地球地質歷史
地球地質歷史記錄地球地質年代上發生的重大事件。地層學家分析不同深度的岩石，進行年代測定，確認地質年代的時間。太陽星雲是太陽形成時遺留下來的一團圓盤狀塵埃和氣體。太陽誕生後，它演化並成為太陽系的其餘部分。45.4億年前，地球從太陽星雲中誕生。
因為頻繁的火山噴發和與其他天體相撞，地球早期處於熔融狀態。隨著時間的推移，地殼逐漸冷卻成固體，但內部仍然保持液體狀態。此後月球形成。月球誕生可能是小行星撞擊地球所致。釋氣和火山運動產生了原始大氣。冷凝的水蒸氣和彗星的冰使海洋形成。然而，2020年8月研究者指出，地球形成之初，就已經有足夠的水來填滿海洋。[1][2][3]
幾億年來，由於板塊運動等因素，大陸不斷地運動，形成和分裂。有時大陸合併形成超大陸。7.5億年前，已知超大陸羅迪尼亞大陸分裂，此後大陸合併，於6億至5.4億年前前形成潘諾西亞大陸。2億年前，盤古大陸分裂，形成現在的大陸。
四千萬年前至現在的地球，處於較上新世更嚴寒的大冰期。極地冰川以每四萬年至十萬年為周期，反覆融化-形成。末次冰期於約1萬年前結束。目前，地球仍處於第四紀冰河時期中。
前寒武紀
[編輯]前寒武紀（Precambrian）原稱隱生宙（Cryptozoic），是一個非正式的「超宙」（supereon），泛指所有早於寒武紀（顯生宙的第一個紀）的地質時期，始於46億年前，結束於5.41億年前，約占地球歷史的90%。冥古宙、太古宙和元古宙都屬於前寒武紀。
過去的30億年中，改變地球環境或導致生物滅絕的火山事件可能已發生10次。[4]
冥古宙
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冥古宙開始於46億年前，結束於40億年前。冥古宙時太陽系剛剛形成。地球就是從太陽周圍的吸積盤中誕生的[5]。
不過冥古宙並未獲正式承認，原因之一是那個時代沒有產生大的岩石，沒有信息載體供分析。最古老的鋯石在約44億年前產生[6][7][8]。
因火山作用和天體撞擊，早期地球處於熔融狀態。熔融狀態下的地球，密度大的親鐵元素下沉成為鐵鎳地核，比重小的親石元素上浮變成地函和地殼，更輕的液態和氣態成分，通過火山噴發形成原始的水圈和大氣圈[9]。後來，當原始大氣中水的含量逐漸增加時，地球地殼冷卻成固體。大碰撞說認為，45.3億年前，火星大小的忒伊亞撞擊地球，月球形成[10][11]。忒伊亞撞擊地球後，一部分與地球融合，剩餘的則遺留在太空。遺留在太空的物質圍繞地球旋轉，最終形成月球。最近對鉀同位素的研究證明，月球由一個較小、高能、高角動量的撞擊形成。這個撞擊也將地球劈開[12]。原始大氣層由釋氣和火山運動產生。大氣中凝結的水蒸氣和彗星的冰共同形成了海洋[13]。但是2020年8月的研究表明，地球自誕生之初就有足夠的水來形成海洋[1][2][3]。
月球上大量的撞擊坑形成於據今約41億年前-38億年前的冥古宙後期重轟炸期。據此推斷可能該時期的水星、金星、地球也存在許多撞擊坑。
太古宙
[編輯]太古宙開始於40億年前，結束於25億年前。太古宙時期的地球可能有不同的形態。在這個時期內，地殼冷卻凝固，岩石和大陸板塊開始形成。一些科學家認為，當時地球溫度比現在高，所以版塊活動更強烈，地殼物質的循環周期更短。在地函冷卻，對流減緩前，穩定的大陸難以形成。另一些人認為太古宙時次大陸岩石圈地函浮力過大，導致地殼無法俯衝下沉。太古宙形成的岩石在侵蝕作用和地殼構造運動下逐漸轉化，所以太古宙岩石缺乏。有些地理學家認為，鋯石中鋁的突然增加是板塊運動開始的標誌[14]。
與元古宙相比，太古宙的岩石（如雜砂岩、泥岩、火山沉積物、條狀鐵層等）通常沉積在深水底部，並已嚴重變質。綠岩帶是典型的太古宙地層，由重度和輕度的變質岩交錯而成。重度變質岩來自火山島弧，輕度變質岩是從鄰近島嶼侵蝕而來，堆積在弧前盆地（英語：forearc basin）的沉積物。簡單來說，綠岩帶是原始大陸合併的標誌[15]。
地球的地磁場產生於35億年前，其強度約為現如今的一半，同時期下的太陽風強度約是現如今的一百倍，受太陽風的影響，地球可能失去了更多水[16]。不過地球磁層依舊在一定程度上阻擋、減弱了太陽風對地球的影響，保護了地球的大氣層[17]。
元古宙
[編輯]元古宙開始於25億年前，結束於5.41億年前。元古宙在地層中的記錄比太古宙更全面。與太古宙岩石在深水中沉積不同，許多元古宙地層分布在淺海和內海里，分布廣闊。與太古宙相比，元古宙岩石的變質程度較低，許多岩石沒有變化[18]。對這些岩石的研究表明，元古代有大規模的造陸運動、超大陸旋迴和現代的造山運動[19]。約7.5億年前[20]，超大陸羅迪尼亞大陸開始分裂。大陸後來在6億年前至5.4億年前合併成潘諾西亞大陸[7][21]。
在元古宙，地球發生了冰期。第一次冰期在元古代開始後不久就發生。在新元古代，地球至少有4次冰期，並在7.5億到5.8億年時達到高潮，產生了多次雪球地球[22]。
顯生宙
[編輯]我們目前處在顯生宙（5.41億年前至今）。在這一時期，分裂的大陸合併成盤古大陸，盤古大陸隨後分裂、漂移形成了現今的大陸分布。顯生宙分為古生代、中生代、新生代三個時期。大多數多細胞生物在顯生宙出現。
古生代
[編輯]古生代開始於5.41億年前，結束於2.51億年前。古生代下分六個地質紀[7]，從古至今依次是寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀和二疊紀。從地質上來說，古生代開始於潘諾西亞大陸分裂後不久，全球冰河時代結束時。在古生代早期，地球上的大陸處於分裂狀態。在古生代末期，地球上的大陸合併，形成新的超大陸盤古大陸。
寒武紀
[編輯]寒武紀開始於5.41億年前，結束於4.85億年前。寒武紀是地質年代上的一個重要劃分節點[7]。寒武紀時期大陸由新元古代的超大陸潘諾西亞大陸分裂而形成。寒武紀時期因為大陸漂移，淺水域較多且分布廣。潘諾西亞大陸分裂形成勞倫大陸、波羅的大陸和西伯利亞。岡瓦納大陸開始向南極漂移。寒武紀時期泛大洋幾乎占據了整個南半球。寒武紀時期也有原特提斯洋、巨神海和漢特洋等小海洋。
奧陶紀
[編輯]奧陶紀開始於4.85億年前，寒武紀－奧陶紀滅絕事件之後，結束於4.44億年前[7]。在奧陶紀，靠南的大陸合併形成岡瓦納大陸。岡瓦納大陸在赤道附近形成，形成後逐漸向南極漂移。自潘諾西亞大陸分裂後，勞倫大陸、波羅的大陸和西伯利亞大陸處於獨立狀態。但是在奧陶紀，波羅的大陸開始向勞倫大陸漂移，導致海洋收縮。同時，阿瓦隆尼亞大陸從岡瓦納大陸中分裂出去，逐漸向北方的勞倫大陸移動。瑞亞克洋因此形成。奧陶紀末期，岡瓦納大陸接近南極點，大部分陸地已被冰雪覆蓋。
奧陶紀在奧陶紀-志留紀滅絕事件中結束，志留紀在這之後開始。根據滅絕物種的占比而言，這是地球歷史上第二大生物集群滅絕事件，規模比這大的只有二疊紀-三疊紀滅絕事件[7]。
大家普遍認為，大冰期的發生導致了滅絕事件。大冰期結束了奧陶紀長期穩定的溫室環境，改變氣候並使生物滅絕。大冰期持續的事件可能並不長。對腕足動物化石的氧同位素含量的研究表明，這次大冰期的長度在50到150萬年間[23]。滅絕事件之前，大氣中二氧化碳的含量從7000ppm下降到4400ppm，使淺海發生改變，影響到大多數生物。岡瓦納大陸向南漂移，生成許多冰蓋。在北非的上奧陶紀岩層和南美洲東北部有這些冰蓋存在的證據，說明當時這些地區處在南極。
志留紀
[編輯]志留紀開始於4.44億年前，結束於4.19億年前。志留紀是地質年代上的一個重要分割線[7]。在志留紀，岡瓦納大陸緩慢漂移到南半球高緯度地區。但有證據表明，志留紀時岡瓦納大陸的冰川比奧陶紀晚期要小。從志留紀的沉積物覆蓋奧陶紀被侵蝕的沉積物，形成不整合面可以看出，冰川的融化導致海平面上升。其他穩定的和分裂的大陸漂移到一起，形成第二個超大陸勞亞大陸。泛大洋幾乎占據了整個北半球。這一時期也有原特提斯洋、古特提斯洋、瑞亞克洋、巨神海和烏拉爾洋等小海洋。
泥盆紀
[編輯]泥盆紀開始於4.19億年前，結束於3.59億年前[7]。泥盆紀時期勞亞大陸和岡瓦納大陸互相靠近，板塊運動比較活躍。泥盆紀早期，勞倫大陸和波羅的大陸在南回歸線附近合併形成歐美大陸（又稱勞俄大陸），由於地理因素的引向，歐美大陸較為乾燥。靠近沙漠的地方形成老紅砂岩沉積層。乾旱的地區岩石富含赤鐵礦，因此顏色為紅色。在赤道附近，歐美板塊上的大陸合併成盤古大陸，形成阿巴拉契亞山脈，並在大不列顛島和斯堪地那維亞進行加里東造山運動。石炭紀時岡瓦納大陸仍然在南半球，組成現代歐亞大陸的部分除岡瓦納大陸外，其餘都在北半球。海平面在全世界都很高，許多陸地都在海平面以下。深而寬廣的泛大洋占據了地球絕大部分海洋面積，原特提斯洋、古特提斯洋、瑞亞克洋、巨神海和烏拉爾洋（由西伯利亞大陸和波羅的大陸合併產生）等小海洋也依然存在。
石炭紀
[編輯]石炭紀開始於3.59億年前，結束於2.99億年前[7]。
泥盆紀末全球海平面下降，但在石炭紀初海平面又上升回原來的水平。海平面的變化使密西西比世時，近海的碳酸鹽沉積。南極的氣溫也有所下降，岡瓦納大陸南部在整個石炭紀都處於冰河時期。但石炭紀時期的岡瓦納冰蓋，是不是泥盆紀的遺物還尚未確認。氣候變化對熱帶沒有什麼影響。在距離冰川地帶邊緣3000千米處，沼澤上的植物鬱鬱蔥蔥，並在後來演變成煤炭。石炭紀中期海平面下降，海洋生物大規模滅絕，海百合和菊石所受的影響極為嚴重。這次海平面下降使北美洲出現不整合面，並成為密西西比世和賓夕法尼亞世的分割線[24]。
石炭紀時盤古大陸逐漸形成，造山運動很活躍。此時此時岡瓦納大陸仍未分裂。勞亞大陸在今天北美洲東海岸處與岡瓦納大陸碰撞，並在現在的歐洲進行華力西造山運動，現在的北美洲進行阿萊干尼造山運動。這次碰撞使阿巴拉契亞山脈向西南方向延伸，形成瓦希塔山脈[25]。同時，東部歐亞大陸板塊與歐洲相連，形成烏拉爾山脈。在石炭紀，地球上有兩個大洋，泛大洋和古特提斯洋，而其他小海洋正在消失。瑞亞克洋由南北美洲的合併而消失，烏拉爾洋和原特提斯洋由波羅的大陸和西伯利亞大陸的合併而消失。
二疊紀
[編輯]二疊紀開始於2.99億年前，結束於2.52億年前[7]。
二疊紀時，除了東亞地區外，地球上的主要大陸合併成盤古大陸。盤古大陸橫跨赤道並向南北兩方延伸，並被唯一的大洋泛大洋包圍。古特提斯洋是在亞洲和岡瓦納之間的一個海洋。盤古大陸的形成對洋流產生了影響。此時辛梅利亞大陸從岡瓦納大陸分離，並向北逐漸漂移到勞亞大陸，使古特提斯洋逐漸縮小。在南邊，特提斯洋正在擴大，並將在整個中生代存在。超大陸產生了大陸性氣候和季風氣候，前者冷熱變化劇烈，後者有季節性的降雨。由於內陸乾旱，荒漠在盤古大陸分布較廣。
中生代
[編輯]
中生代開始於2.52億年前，結束於6600萬年前[7]。
中生代的造山運動比晚古生代溫和。然而，中生代時期盤古大陸有許多巨型裂谷。盤古大陸逐漸分裂為北方的勞亞大陸和南方的岡瓦納大陸。大陸分裂形成大陸坡。大西洋沿岸地區就有大陸坡，如美國東海岸。
三疊紀
[編輯]三疊紀開始於2.52億年前，結束於2.01億年前[7]。在三疊紀，幾乎所有的陸地集中在赤道附近，組成超大陸盤古大陸。盤古大陸像巨大的吃豆人，而由古生代的古特提斯洋演變而來的特提斯洋就像吃豆人朝東的嘴巴。地球其餘部分為泛大洋。
三疊紀時期，深海沉積物由於板塊俯衝作用而移動至隱沒帶，所以，人類對三疊紀海洋了解不多。盤古大陸在三疊紀晚期出現裂谷，但此時大陸尚未分離。三疊紀晚期的裂谷中出現了陸相沉積物，標誌盤古大陸開始解體。盤古大陸最初解體把今天美國的新澤西州與摩洛哥分離[26]。因為超大陸海岸線短，三疊紀遺留下來的海洋沉積物非常罕見。在北美洲，海洋沉積物只在西部少量暴露，但是在最先研究三疊紀的西歐，沉積物較多。因此，三疊紀的地層學主要通過小淡水湖和鹹水湖中的生物的研究得出。這一時期的生物有Lioestheria等甲殼動物和陸生脊椎動物[27]。
侏羅紀
[編輯]侏羅紀開始於2.01億年前，結束於1.45億年前[7]。在侏羅紀早期，超大陸盤古大陸分裂成北部的勞亞大陸和南部的岡瓦納大陸。北美洲和墨西哥的尤卡坦半島出現裂谷，並隨後演變成墨西哥灣。侏羅紀時期大西洋北部很狹窄，而南大西洋直到白堊紀時岡瓦納大陸分裂才形成[28]。特提斯洋消失，新特提斯盆地出現。侏羅紀氣候溫暖，沒有冰川。侏羅紀和三疊紀一樣，兩極附近沒有陸地，因此沒有大面積的冰蓋。
侏羅紀地質記錄在西歐保存完好，海洋層十分寬廣，說明當時西歐大部分處於熱帶淺海之下。西歐有著名的地質記錄公園，如英國的侏羅紀海岸世界遺產，霍爾茨馬登和索爾恩霍芬的晚侏羅世lagerstätten[29]。相比之下，北美洲的侏羅紀記錄較少，地表露出的侏羅紀遺蹟十分罕見[30]。雖然在侏羅紀晚期，聖丹斯海內海在美國和加拿大的北部平原留下海洋沉積物，但北美洲大部分沉積物為大陸沉積物，如莫里遜層沖積層。中侏羅世開始進行內華達造山運動，科迪勒拉山系北部出現大型岩磐[31]。在俄羅斯、印度、南美洲、日本、澳大拉西亞和英國也發現明顯的侏羅紀地層。
白堊紀
[編輯]
白堊紀開始於1.45億年前，結束於6600萬年前[7]。
在白堊紀期間，古生代晚期至中生代早期的超大陸，盤古大陸，完全分裂。盤古大陸分裂時大陸位置與現在不同，但在漫長的時間裡演變為現在的大陸。大西洋擴張，侏羅紀開始的造山運動在科迪勒拉山系中繼續進行，內華達造山運動之後，塞維爾和拉勒米也出現造山運動。岡瓦納大陸分裂成南美洲、澳大利亞和非洲，但此時馬達加斯加和印度仍然相連。岡瓦納大陸的裂谷演化成南大西洋和印度洋。裂谷擴張，抬升了附近巨大的海底山脈，使全球海平面上升。
在非洲北部，特提斯洋縮小。北美洲中部（西部內陸海道地區）和歐洲被淺海淹沒，在白堊紀末期重新浮出海面，並在煤層之間留下了海洋沉積物。白堊紀海侵最盛時，地球表面三分之一的陸地被淹沒[32]。白堊紀因白堊岩而出名，因為生成的白堊岩非常多，超過顯生宙的其餘時期[33]。大洋中脊活動擴大海水循環的範圍，使海水中鈣的含量增加，海洋更加飽和。因此，海洋中鈣板金藻大量繁殖[34]。白堊紀地質記錄較為完好，碳酸鹽岩和沉積岩分布廣泛。北美洲有保存完好的白堊紀地質組，如美國堪薩斯州的斯莫基山組和白堊紀晚期的地獄溪層。歐洲和中國也有類似的白堊紀地質記錄。在印度，熔岩在白堊紀末期和古新世早期形成德干暗色岩[35]。
新生代
[編輯]新生代開始於6600萬年前，白堊紀﹣古近紀滅絕事件之後，並持續至今。中生代末期，大陸分裂成今天的大陸，並逐步漂移。勞亞大陸分裂成北美洲和歐亞大陸，岡瓦納大陸分裂成南美洲、非洲、澳大利亞、南極洲和印度次大陸。印度次大陸之後與亞歐大陸相撞，形成喜馬拉雅山脈。特提斯洋關閉，形成地中海。
古近紀
[編輯]古近紀開始於6600萬年前，結束於2303萬年前[7]。古近紀是新生代的第一個紀，包括古新世、始新世和漸新世。
古新世
[編輯]古新世開始於6600萬年前，結束於5600萬年前[7]。
在許多方面，古新世只是白堊紀晚期的延續，分裂的大陸沿著今天的位置漂移。此時超大陸勞亞大陸還沒有分裂，歐洲和格陵蘭仍然相連。北美洲和亞洲通過陸橋相連，但格陵蘭已從北美洲分離[36]。拉勒米造山運動仍在繼續，北美洲西部的洛磯山脈開始形成。南北美洲為分離狀態，直至新近紀時才合併。岡瓦納大陸繼續分裂，非洲、南美洲、南極洲和澳大利亞相互分離。非洲向北部的歐洲移動，特提斯洋開始縮小。印度向亞洲移動並相撞，形成了喜馬拉雅山脈。
始新世
[編輯]
始新世開始於5600萬年前，結束於3390萬年前[7]。
始新世時期，大陸繼續朝現在的位置移動。始新世初期，澳大利亞和南極洲尚未分離。赤道洋流流向南極地區，將熱量散播到全球，使全球氣溫較高。但是4500萬年前，澳大利亞從南極洲分離。赤道暖流不再向南極洲流動，兩大洲之間的水域也逐漸變冷。南極洲氣溫開始下降，周圍的水域凍結成冰。冷水和浮冰向北移動，加強南極洲的冷卻。
北部的超大陸勞亞大陸分裂成歐洲、格陵蘭和北美洲。在北美洲，造山運動開始。又大又平的盆地隆起，形成巨大的湖泊。在歐洲，特提斯洋消失，殘餘部分形成阿爾卑斯山、地中海和北部的淺海。淺海內有許多群島。儘管北大西洋正在擴張，北美洲和歐洲的動物群仍然十分相似，似乎仍有陸地聯繫。印度繼續遠離非洲，並和亞洲相撞，進行喜馬拉雅山脈造山運動。
漸新世
[編輯]漸新世開始於3400萬年前，結束於2300萬年前[7]。在漸新世，陸地仍然朝著現今的方向漂移。
南極洲逐漸被孤立，形成永久冰帽。北美洲西部的造山運動仍在繼續。歐洲的阿爾卑斯山繼續升高。非洲板塊向北漂移到歐亞大陸板塊，使特提斯洋的殘餘部分互相分離。因此，歐洲在漸新世早期受到海侵。漸新世早期北美洲和歐洲的動物群非常相似，可能之間有一條陸橋。漸新世時期，南美洲從南極洲分離，並向北移動至北美洲。南極繞極流出現，迅速降低了大陸的氣溫。
新近紀
[編輯]新近紀開始於2300萬年前，結束於258.8萬年前[7]。新近紀是古近紀的延續，分為中新世和上新世。第四紀在新近紀結束後開始。
中新世
[編輯]中新世開始於2303萬年前，結束於533.3萬年前[7]。
在中新世，大陸繼續朝著現今的方向漂移。中新世時南美洲和北美洲的陸橋尚未接通。南美洲與太平洋接壤部分有俯衝帶，安地斯山脈上升，中美洲半島向南延伸。印度繼續與亞洲碰撞。特提斯洋繼續縮小，在1900至1200萬年前因非洲與歐亞大陸在土耳其—阿拉伯半島處相撞而消失。隨後地中海地區西部山脈抬升，全球海平面下降，使地中海暫時乾涸，引發墨西拿鹽度危機。
上新世
[編輯]上新世開始於533.3萬年前，結束於258.8萬年前[7]。在上新世，大陸繼續向今天的位置漂移。該時期大陸共漂移了180千米，距離現今的位置只有70千米。
上新世時期，巴拿馬地峽形成，南美洲與北美洲相連，使南美洲獨有的有袋類動物幾乎滅絕。巴拿馬地峽切斷了溫暖的赤道洋流，使寒冷的極地地區的水流向大西洋，大西洋開始冷卻，並影響全球氣溫。非洲和歐洲相撞形成地中海，割裂了特提斯洋的殘餘部分。海平面的變化使亞洲和阿拉斯加相連。上新世末期（258萬年前），第四紀冰河時期開始。此後，極地地區的冰川反覆融化、形成，周而復始，周期在4萬到10萬年之間。
第四紀
[編輯]第四紀開始於258.8萬年前，並持續至今[7]。第四紀是地質年代中的最新的一個紀，包括全新世和更新世。第四紀處於冰河時期，因此氣候在較冷的冰期和較暖的間冰期間不斷循環。
更新世
[編輯]更新世開始於258.8萬年前，結束於1.17萬年前[7]。大陸基本漂移到現在的位置。在整個時期，大陸的相對漂移不超過100千米。這一時期絕大多數動、植物屬種與現代相似。
全新世
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全新世開始於1.17萬年前並延續至今[7]。在全新世期間，大陸漂移不超過1千米。
第四紀冰河時期的末次冰期在約1萬年前結束[37]。冰塊融化導致海平面較全新世早期上升了35米。更新世時期在北緯40度線附近形成的冰川消融，導致在更新世晚期至今，海平面上升超過180米。海平面上升使海侵運動加劇，大片靠海的陸地被淹沒。在佛蒙特州、魁北克省、安大略省和密西根州，有很多全新世化石。有的全新世化石出現在高緯度被海侵蝕的地方，其餘的出現在湖床、洪泛區和洞穴沉積物中。低緯度海岸線附近的沉積物很少見，因為冰川融化導致海平面迅速上升。斯堪地那維亞的冰期後反彈形成波羅的海的沿岸地區，包括大部分芬蘭。新形成的陸地上升，使北歐地區有輕微的地震。在北美洲也出現了類似事件。哈德孫灣從較大的泰瑞爾洋，縮小到今天大小。
另見
[編輯]參考
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延伸閱讀
[編輯]- Stanley, Steven M. Earth system history New. New York: W. H. Freeman. 1999. ISBN 978-0-7167-3377-5.
外部連結
[編輯]- Cosmic Evolution — a detailed look at events from the origin of the universe to the present
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- Davies, Paul. "Quantum leap of life". The Guardian. 2005 Dec 20. – discusses speculation into the role of quantum systems in the origin of life
- Evolution timeline （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (uses Shockwave). Animated story of life since about 13,700,000,000 shows everything from the big bang to the formation of the Earth and the development of bacteria and other organisms to the ascent of man.
- Theory of the Earth and Abstract of the Theory of the Earth
- Paleomaps Since 600 Ma (Mollweide Projection, Longitude 0) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Paleomaps Since 600 Ma (Mollweide Projection, Longitude 180) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Ageing the Earth，In Our Time (BBC Radio 4)的《In Our Time》節目。
