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白
| 白垩纪 145–66百万年前 | |
| 全时期平均大气O 2含量 |
约18 Vol %[1] （为现代的90% ） |
| 全时期平均大气CO 2含量 |
约1700 ppm[2] （为前工业时期6倍） |
| 全时期平均地表温度 | 约18℃[3] （高于现代4℃）
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白垩纪主要分界
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白垩纪时间表
直轴：百万年前
直轴：百万年前
陆地上，白垩纪和侏罗纪中晚期一样，恐龙总目占据了陆地所有阶层的生态位，白垩纪晚期恐龙物种数量达到巅峰。另外，属于恐龙总目的鸟类的平行演化开始于白垩纪早期。即使在计算白垩纪时期恐龙物种总量时将鸟类剥离出该总量的计算范畴，非属鸟类的恐龙的物种数量依旧可达有史以来的巅峰。与此同时，白垩纪时期淡水中生活的恐鳄、帝鳄等真鳄类，在洞穴、树冠层、平原和雨林中生活的哺乳动物、蜥蜴和蛙类，也呈现出侏罗纪时期所没有的爆发式增长。虽然恐龙依然是陆地的绝对优势物种，但是中下层生态位则挤进了更多的小型掠食者，这些小型掠食者中的很大一部分都成功存活到了现代。
海洋里，侏罗纪海中的顶级掠食者鱼龙超目和上龙亚目在白垩纪中前期壮大，在后期迅速凋零至灭绝。与之相对应的是，和上龙亚目同宗、和鱼龙超目同时期出现的蛇颈龙亚目在整个白垩纪继续繁盛。白垩纪末期，鳞龙超目中的沧龙超科在短时间内崛起，成为新一代海中王者，甚至在很多淡水流域挤压鳄鱼的生态位。头足纲中的菊石亚纲则继续大型化、厚重化，数量持续增多，形状也变得千奇百怪，鱿鱼、章鱼等现今也能看到的新头足类开始数量上升。辐鳍鱼中以剑射鱼为代表的乞丐鱼目迅速成长为海洋中的顶级掠食者，是它们在地球历史上少有的突破。软骨鱼中以白垩尖吻鲨等鼠鲨目在白垩纪中晚期成功重归海洋的顶级生态位。鸟类中的黄昏鸟和鱼鸟所属的扇尾亚纲也在海洋中有一席之地。以现代海洋的标准来看，白垩纪的海洋环境异常凶险，在每个海洋物种类群里面几乎都有大型掠食者出现瓜分海洋资源，因此又被古生物爱好者戏称为“地狱水族馆”。
天空中，翼龙目保持着天空顶级掠食者的地位，并且体型增大，不过种类数量却缓慢减少，树栖生态位、低空生态位逐渐被鸟类中的反鸟亚纲霸占。
白垩纪是在1822年由比利时地质学家第哈罗伊研究巴黎盆地时所提出[4]。其名称在拉丁文意为“黏土”[5]，意指上白垩纪地层里常见的白垩，由海生非脊椎动物身上甲壳的碳酸钙沉积而成，尤其是球石粒。这些白垩黏土层可在欧洲大陆与不列颠群岛（尤其是著名的多佛白色峭壁）发现。
如同其它古远的地质时代，白垩纪的岩石标志非常明显和清晰，其开始的准确时间却无法非常精确地被确定，其误差在几百万年之间。在侏罗纪与白垩纪之间没有灭绝事件或生物演化的特点，可以明确分开两个年代。白垩纪结束的时间定的比较准确，是在6550万年至6590万年前结束[6]，那时全地球的岩石层都含大量的铱。一般认为，那时有一颗巨大的陨石撞击地球，在今墨西哥犹加敦半岛留下一个大型陨石坑。这个陨石造成了大量生物灭绝，史称白垩纪-第三纪灭绝事件。
早期的科学文献将白垩纪分为三个时期，依年代早晚为：纽康姆世（Neocomian）、高卢世（Gallic）、森诺世（Senonian）。目前的科学文献一般将白垩纪分为早白垩世（Early Cretaceous）和晚白垩世（Late Cretaceous）两部分，共计11个期，都以欧洲的地层为名。
白垩纪的海平面变化大、气候温暖，显示有大面积的陆地由温暖的浅海覆盖。白垩纪是以欧洲常见的白垩层为名，但在全球其他地区，白垩纪的地层主要由海相的石灰岩层构成，这些海相石灰岩层是在温暖的浅海环境形成。高的海平面会造成大范围的升降作用，因此形成厚的沉积层。由于白垩纪的地层厚、时代较近，全球各地常发现白垩纪地层的露头。
白垩纪地层中常见白垩的成分。白垩是由海生颗石藻的钙质外壳微粒（球石粒）沉积而成；颗石藻是种白垩纪常见的藻类。
在欧洲西北部，常发现上白垩纪的白垩沉积层，包括：英格兰南岸的多佛白色峭壁、法国诺曼底海岸、以及低地国家、德国北部、丹麦沿岸。白垩的质地并不坚固，因此这些沉积层的质地松散。这些地层还包括石灰岩、砂质岩。这些地层可发现海胆、箭石、菊石、以及海生爬行动物（例如沧龙）的化石。
欧洲南部的白垩纪地层多为海相地层，主要由石灰岩、与少数的泥灰构成。在白垩纪时期，阿尔卑斯山造山运动还没发生，所以欧洲南部的白垩纪地层当时多为特提斯洋周围的大陆棚。
在白垩纪中期，海洋低层的流动停缓，造成海洋的缺氧环境。全球各地的许多黑色页岩层，即是在这段时期的缺氧环境形成[7]。这些页岩层是重要的石油、天然气来源，例如北海。
在白垩纪，盘古大陆完全分裂成现在的各大陆，但是它们和现在的位置全不相同。大西洋还在变宽。北美洲自侏罗纪开始，形成多排平行的造山幕，例如内华达造山运动，与之后的塞维尔造山运动、拉拉米造山运动。
在白垩纪初期，冈瓦那大陆仍未分裂，而后南美洲、南极洲、澳洲相继脱离非洲，印度和马达加斯加还连在非洲上。南大西洋与印度洋开始出现。这些板块运动，造成大量的海底山脉，进而造成全球性的海平面上升。非洲北边的特提斯洋在变窄。西部内陆海道将北美洲分为东西两部，这个海道在白垩纪后期缩小，留下厚的海相沉积层，夹杂者煤矿床。在白垩纪的海平面最高时期，地表上有1/3的陆地沉浸于海洋之下[8]。
白垩纪因为黏土层而著名，这个时期形成的黏土层多于显生宙的其他时期[7]。中洋脊的火山活动，或是海底火山附近的海水流动，使白垩纪的海洋富含钙，接近饱和，也使得钙质微型浮游生物的数量增加[7]。分布广泛的碳酸盐与其他沉积层，使得白垩纪的岩石纪录特别多。北美洲的著名地层组包括：加拿大亚伯达省的恐龙公园组美国堪萨斯州的海相烟山河黏土层、晚期的陆相海尔河组。其他的著名白垩纪地层包括：欧洲的威尔德（Weald），亚洲中国的热河群、蒙古的耐梅盖特组等。白垩纪末期到古新世早期，印度发生大规模火山爆发，形成现在的德干暗色岩。
巴列姆阶时期的气候出现寒冷的趋势，这个变化自侏罗纪最后一期就已开始。高纬度地区的降雪增加，而热带地区比三叠纪、侏罗纪更为潮湿[9]。但是，冰河仅出现高纬度地区的高山，而较低纬度仍可见季节性的降雪。
在巴列姆阶末期，气温开始上升，持续到白垩纪末期[10]。气温上升的原因是密集的火山爆发，制造大量的二氧化碳进入大气层中。中洋脊沿线形成许多热柱，造成海平面的上升，大陆地壳的许多地区由浅海覆盖者。位在赤道地区的特提斯洋，有助于全球暖化。在阿拉斯加州与格陵兰发现的植物化石，以及在南纬75度以南地区的白垩纪地层中发现的恐龙化石，证明白垩纪的气温相当温暖[7]。
热带地区与极区间的温度梯度平缓，原因可能是海洋的流动停滞，并造成行星风系的虚弱。分布广泛的油页岩层，以及缺氧事件，可证实海洋的流动停滞[7]。根据沉积层的研究指出，热带海温约为摄氏42度，高于现今约摄氏17度；全球的海水平均表面温度则为摄氏37度。而海洋底层温度高于目前的温度约摄氏15到20度[11][12]。
开花植物（被子植物）在白垩纪开始辐射进化，但直到坎潘阶才成为优势植物。比如榕树、悬铃木等一些大型被子植物于坎潘阶开始出现。裸子植物仍继续繁盛，例如松柏目、银杏目、苏铁目的森林[13]，而本内苏铁目在白垩纪末灭亡。而真蕨、木贼等蕨类仍然相当茂盛地生长着。
动物界里，哺乳动物还是比较小，只是陆地动物的一小部分。陆地的优势动物仍是主龙类爬行动物，尤其是恐龙，它们较之前的侏罗纪时期更为多样化。翼龙目繁盛于白垩纪时期，但它们逐渐面对鸟类辐射适应的竞争。
陆地动物的场景可能是这样的：在横跨南英格兰及比利时的威尔顿湖的岸边，禽龙和高齿龙一伙恐龙进食采得的木贼，另一面肉食型恐龙则也在接近猎物。在流过低地平野的河川里，重爪龙正捕食着鱼类。
中国辽宁省的炒米店子组发现了大量的白垩纪早期小型恐龙、鸟类、以及哺乳类。这里发现的多种手盗龙类，被视为恐龙与鸟类间的连结，其中包括数种有羽毛恐龙。
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海洋里，鳐鱼和现代鲨鱼已经基本成型，真骨鱼类开始辐射演化。海生爬行动物则包括：生存于早至中期的鱼龙类、早至晚期的蛇颈龙类、白垩纪晚期的沧龙类。
杆菊石具有笔直的甲壳，属于菊石亚纲，与造礁生物厚壳蛤同为海洋的繁盛动物。黄昏鸟目是群无法飞行的扇尾鸟类，可以在水中游泳，如同现代䴙鷉。有孔虫门的球截虫科（Globotruncanidae）与棘皮动物（例如海胆、海星）继续存活。在白垩纪，海洋中的最早硅藻（应为硅质硅藻，而非钙质硅藻）出现；生存于淡水的硅藻直到中新世才出现。对于造成生物侵蚀的海洋物种，白垩纪是这些物种的演化重要阶段。
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在马斯特里赫特期末期，曾发生大幅度的生物多样性衰退事件，时间相当于K-T界限。在灭绝事件过后，造成许多空缺的生态位，生态系统花了长时间才恢复原本的多样性[14]。
虽然白垩纪-第三纪灭绝事件造成许多物种灭绝，但不同的演化支，或是各个演化支内部，呈现出明显差异的灭绝程度。由于大气层中的微粒遮辟了阳光，减少抵达地表的太阳能，依赖光合作用的生物衰退或灭绝。在白垩纪晚期，食物链底层是由依赖光合作用的生物构成，例如浮游植物与陆地植物，如同现今的状况。证据显示，草食性动物因所依赖的植物衰退，而数量减少；同样地，顶级掠食者（例如暴龙）也接连受到影响[15]。
颗石藻（Coccolithophore）与软体动物（包括菊石亚纲、厚壳蛤、水生蜗牛、蚌），还有以上述硬壳动物维生的动物，在这次灭绝事件中灭亡，或遭受严重打击。例如，沧龙类被认为以菊石为食，这群海生爬行动物在白垩纪-第三纪灭绝事件中灭亡[16]。
杂食性、食虫性、以及食腐动物在这次灭绝事件中存活，可能因为它们的食性较多变化。白垩纪末期似乎没有完全的草食性或肉食性哺乳动物。哺乳动物与鸟类借由以昆虫、蚯蚓、蜗牛…等动物为食，而在K-T事件中存活，而这些动物则以死亡的植物与动物为食。科学家假设，这些生物以生物的有机碎屑为生，因此得以在这次植物群崩溃的灭绝事件存活[14][17][18]。
在河流生物群落中，只有少数动物灭亡；因为河流生物群落多以自陆地冲刷下来的生物有机碎屑为生，较少直接以活的植物为生[19]。海洋也有类似的状况，但较为复杂。生存在浮游带的动物，所受到的影响远比生存在海床的动物还大。生存在浮游带的动物几乎以活的浮游植物为生，而生存在海床的动物，则以生物的有机碎屑为食，或者可转换成以生物的有机碎屑为食[14]。
在这次灭绝事件存活下来的生物中，最大型的陆地动物是鳄鱼与离龙目，是半水生动物，并可以生物碎屑为生。现代鳄鱼可以食腐为生，并可长达数月未进食；幼年鳄鱼的体型小，在头几年多以无脊椎动物、死亡的生物为食。这些特性可能是鳄鱼能够存活过白垩纪末灭绝事件的关键[17]，但是此灭绝事件也重创了鳄鱼的多样性[20][21]。
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