的海侵。晚白堊世被子植物代替裸子植物在陸上占優勢,是植物界的一大變革。動物界在白堊紀末才發生重大變化,恐龍、菊石和其他許多生物類群大量滅絕,預示著新生代即將開始。對引起這次大規模生物滅絕的原因,在國際科學界展開了熱烈的爭論。頗為流行的“地外事件”學說認為,地球上一些地方,白堊-第三系界線上的粘土岩中銥元素異常高含量,是宇宙中一顆巨大的流星碰撞地球產生的類似核冬天效應的結果,據此,在世界各地確定白堊-第三系界線時,銥異常就是一條重要原則。但是,對“地外事件”持懷疑和反對意見的人也不少,他們認為,白堊紀末生物大規模滅絕是逐漸發生的,是生態改變的結果,而不是一次簡單的天外來客撞擊地球所引起的災難。
白堊紀(英語: Cretaceous Period)是地質年代中中生代的最後一個紀,長達7000萬年,是顯生宙的最長一個階段。
西部該年代的地層主要為白堊沉積而得名。白堊紀位於侏羅紀和古近紀之間,約1億3700萬年(誤差值為400萬年)前至6500萬年前(誤差值為30萬年)。白堊紀-第三紀滅絕事件是地質年代中最嚴重的大規模滅絕事件之一,包含恐龍在內的大部分物種滅亡。
如同其它古遠的地質時代,白堊紀的岩石標誌非常明顯和清晰,其開始的準確時間卻無法非常精確地被確定,其誤差在幾百萬年之間。在侏儸紀與白堊紀之間沒有滅絕事件或生物演化的特點,可以明確分開兩個年代。白堊紀結束的時間定的比較準,是在6550萬年前左右(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,稱為白堊紀-第三紀滅絕事件。但是這個理論有爭議。
古生物發現
2014年9月15日,自貢恐龍博物館與中國地質大學專家對瀘州市敘永縣大石鄉境內新陽、龍井兩村發現的恐龍足跡進行實地考察研究,結論為距今約一億年白堊紀時期的三個種類恐龍足跡。