显生宙(隐生宙结束到现在约5.41亿年的地史时期)

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显生宙（外文名：Phanerozoic Eon），是从隐生宙结束到现在约5.41亿年的地史时期，意指“看得见生物的年代”，这也是其得名原因。在该时期生物演化呈现出从低级到高级、从简单到复杂的特征，同时又是一个由多次“起源→辐射→灭绝→复苏”所组成的循环演化过程，地球生物经历了5次生物大灭绝事件，每一次大灭绝之后，都伴随着新一轮生物复苏，而这种复苏是以生物大辐射的形式进行的。

显生宙包括古生代、中生代和新生代。古生代划分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。期间，捕食者和被捕食者都在朝着多样化进化，一部分生物开始离开海洋，登上陆地。其中在奥陶纪末期发生首次大灭绝；二叠纪形成盘古大陆与泛大洋，末期发生显生宙最严重的生物大灭绝事件。中生代划分为三叠纪、侏罗纪、白垩纪，是恐龙称霸的时代。其中，三叠纪末期盘古大陆开始分裂，发生第四次大灭绝；白垩纪末期发生第五次大灭绝，恐龙就此灭绝。新生代划分为古近纪、新近纪、第四纪，是现代大陆、海洋分布格局形成的关键时期。其中，第四纪是人类诞生、进化和繁荣的时代。新生代因大陆碰撞形成了阿尔卑斯、喜马拉雅山脉等巨大山脉，深刻影响了地球大气循环与生态环境，成为塑造现今地球面貌的核心地质阶段。

中国科学家在花垣县历经五年野外化石发掘，从单一采坑采集超5万件标本，鉴定出153个动物物种（59%为新物种，涵盖16个门类）。此次发现的花垣生物群，填补了寒武纪生命大爆发后关键时段全球顶级软躯体化石群的空白，揭示了显生宙首次生物大灭绝前后全球海洋生态系统的转变，相关成果于2026年1月29日在《自然》发表。

年代简介

地球生命系统演化经历了漫长的过程，寒武纪是其中一个重要的节点。寒武纪之前没有太多复杂的多细胞生物，这段地质年代被称为隐生宙，也被称为前寒武纪。寒武纪后，地球上大规模出现了肉眼可见的、复杂的多细胞生物，逐渐向较高级的发展阶段进化，出现了大量较高级动物，动物已具有外壳和清晰的骨骼结构，这段地质年代被称为显生宙，指“看得见生物的年代”，此期间生物大繁荣、大发展和快速演化，是古生物学家研究的重点。显生宙时期经过多次的地壳运动和气候的变化，岩石圈、水圈、大气圈和生物圈不断发展，演化为如今的面貌。

显生宙起始于距今约5.382至5.394亿年，并一直延续至今，包括古生代、中生代和新生代。在该时期生物演化是一个由多次“起源→辐射→灭绝→复苏”所组成的循环演化过程。在显生宙，地球生物经历了5次生物大灭绝事件，每一次大灭绝之后，都伴随着新一轮生物复苏，而这种复苏是以生物大辐射的形式进行的。

古生代

1838年，英国人赛德维克根据“生物界古老”的意思命名了古生代。古生代的寒武纪大爆发，现存地球生物的祖先诞生了。捕食者和被捕食者都在朝着多样化进化，一部分生物开始离开海洋，登上陆地。因陆地集散和气候异常造成的大灭绝，对生物们提出了严峻考验。古生代划分为6个纪：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。每一纪特征如下：（1）寒武纪：三叶虫等节肢动物门繁盛；（2）奥陶纪：棒形孔笔石的全盛期，气候变暖；（3）志留纪：植物和节肢动物开始登上陆地；（4）泥盆纪：鱼的时代（脊椎动物的开端），两栖动物生物登上陆地，森林繁茂；（5）石炭纪：大森林的时代，气候寒冷化；（6）二叠纪：盘古大陆和泛大洋的时代，史上最大的灭绝事件。

寒武纪大爆发

元古宙的埃迪卡拉生物群中不存在捕食其他生物的肉食性捕食者。因此，这是生物的乐园，生物也没有进化出甲壳亚门等防御手段。但是，在埃迪卡拉纪最末期，出现了以碳酸根构成管状外壳的生物（克劳德管、震旦虫管）。这些生物很难进行生物学分类，被统称为“小壳化石（Small Shelly 化石，即SSF）”。进入寒武纪之后，后生生物种群（除原生动物外的所有生物）在短时间内大量出现。这就是“寒武纪大爆发”。

在寒武纪初期的地层中，只有SSF和生物在海底爬行留下的遗迹化石，但此后的1000万年间，软体动物门、腕足动物门、节肢动物门、棘皮动物、海绵动物等一系列现代动物的祖先几乎同时出现了。作为人类直接祖先的脊椎动物也在这时出现了。寒武纪大爆发中出现的动物大多拥有硬壳，而且长有眼睛，而埃迪卡拉纪的动物虽然可以感知光线，但没有眼睛。因此，无论是有敌人接近，还是附近有食物，它们都无从发觉。有眼睛的生物能随时了解周围的状况，相对于无眼生物就成了占有绝对优势的捕食者，而被捕食者也进化出了坚硬的外壳或挖掘洞穴隐藏等自我保护的手段。从寒武纪的大爆发开始，各种生物为了生存展开了无止境的进化竞争。

生物的大型化与登陆

进入奥陶纪后，生物更加多样化。半索动物门中的笔石的分布尤为广阔，固着性珊瑚和腹足类动物生物（螺）繁盛。奥陶纪初期，陆地上主要是岩石和沙地构成的广袤荒漠，而在浅海中，寒武纪大爆发后朝多样化进化的诸多物种间展开了激烈的生存竞争。一部分生物为了拓展生存空间，登上了陆地。臭氧层形成，吸收了对生物有害的紫外线，可能也是推动生物登陆的原因之一。于是植物、节肢动物门、脊椎动物依次登上了陆地。

植物界的变化

奥陶纪晚期气候的寒冷化是植物登上陆地的一个诱因。全球地平线下降，浅滩露出，水面变干，一些耐旱的生态系统渐渐在这样的环境中形成。从奥陶纪到志留纪，水域周围最先出现了没有维管束的植物。直到泥盆纪中期才进化出有维管束的植物。最古老的大型陆地植物是志留纪中期（4.3亿～4.2亿年前）的顶囊蕨（Cooksonia），只有几厘米长，枝干呈细针状，顶端是孢子囊。

泥盆纪中期，大气中的氧含量增加，风化作用为大陆带来细沙。这为陆上植物根系的生长创造了环境，木贼和羊齿类植物繁盛起来。随后，植物在泥盆纪后期进一步向大型化进化，出现了高度超过20米的裸子植物，开始形成“树”林。不久后，陆地上就覆盖了大片森林。森林的形成对地球环境产生了重大影响。首先，大面积森林的光合作用增加了大气中的氧含量。岩石加速风化为森林提供了土壤，岩石中的镁、钙等元素与大气中的二氧化碳发生反应，减少了大气中的二氧化碳含量。其结果就是，从泥盆纪到二叠纪，大气中的氧含量达到了地球史上的最高水平，据推测约占大气总量的35%（如今是21%）。同时，二氧化碳的减少削弱了地球的温室效应，石炭纪后期地球开始寒冷化。在这个时期，盘古大陆的南半部——冈瓦纳古陆正位于南极地区，表面被大范围的冰盖覆盖。

动物界的变化

泥盆纪又被称为“鱼类的时代”。从海洋到淡水水域，鱼类不断进化。在非常温暖的低纬度地区，分布着大量珊瑚礁，周围的水域成了多种海洋生物的乐园。泥盆纪后期，陆地上形成了大片森林，节肢动物门登上了陆地。

泥盆纪末期，一部分鱼类已为登上繁茂的大陆做好了进化准备。登上陆地必需的机能包括用肺呼吸、可以承受重力的体格、在陆地上行动的能力、耐干燥。首先登上陆地的是肉鳍类。肉鳍类的特征是鱼鳍周围的骨骼上附有肌肉，现存的肺鱼和腔棘鱼都是它的同类。泥盆纪后期出现的一种叫作新翼鱼的肉鳍鱼总纲已经有了肺，与两栖动物非常接近。之后，肉鳍类的胸鳍变成前肢，尾鳍变成后肢，向两栖类进化，终于迈出了登陆的第一步。泥盆纪最末期的鱼石螈已经进化出了较为健壮的四肢，足以支撑自己的身体，是原始的两栖类。它虽然登上了陆地，但更多时间还是在水中生活。

盘古大陆形成

古生代的地球上发生的最重大的事件就是盘古大陆的形成。在古生代，南半球与北半球各自形成了较大的大陆。南半球的南非、南极洲、澳大利亚、印度等形成了冈瓦纳古陆；北半球则存在着古北美（劳伦古陆）、古欧洲（波罗地大陆）、古西伯利亚等大陆。这些大陆经过反复的撞击和聚合，终于在大约3亿年前形成了盘古大陆。

古北美、古欧洲大陆与冈瓦纳古陆发生的激烈碰撞，造就了巨大的阿巴拉契亚山脉。古大西洋位于劳伦古陆和冈瓦纳古陆之间，而古大西洋之间是现在的伊豆—小笠原岛弧等岛弧，这些岛弧的碰撞造成了古大西洋闭合。大约在4亿5000万年前，巨神海中的岛弧与劳伦古陆东海岸发生碰撞，引发了塔科尼造山运动。除此之外，在约4亿年前，古北美西北部的小型大陆与北欧发生了碰撞，引起了阿卡迪亚州造山运动，也称为加里东运动。约3亿5000万年前，美洲南部与非洲大陆的主体冈瓦纳古陆发生碰撞，引发了阿勒格尼造山运动。经过这一系列地质活动，最终形成了盘古大陆。

劳伦古陆与冈瓦纳古陆碰撞后，形成了一条全长6000千米、跨越赤道的东北—西南走向的巨大山脉。据推测，这里可能有海拔8000米以上的群峰组成的巨大“墙壁”。这条山脉对当时的大气循环产生了巨大的影响，阿巴拉契亚山脉周边的季风引发了大洪水和侵蚀，将大量营养物质从陆地输送到海洋。随着生物种类进一步多样化，两栖动物开始从温暖且营养丰富的浅滩向没有天敌的陆地迈进。生物的进化与盘古大陆的形成存在着无法割裂的联系。

大冰河时代

进入古生代后期的石炭纪，全球寒冷化加剧，大冰河时代开始了。这一时期的寒冷化与元古宙末期雪球地球那样整个气候系统的“失控”不同，这是一个较为缓慢的过程。当时位于南极洲地区的冈瓦纳古陆上的冰盖痕迹——冰川擦痕以及被冰川切削下来的砾岩混积岩，广泛分布在南非的卡陆盆地和澳大利亚的内陆地区。

氧含量的上升和温室效应气体二氧化碳的减少加速了全球寒冷化。南极地区大陆冰盖的形成造成全球地平线下降。二叠纪与三叠纪的界线在全世界非常罕见，主要就是受到海平面下降造成的陆地化的影响。也因为这一原因，二叠纪最末期，整个世界的不整合现象都非常严重。

生物大灭绝

1986年，芝加哥大学的古生物学家D.鲍普与J.塞普科斯基将从显生代起的大规模生物灭绝事件命名为五大灭绝，包括：（1）奥陶纪末期大灭绝（O-S界线）、（2）泥盆纪后期大灭绝（F-F界线）、（3）二叠纪末期大灭绝（P-T界线）、（4）三叠纪-侏罗纪大灭绝（T-J界线）、（5）白垩纪-古近纪大灭绝（K-Pg界线）。其中（1）～（3）这三次大灭绝都发生在古生代。关于大灭绝的原因，主要有两种观点：由于地球内部原因（火山活动，甲烷水合物的喷出等）的内因说，和由于地球外部原因（天体撞击、太阳活动异常等）的外因说。

奥陶纪末期O-S界线

奥陶纪后期，全球急速寒冷化。这时约有85%的海洋物种灭绝。推测原因是寒冷化造成的全球地平线下降（海洋退却）。当时，集中在南半球大陆周边的浅海、浅滩由于海洋退却而陆地化，给依赖浅海环境生存的固着性生物群带来极大的打击。

泥盆纪后期F-F界线

泥盆纪后期的弗拉斯阶-法门阶（3.85亿年～3.59亿年前）界线被称为F-F界线。在这一时期，浅海中85%以上的大型物种灭绝（菊石亚纲、四射珊瑚、层孔虫等）。通常认为，这次大灭绝是地球寒冷化以及海洋中含氧量下降造成的。海底的大量有机化合物将海水中的氧消耗殆尽，无法被分解的有机物就以淤泥的形式沉积在海底，给海洋生物带来了重大打击。也有研究者认为，急速的寒冷化和陨石撞击是原因之一，目前尚无定论。

二叠纪末期P-T界线

古生代末期，发生了显生代以来最严重的大灭绝事件，90%以上的海洋物种灭绝。这次大灭绝持续了1000万年，暗示其是阶段式发生的。此外，海洋物种受到重创，当时的海洋一直处于异常缺氧的残酷环境中。二叠纪末期，全球海平面大幅降低，所以P-T界线绝大多数是不整合地层，整合的地层非常稀少。这一时期地层保存最好的是处于盘古大陆东端的南方地区。南中国面朝较浅的特提斯洋，大范围持续沉降，因此即使全球地平线大幅下降，也没有出现浅海陆地化，地层持续沉积。因此我们前往南中国进行了详细的地质、化石调研。

关于P-T界线生物大量灭绝的原因，有4种说法：巨大火山活动说、小行星撞击说、甲烷水合物喷出说，以及多种原因的复合说。其中，支持者最多的是巨大火山活动说。这一观点认为，生物大灭绝的原因是西伯利亚地区的火山喷发。火山喷出的洪流玄武岩总体积超过了200万立方千米，如果全都喷在日本国土上，厚度可达6千米。这次巨大火山爆发和P-T界线的形成基本在同一时期，从2亿5170万年前起，约持续了60万年。不管是何种原因，这个时期古生物物种大量灭绝了。能适应新环境的生物，特别是以恐龙为代表的爬行类生物的时代——中生代即将拉开序幕。

中生代

中生代前期（三叠纪、侏罗纪）

1841年，英国人费利普斯根据“生物界中等古老”的意思命名了中生代。古生代末期的P-T界线大灭绝后，盘古大陆开始分裂。原来一直寒冷的地球开始变暖。与植被繁茂、氧气浓度较高的古生代后期不同，中生代的氧含量非常低。大灭绝之后的三叠纪初期，地球成了一个生物极其稀少的空荡荡的世界。之后，能够高效利用稀薄氧气的动物出现了，成为三叠纪的主导者，而侏罗纪则是恐龙进化的时代。

盘古大陆分裂

三叠纪末期，盘古大陆开始分裂。岩浆从大陆深处涌上来，形成许多将大陆割裂开的“热点”（hot spot，岩浆的上升通道）。热点呈点状分布，逐渐增多并且在南北方向上连成一线，盘古大陆的表面由此形成了细长的洼地。这一片洼地就是大西洋的诞生之处。大陆实际分裂时，三个方向的裂痕中一旦有两个迅速扩大，那么剩下的一个就不会完全裂开。遗留下来的裂痕被称为“坳拉谷（aulakogen）”。坳拉谷最终会变成深谷，周围大量的泥土和砂石流入其中渐渐沉积。

低氧环境

在2亿4500万年前～2亿4000万年前，三叠纪初期的500万年间，地球上的氧含量很低，据推测仅为10%～15%。虽然后来渐渐升高，但一直低于现代的21%。在古生代达到鼎盛的腕足类动物（有两枚贝壳的无脊椎动物）灭绝了，取而代之的是贝壳又薄又小的瓣鳃纲动物（海燕蛤属、螠蛤属），它们并不移动，在氧含量少的海中与能够生成甲烷的菌类共生以获得能量。另外，多种多样的鱼类出现，逃过古生代大灭绝的菊石亚纲也发展出了新种类，逐渐繁盛起来。珊瑚类中由床板珊瑚和角珊瑚组成的四射珊瑚消失了，之后形成了六射珊瑚类，遍及全球。

在这个炎热的时代，动物体内新陈代谢的速度很快，富有活力，但低氧环境使它们无法活动，陷入两难境地。为了应对令人窒息的环境，出现了一种多样化现象——一部分爬行纲重返海洋。在低氧的生存条件下，海洋中食物丰富，更容易生存。就这样，在三叠纪后期，原始的鱼龙目（Ichthyosauria）和蛇颈龙属（蛇颈龙目）出现了。

躯体图式进化

生物体为了适应环境的进化称为形体构型。经历了P-T界线大灭绝的三叠纪，成了一个为了适应低氧环境而进行形体构型的巨大试验场。很多陆地动物都因大灭绝消失了，各种新的因素造成大批物种被淘汰，但留存下的陆地动物也因此急速进化，称为三叠纪大爆发。在这段时期，动物们渐渐形成了许多种新的行走和呼吸方式。在三叠纪中期，陆地动物无法活跃地移动，它们大多长时间静止在原地。当时的氧含量很低，海拔0米地区的氧含量和现在海拔4000米的高原地区一样稀薄。

以陆上呼吸为例，两栖纲的四足横在身体两侧，爬行时必须用力左右扭动身体才能前进。这种行走方式会压迫肺部，阻碍顺畅呼吸。为了克服这一弱点、保证正常的呼吸，它们逐渐发展出了四足向下立起的行走方式。四足向下站立时，胸腔能为肺部提供足够大的膨胀空间，保证行走时能充分、有效地呼吸。三叠纪中出现的恐龙最初是四足站立行走，之后又出现了能够双足站立行走的种类，进化出了利用横膈膜呼吸的强有力的呼吸系统。氧含量的变化也促使许多物种的呼吸系统产生了非常大的变化，心脏结构日益复杂化。绝大多数的两栖动物、爬行纲都是三心室，而绝大多数鸟类、哺乳类都形成了四心室。四心室可以避免动脉血和静脉血混合，血液运送氧的效率更高。三心室向四心室转变，一般认为是为促进血压上升，或者使生物保持较高新陈代谢率的进化。

在三叠纪，盘古大陆的分裂使全球海岸线长度大幅增加，这意味着可供生物选择的栖息地也大大增加了，促进了生物的多样化发展。但是，在从三叠纪向侏罗纪过渡时，再次发生了大灭绝事件。引发这次大灭绝的主要原因是三叠纪末期空气中的氧含量降到了最低（12%）。拥有气囊的恐龙（蜥臀目）在这样恶劣的低氧环境中幸存了下来，变得更为多样化，并且在侏罗纪走向了繁盛。

世界最大的沙丘群形成

侏罗纪前期，在北美大陆和冈瓦纳古陆之间，大西洋的北部打开。再到侏罗纪后期，以南非为中心，大规模的地幔柱活动使冈瓦纳古陆开始从内部分裂。盘古大陆分裂后，在赤道附近沿东西向形成了一片海洋。由于科里奥利力的作用，形成了环绕地球的海洋洋流体系，信风——偏西风的活动越来越频繁。就这样，在北纬30度附近形成了地球史上最大的沙丘群。中生代的沙漠中也有绿洲，也就是夹在砂岩层中的泥岩层。

侏罗纪的生物

到了三叠纪之后的侏罗纪，裸子植物在陆地上繁盛起来，形成大面积的森林。在这个时代，终于出现了能够在天空中飞翔的大型动物——翼龙和鸟类。鸟类是在侏罗纪后半期由两足行走的恐龙（蜥臀目）进化而来的。始祖鸟化石发现于德国南部的索伦霍芬采石场，化石臂骨附近还留有羽毛的痕迹。这具化石是暗示鸟类出现的重要证据。当时的索伦霍芬正位于欧洲大陆入海口的大陆架边缘区域，那里有大片珊瑚礁形成的防波堤，在陆地和外海之间形成了一片水流稳定的海域。侏罗纪后期，大型肉食性恐龙——异特龙、身上长着坚硬甲板的剑龙属等成了陆地上的霸主。体长将近30米的草食性恐龙——梁龙属也在这一时期出现了。

侏罗纪的海洋中出现了大量菊石。最初出现的菊石亚纲是在志留纪后期由鹦鹉螺科进化而来的杆石（Bactritoids）。之后，菊石类亚纲的三个目（棱菊石目、齿菊石目、菊石目）不断进化、灭绝。棱菊石目出现在泥盆纪，于二叠纪末期灭绝；齿菊石目出现在二叠纪中期，于三叠纪末期灭绝。最有名的杆菊石目出现在三叠纪中期，到了白垩纪末期，已经发展得非常多样化，有约150个属，十分繁盛。这种繁盛得益于菊石水泵式的栉鳃，使它们能够从低氧环境中充分吸收氧气。

从侏罗纪到白垩纪，由碳酸钙构成的石灰质浮游生物也进化了，而在氧含量低下的水中无法生成碳酸钙。另外，以球石藻类为代表的微型浮游生物和浮游性有孔虫分别在三叠纪末期和侏罗纪中期出现。这些都表明，海洋已经转变为富含氧的环境。到中生代后期的白垩纪，石灰质浮游生物呈现出爆发式的增加和多样化。因此，白垩纪的海洋也被称作“石灰质的海”。这些生物吸收大气中的二氧化碳，制造出碳酸钙质外壳，广泛沉积在海底，为碳的固定立下大功。进入侏罗纪之后，硅藻出现了。这表示，海洋中的硅已经达到了饱和状态，据推测这有可能是由于大量陆地上的硅流入海洋中造成的。也就是说，盘古大陆开始分裂之后，活跃的造山运动使海洋侵入了富含花岗石的大陆内部。与此同时，降雨量也变多了，进一步侵蚀了陆地。

中生代后期（白垩纪）

白垩纪是一个火山活动频繁，气候温暖、干燥的时代。在某种意义上，它很可能与早期地球的状态相仿。因此，白垩纪也被称为“返祖的时代”，可以看到地球最温暖时代的风貌。白垩纪的特征主要有：1.地幔柱导致的大规模火山活动，2.海侵环境，3.大洋缺氧事件（OAE），4.氧气含量上升与温室地球，5.被子植物门出现，6.地磁场无逆转期，7.K-Pg界线大灭绝。

地幔柱导致的大规模火山活动

进入白垩纪后，盘古大陆进一步分裂。大西洋连通了北极和南极洲，在欧亚大陆的赤道区域，是温暖、广袤的特提斯洋。太平洋洋海地幔柱导致的火山活动在太平洋底形成了翁通-爪哇海台、沙茨基海隆、赫斯海隆、马尼希基海底高原以及几百座中太平洋海山群。这样大规模的海底火山活动是由于地幔内上升的地幔柱将海底大范围地向上推挤引发的，由此造成海底隆起、海平面上升，浅海在大陆周围广泛分布。

在陆地上，受侏罗纪后期出现的卡鲁超级地幔柱的影响，冈瓦纳古陆从中央裂开，分裂成为南非、南美、南极洲印度・澳大利亚。在1亿2000万～1亿年前，南美和非洲大陆完全分裂开来，印度也同南极分道扬镳。大西洋成为南北向的细长海洋，海水南北循环通路形成。另外，这一时代的南极和北极地区都被大陆占据，没有形成大气和洋流循环，因此两极地区较难形成寒冷环境。地幔柱导致的火山运动除了造成以上影响外，还促成了南美帕拉尼亚（Piranha）洪流玄武岩、印度洋的凯尔盖朗海台、中美洲的加勒比海台、西印度的德干洪流玄武岩的形成。据估算，白垩纪中期海洋地壳的生成量是新生代的两倍以上。

海侵环境

白垩纪是地球的海侵时代，也称为大海进时代。频繁的火山活动造成二氧化碳含量上升，而二氧化碳导致的温室效应使地球上形成了温暖的环境。极地的冰消融，全球海平面上升。实际上，冰的消融只让地平线上升了几十米，而地幔柱活动造成的海底隆起才是抬升海平面的主力，使海平面在白垩纪中期上升了250米。在当时，板块碰撞引发的造山运动只发生在东亚和阿拉斯加州周边地区，其他大陆都很稳定。于是，盘古大陆进一步分裂，陆地分开形成浅海，海平面上升使大陆架范围扩大。离海岸数百千米处仍然是广袤的浅海，形成了特殊的远洋环境。因此，白垩纪的地球是一个被广袤浅海覆盖的世界，陆地面积只有现在的一半，完全是“海的时代”。

在浅海表层，球石藻（钙质植物性微型浮游生物）非常繁荣，海岸沿线一种叫作厚壳蛤（rudist）的双壳类生物制造了大片生石灰礁。这些生物把温暖大气中的二氧化碳固定在了地层中。这一时期，陆地被海水淹没，再加上造山运动不活跃，大陆被侵蚀、风化的面积也减少了。因此，河流流入海洋中的营养盐变少。球石藻能够适应这种贫瘠的环境，而白垩纪的白垩层也证明了当时浅而广的大陆架一直延伸到远洋。

另外，当时位于赤道和亚热带地区的特提斯洋中的海水大量蒸发，沉积下大片蒸发岩。越温暖，海水的盐分就越高，于是，这些较重的海水大量涌入太平洋和大西洋的深海海域，形成了密度成层，滞留在海底，阻断了海洋循环。与此同时，两极地区被陆地覆盖，非常温暖，这样就形成了一种深层水无法循环的海底环境。

大洋缺氧事件

在白垩纪，富含有机物的淤泥沉淀堆积在了海底。没有深海循环、缺乏氧气的海洋的形成被称为“大洋缺氧事件（OAE）”。其中最著名的是发生在1亿2000万年前的OAE1和9500万年前的OAE2。在OAE1期间，太平洋中部巨大的玄武岩火山活动催生了翁通-爪哇海台。翁通-爪哇海台的面积相当于美国的阿拉斯加州，火山活动时喷出物的体积可以与白垩纪末期的德干洪流玄武岩相匹敌。在OAE2期间，卡里布海台形成，马达加斯加洪流玄武岩开始喷发。对这些玄武岩和黑色页岩中含有的锇同位素进行分析，会发现它们的形成年代是一致的。

氧气含量上升与温室地球

白垩纪火山活动频繁，二氧化碳量增加，其含量是现在的5～10倍。在温暖的海洋和浅海中，微型浮游生物、球石藻的繁荣使光合作用变得频繁，产生大量氧气。处于分裂状态的大陆被海洋包围的比例增多，雨量增加，侏罗纪曾经沙漠化的地区也被绿色环绕。由于这些因素的影响，中生代初期一度下降到15%的氧含量开始回升，到白垩纪后期，氧含量已经达到了现在的水平，在20%左右。在白垩纪，虽然二氧化碳含量上升，但氧含量也上升了，而在其他时代，两者则成反比关系。1亿年前的白垩纪中期，由于二氧化碳含量增加到了现在的2～10倍，以及其他多个原因的交叉影响，地球迎来了古生代以来最温暖的时期。那时的全球平均气温比现在高10℃，赤道区域的温度超过了40℃，两极地区的平均温度也达到了20℃。赤道与两极之间的温差只有20℃，所以当时的海洋循环极有可能是完全停止的。深海的水温也有17℃（现在是2℃）。因此白垩纪中期的地球可以称为“温室地球”。

被子植物门出现

白垩纪时期，大陆大范围被海水淹没，也没有巨大的造山带，所以绝大多数陆地都比较平缓。地平线升高，空气湿润，形成了利于植物生长的环境。因此，陆地上广泛分布着开花的被子植物。在羊齿蕨、苏铁等裸子植物繁茂却有些单调的森林中，出现了有色彩和香味的花朵，它们在视觉和化学性方面具有发达的信息传递能力，各种植物开始向昆虫展示自己，迎来了一个新时代，同时确立了吸引昆虫、由昆虫帮助授粉的繁衍系统。某些种类的昆虫只偏好特定的被子植物门，昆虫—植物的连带系统也由此确立。

地磁场无逆转期

地球的磁场每隔几十万年就会发生一次南北逆转。在白垩纪，从1亿2000万年～8000万年前的这4000万年是地磁场无逆转期，也被称为白垩纪超静盒式录音磁带。此间海洋地壳的产量非常大，生成速度差不多是其前后时期的3倍。也就是说，当时海洋底部在快速移动，而且海脊上的火山活动非常频繁，形成了大量新的海洋地壳。白垩纪地幔和外核之间热对流的活跃是造成地球表层火山活动和板块运动活跃的主要诱因。总之，多余的能量使地球表层变暖，为史上最大的陆上生物——恐龙创造了特殊的生活环境。

K-Pg界线大灭绝

发生于白垩纪末期的K-Pg界线大灭绝是离人类最近的大灭绝事件，其规模逊于P-T界线大灭绝，但人们对它兴趣更大，因为恐龙在这个时期灭绝了。关于K-Pg界线大灭绝的原因，现在最有说服力的是1980年由美国科学家阿尔瓦雷斯父子提出的小行星撞击说。在5次大灭绝事件中，K-Pg界线大灭绝最有可能是因天体撞击导致的。2010年，科学杂志《科学》刊登了一篇总论论文，阐述小行星撞击希克苏鲁伯是生物大量灭绝的原因。除了K-Pg界线外的4次大灭绝更有可能是由其他原因造成的。

新生代

1841年，英国人费利普斯根据“生物界接近现代”的意思命名了新生代。新生代是从6550万年前持续到现在的最新的地质时代。大陆漂移造成了地中海干涸，推动了阿尔卑斯和喜马拉雅山脉等巨大山脉的诞生。温暖化和寒冷化的反复，形成了现在地球表层环境的基础。新生代被划分为古近纪、新近纪和第四纪三个纪，这是一个从温暖的中生代逐步进入寒冷化的时代。古近纪是进入寒冷化的序章，在几次小幅度的温暖化中缓缓地向寒冷化迈进。从新近纪开始真正进入了寒冷化时代，而第四纪则是冰川期、间冰期交替出现的明确的冰河时代。另外，新生代也是现代大陆、海洋分布格局形成的时代。在此过程中，由于大陆的碰撞，形成了阿尔卑斯山脉和喜马拉雅山脉，这些巨大的山脉对大气循环产生了重大影响，造就了新的地球环境。

新生代前期（古近纪、新近纪）

从温暖化到寒冷化

古近纪被划分为古新世、始新世和渐新世，新近纪被划分为中新世和上新世。

温暖的时代：从古新世到始新世

新生代最初的古新世在K-Pg界线动荡的大灭绝结束后，环境走向安定，幸存下来的生物开始适应散生，趋向多样化发展。接下来的始新世慢慢趋向于温暖化。在5580万年前突然发生的温度上升，被称为古新世—始新世极热事件（PETM）。在不到2万年的时间里，赤道地区的海水温度上升了5℃，两极地区的海水温度上升了9℃，深海海水的水温也上升了5℃。此时释放到大气中的二氧化碳很可能与地球上现存的煤、石油和天然气全部烧尽后产生的二氧化碳相当。

PETM的温暖化使北极圈内也出现了大片森林。由于气温过高，原本栖息在热带的动物开始向高纬度地区迁徙。在迁徙过程中，马、骆驼、犀牛等奇蹄目的祖先，鹿、牛、羊等偶蹄目的祖先，以及人类的远祖灵长目出现了。另外，温暖化也使生活在海底的底栖有孔虫和植物性浮游生物球石藻发生了相当大的群集变化，但浮游性有孔虫不再灭绝。此后，一度下降的温度又开始缓慢回升，到了始新世的5100万年前，进入了新生代气温最高的时期，这一时期持续了100万～200万年，被称为始新世前期高温期（EECO）。深海海底的水温达到了12℃，海洋整体平均水温上升了8℃。地平线比现在高出约150米，大陆周边浅海广布。两极地区生长着繁茂的针叶林和阔叶林，原本在亚热带和热带生存的动植物也在此生息繁衍。与日本同纬度地区广泛分布着常绿阔叶林，这一时代繁盛的森林后来形成了各地主要的煤炭层。

走向寒冷化的时代：从始新世后期到新近纪

始新世前期高温期过后，地球再度走向寒冷化，其中有一些短期内极为寒冷的时期。3390万年前的渐新世初大冰期（Oi-1）、1400万年前的中新世中期冰期（Mi-1）就是两个代表性时期。海平面降低、盐分浓度变化使有二氧化硅质骨骼的放射虫和硅藻构成了燧石层，另外两极地区的坠石表明曾经形成冰盖。这些都是寒冷化的证据。坠石是在始新世中期（4500万年前）南北极地区的地层中发现的，说明当时两极地区已经形成了冰盖，冰山开始漂流。当时的生物相与现在非常接近，已经出现了狼、马、牛、乌鸦等动物。在海洋中，鲸、鲨鱼也非常活跃，全长达20米的巨大鲨鱼——巨齿鲨开始统治海洋。在3390万年前的渐新世初大冰期（Oi-1），南极冰盖广阔而发达，形成的永冻冰川一直留存到现在。根据树木种类和叶片形状可知，当时地球的平均气温下降了10℃～15℃，降至5℃～15℃。陆地上广布着落叶的阔叶林。已经适应了温暖化环境的动物灭绝了，取而代之的是现代的新型哺乳动物。

现代的北大西洋深层水循环就始于这一时期。富含营养盐的北大西洋深层海水从格陵兰海出发到达南极，之后经由印度洋到达北太平洋后涌到表层，大约每2000年完成一次循环。这一循环以提出者的名字命名为“布洛克大洋传送带”。在这个时代，由于两极地区气候寒冷，使得包含深层水在内的整个海洋水都运动了起来。由于这一大循环，不溶性盐（营养盐）被送达深海，即使水温下降，碳酸盐补偿深度也可以达到1000米，使海洋的盐浓度升高。另外，3500万～2400万年前，南极与澳大利亚之间的塔斯马尼亚州海峡、南极洲与南美之间的德雷克海峡被打开，南极环流形成。这样，赤道区域的温暖洋流无法到达南极，南极大陆冷却效果明显，冰盖进一步扩大，进入急剧的寒冷化时期。渐新世后期，寒冷化程度有所缓和，但之后又迎来了急速的寒冷化，进入中新世（2300万～533万年前）。这次寒冷化成了新近纪的开端，全球平均气温下降约4℃，冰盖面积扩大。1400万年前，寒冷化再次加剧，气候变动冷暖差明显。900万～300万年前，赤道涌升流域的海洋生物大量增加，北太平洋出现了许多硅质沉积物（硅藻、放射虫）。这一时期被称为生物大爆发期。

干涸的地中海

中新世发生的最后一件大事是“墨西拿盐度危机”，也就是596万～533万年前地中海干涸事件。首先，596万年前，在非洲大陆北部，地中海西部的直布罗陀海峡与欧洲大陆相连，地中海是封闭的。地中海周边地区气候干燥，蒸发量远大于周边河流注入的水量，所以地中海逐渐干涸，形成了地球上最深的洼地，深度在地平线以下3千～5千米。海水蒸发后，形成了蒸发岩沉淀。通常情况下，海水蒸发1/3后，就会依次析出碳酸根（CaCO₃）、石膏（CaSO₄）、石盐（NaCl、氯化钾、MgSO₄）等成分。在“墨西拿盐度危机”中沉积下来的蒸发岩总计达到4000兆吨，但要生成这么多的蒸发岩，必须蒸发掉地中海体积30倍的海水才有可能。因此，研究者推测当时有外界海水间歇性流入，经过反复蒸发、沉淀得到了这样的结果。

由于地中海蒸发岩的沉淀，世界海水的盐分浓度下降了0.2%～0.3%。因此海水的凝固点上升了0.1℃，南极冰盖继续增大，寒冷化进一步加剧。全球地平线随之下降了40～70米。干涸了一段时间的地中海由于周围河流和海水的注入，有时会形成湖泊。尼罗河汇入地中海处形成了一个落差达2000米的峡谷，谷底位于海平面以下2400米，出现了气温达80℃、压强达1.5倍大气压的严酷环境。另外，由于地中海干涸，陆地连接起来，大象、河马等动物由非洲大陆北上，迁徙到了欧洲或沙漠化的地中海岛屿上。终于，干涸、沙漠化的地中海再次成为海洋。533万年前，直布罗陀海峡再次打开，海水急速涌入地中海。这就是“赞克尔洪水”。赞克尔是上新世第一“期”的标准地层，是墨西拿以南约20千米的一处地名。从大西洋涌入的海水在直布罗陀海峡形成了一个宽几十千米，落差1～2千米的巨大瀑布，估计一共用了几个月到十几个月的时间才将地中海填满。

另一件大事是巴拿马共和国海峡的封闭。与赞克尔洪水事件差不多同时开始的上新世（533万年～259万年前），气候日益寒冷化，南极大陆和北半球的冰盖继续扩大。250万年～300万年前，巴拿马海峡封闭，太平洋和大西洋的海水不再交互流动。大西洋位于赤道区域的加勒比海由于海水蒸发盐度上升，而太平洋因雨水充沛而盐度下降。由于巴拿马海峡封闭而增强的墨西哥湾暖流北上，使北大西洋变成了一个盐度高且温暖的海域。这为极地带去大量水蒸气，同时北大西洋深层水循环得到强化。这一系列变化很有可能是造成北半球冰盖发达、反复出现明显的冰期—间冰期的原因。

阿尔卑斯/喜马拉雅山脉的形成

中生代面积广阔的特提斯洋在新生代闭合了。从欧洲的阿尔卑斯山脉起，经过土耳其、西亚，一直到喜马拉雅山脉，形成了一道总长超过1万千米的巨大撞击带。这是特提斯洋南侧的大陆（非洲大陆、印度大陆）靠近并撞击欧亚大陆（Eurasia）的结果。

阿尔卑斯山脉的形成

阿尔卑斯山脉的造山运动始于1.8亿年前的侏罗纪末期。皮埃蒙特海闭合，作为非洲大陆断片的亚得里亚地块（亚平宁半岛）与欧洲大陆发生碰撞。碰撞在始新世是东北偏北—西南偏南方向，在中新世则发生在东北—西南方向。压缩使得欧洲大陆和意大利两侧的逆冲断层带非常发达。使阿尔卑斯山脉向东西向延伸的因斯布鲁克构造线（穿过瑞士阿尔卑斯的南部、奥地利阿尔卑斯的北部）就是欧洲大陆与亚得里亚地块撞击的边界线。茵斯布鲁克构造线南侧的地层主要分布在意大利北部、奥地利南部，是露出基盘的变质岩、蛇绿岩。隶属于东阿尔卑斯山脉的多洛米蒂山也属于这一类。现在正在发生平移运动的因斯布鲁克构造线板块是碰撞的界线，构造线北侧的地层广泛分布在瑞士境内，形成了海拔超过4000米的山脉。这里的地层产生了奇妙的堆叠现象，形成了“推覆体”。

喜马拉雅山脉的形成

新生代最壮观的地质现象，就是喜马拉雅山脉的形成。白垩纪位于南半球的印度次大陆随着特提斯洋面积的缩小而渐渐向北移动，在5500万年前与欧亚大陆发生碰撞。现在的喜马拉雅山脉是印度次大陆俯冲入欧亚大陆之下形成的，其断面就成了大陆地壳相互碰撞的断面模型。

撞击带中受到撞击的部分如果无法被再压缩，一般会向两侧运动，形成横向断层。印度河—雅鲁藏布江缝合带是印度次大陆与欧亚大陆在2000万年前的撞击线，之后经历了连续的撞击压缩，现在已开始横向运动。其背后海拔5000米以上的拉萨市地块、青藏高原隶属于欧亚大陆。这种大规模的大陆碰撞，不仅推动了造山运动，还对地质构造、沉积盆地、沉积物供给、火山活动、变质作用、巨大地震、大气循环等诸多方面产生了长期重大影响。

新生代后期（第四纪）

第四纪始于259万年前，一直持续至今，是人类诞生、繁荣的时代。在冰川期与间冰期的循环间求生的人类祖先开始直立行走，脑容量增大，学会了使用工具和火。进化了的人类现在正在46亿年的轨迹和奇迹中生存。第四纪气候寒冷，中高纬度地区和山地冰川发达。

人类的诞生与进化

直立行走是人类的一大特征。现在，最古老的人类化石是在乍得发现的乍得沙赫人，生活在距今约700万年前。根据其骨骼特征来看，他们已经开始直立行走，但脑容量只有350立方厘米（是现代人类的1/5）。到了300万～200万年前，脑容量增大到400～500立方厘米的南方古猿出现了。南方古猿包括1950年在南非发现的非洲南方古猿和1974年在埃塞俄比亚的阿尔法发现的阿尔法南方古猿。

在200万年前，人类的直系祖先——能人出现了。开始使用简单石器工具的能人（这也是“能人”名字的由来）脑容积增大到了700立方厘米。160万年前，由能人又衍生出了直立人。现代人所属的智人于十几万年前从直立人中衍生而来，遍及全世界。

700万年前，人类在非洲诞生源于非洲的干燥环境。而形成干燥环境的原因，一般认为与喜马拉雅山脉、青藏高原的抬升有关。非洲干燥气候形成的另一个原因是来自“超级地幔柱”的巨量岩浆上涌。由于以上两个原因，原本一直是热带雨林的非洲中部地区变成了广袤的草原，只零星留下少量森林。人类祖先原本在树上生活，随着环境的变迁，不得不下到地面，开始直立行走，终于学会了自由使用双手，智力飞速发展。

特大地震与火山喷发

2011年3月11日，特大地震袭击了日本东北部，这次特大地震带给日本很多地球科学研究者极大的震撼，改变了人们对于第四纪研究重要性的认识。太平洋板块每年都会向东北方向的北美板块下方下潜几厘米，约1000年前，同样在日本东北方向的太平洋发生过一次特大地震并引发了特大海啸。

另一种剧烈的火山活动就是巨大火山碎屑流的喷发。巨大火山碎屑流大多始于普林尼式火山喷发。普林尼式火山喷发是指大量的浮岩和火山灰被喷到1万～3万米的平流层的爆发性喷发。普林尼式火山喷发可能持续几小时或者几天，之后就会出现巨大的火山碎屑流。洪流玄武岩的喷发可以持续几十万年，而巨大火山碎屑流在几天内就会结束，但会对火山口周围造成重大影响。在地球史上，特大地震和巨大火山碎屑流喷发都发生过无数次。但从全球角度看，每一次都是局部性的，与显生宙以后的六次生物大灭绝相比，可以说微不足道。