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地球表层各圈层（岩石圈、生物圈、水圈和大气圈）在白垩纪发生的巨大变化，是一次重大的地史转折，也是多圈层地质事件的集中爆发，体现了各圈层地质事件的耦合，是当今地学界研究热点之一。
在自然界，平衡是相对的，不平衡才是绝对的。热力学第二定律指出，自然界中一切自发发生的过程都是不可逆过程，因而演化过程中所经历的状态全为非平衡态，非平衡演变过程中能形成非平衡结构。再者，当受一定边界条件约束时，系统最终也达不到平衡，这种现象在自然科学乃至社会科学中都证明是普遍存在的。因此，近年来非平衡热力学和耗散结构理论已引起许多地质学家的重视，并开始应用于地质地球化学研究。
地球环境和天文环境在白垩纪时期发生了重大异常，是地球系统科学的关键与重要时期。白垩纪地球整体事件的异常现象以火山岩浆活动、地磁极性、洋脊开裂速度、巨型金属成矿、大洋缺氧、黑色岩系、巨型油气成藏、CO2等气体喷发、海水温度升高、海平面上升、天文环境等异常变化最为明显。这些事件是地球系统熵的多种表现形式，一些（火山岩浆活动、地磁极性、洋脊开裂速度）熵为正值，另外一些（巨型金属成矿、大洋缺氧、黑色岩系、巨型油气成藏、CO2等气体喷发、海水温度升高、海平面上升）熵为负值，从而使地球系统的总熵变发生变化，造就了在地球发展过程中时空上的相对有序状态（图2.9）。
在100～90 Ma期间古温度变化出现高峰，同时海平面升高150 m。地球的排气异常在白垩纪尤为明显，当时大气中CO2浓度是现在的7倍以上。地球转速从白垩纪至今表现为明显下降。这些异常事件是地球系统内各圈层相互耦合的产物，事件相互之间不是孤立的，单个事件引起的全球变化对其他事件起着明显的正或负反馈机制作用。地球通过异常的排气作用获得负熵，而温度达到最大值和海平面升高150 m是地球能量释放的结果，这正是耗散结构的具体表现。
图2.9 白垩纪若干重大地质事件的地球系统熵的分布和过程
地磁异常变化主要表现为121 ～83 Ma出现的地磁极性正向超期，地磁正极性强度与热幔柱活动呈正相关，与地球气候也呈正相关。黑色岩系发育的可能时间为175Ma，120～100Ma，90Ma，80Ma，它显示了一个缺氧的生成环境。岩浆岩活动在白垩纪出现一个峰值，其中以132Ma最为强烈。大洋洋脊开裂速度在139Ma，97Ma，90Ma有大幅度变化，大约增加1倍。第三代全球洋底磁条带图的研究揭示了地表三大洋洋底在距今大约160Ma，139Ma和97Ma发生过重大裂解事件。这些事件与太阳系在远银心点（140Ma）相对应。上述异常事件在时间上的一致性显示了白垩纪异常事件的地球整体行为。在白垩纪岩浆岩活动异常强烈和大洋洋脊开裂速度大幅度增加是由超过一定强度的能量流和物质流造成的，而这些高强度的不可逆流是由不稳定能量积累后释放形成的。耗散流的驱动力是不可逆力，即它们共轭场的梯度。当这些梯度在机械力约束下增加到足够大（阈值）时，它们就会冲破机械力约束，产生异常大的能量流和物质流，给地球带来的正是这些异常大的耗散流（耗散过程）。
白垩纪古气候系统是包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈所构成的结构复杂、层次繁多、极端敏感的非线性耦合系统，在这个开放的系统中，存在着一系列复杂的非线性过程，从而形成了不同时间尺度、空间尺度的气候变化，古气候演变的非平衡性、多尺度性、突变性正是其非线性本质的表现。在深入研究古气候各子系统变化的物理特征和物理过程的基础上，探讨古气候变化的动力机制，是未来研究的重点发展方向。重大地质事件与全球过去气候变化关系密切，有的直接表现为气候事件，是剖析古气候非线性系统的关键。系统、深入地开展事件与气候关系的研究，将有利于我们对过去变化过程的整体把握。
（1）海底火山事件
在白垩纪时期发生了大规模海底火山事件，大洋中脊洋壳生产速率的增加和大洋板块内大火成岩省的出现是主要的证据，超级地幔柱发育时期被认为出现在白垩纪中期。
大量CO2进入大气圈是火山活动的一个最主要结果，大气圈CO2大规模增加将直接导致全球气候变暖，已经被大量的海洋氧同位素纪录所证实。气候变暖反过来又降低海水中CO2溶解度，使得海水中的更多CO2进入大气圈。这一正反馈机制进一步促进气候更加变暖。同时海底火山作用还将持续地释放大量的CO2并排入海洋中，从而导致了海水酸化，使得碳酸盐类溶解并释放大量CO2进入大气圈，促使了气候进一步变暖。
海平面的升高是大量海底火山作用发生的另一个明显结果。熔岩流喷出到海底和热的、漂浮的地幔柱向上推举洋壳导致洋壳减薄是白垩纪在整个中新生代时期海平面最高的重要原因。大量海底火山作用的发生以及其所引起的海平面上升、全球气候变暖将直接导致全球温度升高、营养组分的增加，从而加快生物系统演化的速度。
海底火山作用的发生和演化是一个动力学过程，为了阐明其机制就必须进行动力学分析。这在本质上是海底火山的非平衡定态失稳并转变耗散结构的条件与机制问题。海底火山事件是地球系统熵产生的表现形式，它的熵为正值。大量的CO2进入大气圈和海平面的升高活动是海底火山作用造成的，是熵流的表现形式，它们的熵为负值。
（2）大洋缺氧事件
大量碳的埋藏导致大气中CO2含量降低和海底水体中氧含量降低，造成大量生物绝灭等事件被称为大洋缺氧事件（OAE）。大部分大洋缺氧事件被认为是在海侵时期，被海水侵蚀的低地中的营养物质被带入到表层水，从而使表层水营养物质的生产力增加；或者大陆径流的增加使表层水营养物质的生产力增加和碳从表层水中分离，这些分离出来的碳保存在富有机质的沉积物黑色页岩中。
大洋缺氧事件因其与全球碳循环、气候和海洋变化紧密相关，以及其沉积物——黑色页岩是重要烃源岩的事实。其特征为富含有机质的黑色页岩，有机碳含量最高可达30%；碳同位素正偏，海洋碳酸盐δ13 C正偏2‰，有机质δ13 C正偏4‰；海洋微体生物发生不同程度的更替和绝灭。
在白垩纪的Aptian早期，碳同位素δ13 C出现负偏移，这是由于温度升高导致大规模的天然气水合物大量排放到空气中并被快速氧化从而造成同期生物圈同位素负偏。
大规模的气体水合物从海洋沉积物中开始排放到水中，不断溶解并在水中持续被氧化，就要消耗掉大量的溶解氧，从而造成大洋水体缺氧，促进缺氧条件的形成。一旦海水中的甲烷溶解度达到饱和之后，甲烷将被释放到大气中，被快速氧化并转换成CO2，促进气候变暖和导致大气O2含量的快速降低。由于有机质短期内大量被埋藏，势必影响到全球碳循环，导致有机质不能被氧化，碳没有直接返回到大气中，继而引起大气CO2含量降低，促使温室效应的减弱。大洋缺氧事件是地球熵流的表现形式，由它产生的各种现象（如同位素负偏和黑色岩系等）的熵为负值。
大洋缺氧事件发生是地球物质参与各种地球化学作用，始终在运动之中，将同位素的共生组合、赋存状态和分散状态分别看作是特定条件下开放地球化学系统所处的非平衡定态的质和量，而将集中状态和共生组合、赋存状态的相应变化视为系统的局域扰动触发定态失稳的结果。因而可以应用开放系统非平衡定态稳定性对于扰动的动力学响应的理论，对系统物质的质量和数量作动力学分析。
（3）超静磁带事件
在白垩纪期间，地球磁场很长时间维持正极性（即与现在的地球磁场极性相同），被称之为白垩纪超静磁带（CNS）。古地磁学家从不同角度对CNS进行了研究，确定了CNS持续时间近40Ma（121～83Ma）。地球磁场在这么长的时间里没有发生倒转引起了科学家的广泛关注。超静磁带事件是地球熵产生的表现形式。
起因于地幔对流的热通量横向变化可以控制地核内流体运动状态，并足以产生现今观测到的地磁变化，进而影响地磁极性倒转频率。地磁极性倒转周期与地幔对流时间尺度的一致性可能说明了前者受到后者的调制作用，这正是白垩纪超静磁带出现的原因。
有学者认为中生代以来地磁极性倒转频率的变化与地球磁场强度的变化之间存在负相关性。这可能意味着核幔相互作用和外核流体运动处于低能态时，地球磁场的稳定性增强。根据地磁极性倒转活跃期与平静期的差别，认为超静磁带与大地幔柱和强地磁活动相伴随；地磁极性倒转频率较低的时代与低地幔热通量相关；稳定的发电机过程（不发生倒转）需要地幔的高热通量存在。白垩纪超静磁带的发生，可能表明核幔相互作用和外核流体运动处于能量最低的状态。另外，有关地质证据表明，在121 ～83 Ma期间，无直径超过1 km的外星体撞击地球引起地磁极性倒转，这可能是白垩纪超静磁带出现的原因之一。
在地球发展历史中，地磁极曾发生了多次随机倒转，其间的时间间隔不尽相同。混沌运动的自逆转特性可以很好地模拟地球磁场的随机倒转。应用耗散结构与混沌理论解决地磁极随机倒转是一条非常有希望的途径。例如力武常次发电机模型产生了随机极性倒转的结果，它与地磁极倒转之间存在极为密切的相似之处。这能看成是一个证据，证明地核中的发电机运动方式是混沌的，即地球磁场的倒转具有混沌性质。但力武常次发电机模型不能确定何时出现极性倒转以及出现极性倒转维持的时间长度。
地球磁场产生于地球外核的流体运动，核与幔之间的耦合会影响外核流体运动以及D″层的物理和化学状态，从而影响地核发电过程。地球磁场系统通过不断地与外界交换物质和能量，维持一种空间或时间的相对有序结构。这种结构系统的发生为能量耗散所致。
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