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白垩纪(Cretaceous Period)距今约1.44亿年至6500万年间，是中生代的最后世纪。早期，在亚洲东部和北美洲西部的最北端有陆地相连，形成一个生物区，称为亚美大陆区。接下来，一条划开南北美洲和欧洲、非洲，并绕过南非最南端的岩浆活动带，打开了大西洋，孤立了南极澳洲大陆，并将印度向北推移，逐渐靠近亚洲大陆；南极与澳洲之间也出现了裂谷，到了白垩纪末期终于分出澳洲而向北移。这是一个大陆崩解的时代。

周期性的海平面上升在白垩纪中期达到中生代的最高峰，比今日高出200米，现今陆地有大约四分之一都在浅海底，各陆块因而纷纷被孤立起来：北美洲逐渐被一条纵贯南北的浅海道分成东西两半，西半部遂成了一个岛，拥有自己的特有物种；北美洲东部、欧洲和格陵兰(欧美陆块)与亚洲之间也被浅海分隔，欧洲与非洲之间又重新隔着古地中海。随着海陆的变动，全球气候也有大幅变化，洋流把水气带入以往的内陆地带，世界变得更加暖湿，沼泽也大大增加。典型的中生代植物像苏铁、银杏、针叶林及蕨类，仍是陆地上的优势植物；开花植物在白垩早期以小灌木的型态开始出现，到了中期己进占河谷及平原。

到了白垩纪晚期，气候开始显著逆转，全球气温开始降低；原本淹没陆地的海平面也下降，北美洲的内陆海道消失，亚洲与欧洲则不时有陆地相连，非洲和欧洲、南美与北美之间的陆桥似乎也打通了。在这样的气候与海陆转变中，极地地区的森林开始绝迹；高纬及高海拔地区的针叶林则随着气温降低反倒更加旺盛；低矮的开花植物取代苏铁与蕨类，成为陆地植物的大宗，花开花落改变了大地的景观，还有几种开花植物发展为树，如山毛榉、棕榈、桦树、枫树、胡桃树等。

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动物界的变化也很大，因陆地的分隔也逐渐发展出区域特色。与花朵关系密切的昆虫与开花植物一同兴旺，彼此之间互为助力，共同打下大片江山；角落里，不起眼的小型哺乳类正迅速多样化；蛇类也由蜥蜴演化而来。在空中，白垩纪早期是短尾翼龙的全盛时代，展翼可大10米的巨大飞行物令人震慑，但后来气候的转变导致了全族迈向衰亡；相对地，鸟类却在各种气候条件下繁盛，散布全球各地，到了白垩纪末期已出现不会飞的海洋型品种。

在温暖的海洋中，浮游植物大量繁殖，沈积在海底的遗骸成为今日各地厚厚的白垩岩层，这正是白垩纪命名的由来。海洋爬行类中，更多种类的蛇颈龙问世，鱼龙开始衰减，沧龙(Mosasaurs)则在白垩纪中期出现；硬骨鱼与鲨鱼仍继续兴盛。白垩纪末期的气候改变严重影响海中的生态，鱼龙率先绝种，蛇颈龙与沧龙、箭石、菊石、双壳贝类等等都逐渐减少。

在翼龙巨大羽翼下的陆地，白垩纪是恐龙的全盛时期。从侏罗纪来的巨大植食性恐龙发展已到顶点，其它各具特色的肉食性与植食性种类则在各陆块呈现多样化发展，生生灭灭，直到最后一个世代，还发展出史上最大型的肉食性恐龙来。

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