白垩纪—古近纪灭绝事件是发生在约6600万年前的一场全球性灭绝危机，标志着白垩纪与古近纪的分界，也是中生代与新生代的分界线。据估计，地球上四分之三的物种在此次事件中消失，包括所有非鸟类恐龙、菊石、翼龙以及多个海洋爬行类类群。鸟类幸免于难，哺乳动物、鳄类、龟鳖类以及许多其他谱系的代表生物也得以幸存，不过不同类群和地区的存活情况差异巨大。
该事件的主要诱因是一颗大型小行星撞击了位于现今墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯。撞击将大量物质抛入地球大气层，造成急剧的环境剧变、长期的黑暗与降温，并导致光合作用大幅受阻。这些变化破坏了陆地与海洋食物网的稳定性。当时现今印度境内的德干暗色岩发生的大规模火山喷发，也改变了这一时期的环境条件；火山喷发对灭绝及随后的生态恢复产生了何种影响，目前仍是一个活跃的研究课题。
此次事件是生物多样性历史上记录最为详尽的重大危机之一。其在全球留下的地质印记，让研究人员得以将一场突如其来的物理扰动与生物消亡及随后生态系统的重建直接联系起来。灭绝事件的后续影响彻底改变了生命进化的历程，为幸存的哺乳动物、鸟类及其他生物创造了生态机遇，同时也留下了在不同生境和时间尺度上表现各异的复苏记录。
地质年代、术语与界线定义
白垩纪—古近纪灭绝事件发生在大约6600万年前，位于白垩纪最晚期的马斯特里赫特期与古近纪最早期的丹麦期之间的界线上。这一界线同时也划分了中生代与新生代。这些划分既描述了地质时间，也指代相应的岩石记录：当指代时间时，马斯特里赫特与丹麦是“期”（ages）；而指代地层实体时，它们则是“阶”（stages）。随着测年技术的进步，测得的界线数值年龄可以不断精确，但这并不会改变正式定义该界线的物理参考点。
缩写 K–Pg 结合了白垩纪的传统地质符号 K（源自德语 Kreide，意为“白垩”）与代表古近纪的 Pg。较早使用的缩写 K–T 代表白垩纪—第三纪（Cretaceous–Tertiary），在早期的历史文献中仍十分常见。“第三纪”过去指白垩纪之后、第四纪之前的时间间隔，涵盖了如今的古近纪与新近纪。现代国际地层分类已分别确立这两个纪，而不再保留第三纪作为正式的纪级单位。因此，“白垩纪—古近纪”是界线术语的首选正式名称；名称的更替指代的依然是同一次灭绝事件。
该界线的全球界线层型剖面和点位（即国际公认的物理参考标准，通称“金钉子”）位于突尼斯西北部的埃尔卡夫（El Kef）。该点位在1991年获准确立，正式定义了丹麦阶的底界，同时也标志着古近系与新生界的底界。在海相沉积层序中，该参考点位于覆盖在马斯特里赫特期泥灰岩之上的界线黏土层底界。该剖面不仅记录了微体化石组合的突变，还保存了与撞击沉降物相关的铱异常。其他剖面通过若干独立的标志层与该参考点进行对比；其沉积厚度或岩石类型并不要求与标准剖面完全一致。在地层学中，界线是岩石层序中的一个特定位置，而非某种规定厚度的“灭绝沉积层”。
正式定义的界线还必须与生物灭绝过程的持续时间区分开来。将界线划定在某一特定层面上，并不意味着所有受影响的种群都在那一瞬间灭绝。化石记录反映生物的存在，但这一记录会受到保存条件、沉积物堆积过程和采样偏差等多重过滤。反之，在界线上方发现的单具化石，也可能是从更古老的地层中被剥蚀并重新沉积而来的。因此，确定生物绝灭的时间需要将化石分布与独立确认的界线标志进行对比，而不是将每个化石的最晚产出记录简单视作该类群确切的灭亡时刻。
学界通过多种互补的方法来测定界线的年龄并在全球不同区域间进行对比。放射性测年通过测定合适矿物中的放射性衰变来定年，尤其是产于含界线层序中的火山灰层中的矿物。长石的氩—氩测年和锆石的铀—铅测年能够提供数值年龄；即使界线沉积物本身无法直接测年，位于界线上下的火山灰层也可以将其年龄限定在一个区间内。磁性地层学用于识别岩石中记录的地球磁极性倒转：K–Pg 界线位于反极性时 C29r 内部，因此地磁极性记录提供的是年代地层背景，而非唯一的界线标志。化石生物地层对比（尤其是利用浮游有孔虫和钙质超微浮游生物）为海相沉积提供了更高的分辨率。数值年龄具有测量不确定度，这些不确定度源于分析精度、衰变常数、校准标准，以及测年矿物与所测定事件之间的地质关系。因此，“6600万年前”是一个约数，并不代表对其绝对确切年代的断言。
大灭绝前的地球及其生态系统
在约6800万至6600万年前的马斯特里赫特期晚期，各大陆的轮廓已清晰可辨，但其相连格局和海岸线与现今大不相同。大西洋比现在更狭窄，南美洲与非洲已经分离，而印度则是一个向北朝亚洲漂移的岛屿大陆。欧洲大部分由浅海分隔的岛屿组成，澳大利亚与南极洲仍相连在一起。高海平面淹没了大陆内陆，不过这些生境的范围相较于白垩纪中期最大盛期已有所收缩。在北美洲，曾经连通北极水域与墨西哥湾的西部内陆海道已大幅退缩，裸露出新的滨海平原。未来的希克苏鲁伯撞击点位于尤卡坦半岛北缘的热带浅海碳酸盐岩台上，部分位于如今的墨西哥湾水下。德干火山省覆盖了向北移动的印度陆块的一部分，其保留下来的熔岩区集中在现今的印度西部和中部。
晚白垩世呈现出温室效应气候，高纬度地区更为温暖，赤道与两极之间的温差也小于现代。尽管极地纬度面临漫长的极夜，当地依然生长着森林；且没有证据表明当时存在可与现代南极洲和格陵兰岛相比拟的持久性大陆冰盖。尽管如此，气候条件仍因纬度、海拔、洋流循环及距海岸的距离而大相径庭。热带海洋温暖，而高纬度环境则明显更凉爽且季节分明。马斯特里赫特期总体上比白垩纪中期的极度温热时期要凉爽，但并非持续降温的过程：海洋地球化学记录显示存在多次变暖与变冷事件，包括该期晚期的升温阶段。海平面变化屡次改变海岸线的位置，进而改变了滨海湿地、内陆低地和浅海陆架的范围。这些变化发生的时间跨度，远长于地层界线处那场突如其来的剧烈震荡。
在陆地上，非鸟恐龙占据了许多大型植食动物和大型捕食动物的生态位，但不同大陆之间的生物群落存在差异。北美洲西部的地狱溪组沉积于约6700万至6600万年前，保存了河道、泛滥平原和森林环境，这里曾栖息着三角龙属（Triceratops）、埃德蒙顿龙属（Edmontosaurus）和霸王龙属（Tyrannosaurus）。南方大陆则维系着不同的群落组合，通常包含丰富的泰坦巨龙类蜥脚类恐龙以及阿贝力龙科捕食者。在白垩纪早期就已发生显著多样化演度的被子植物在许多低地植物区系中占据主导地位；松柏类、蕨类及其他植物类群也依然十分重要。这些景观不同于现代的草地生态系统。树叶、花粉和木化石记录了在水系分布、环境扰动与区域气候共同塑造下形成的斑块镶嵌植被。
鸟类当时已包含多个演化谱系，其中包括反鸟类以及如黄昏鸟类等具齿的潜水鸟类。与最大的恐龙相比，哺乳动物体型通常较小，但它们既非千篇一律地以昆虫为食，在生态学上也各不相同：多瘤齿兽类演化出了特化的咀嚼牙齿，而其他类群则分别适应了食虫、捕食与杂食等不同食性。鳄类近亲、龟鳖类、蜥蜴、蛇类、两栖动物及淡水鱼类，构成了极为丰富的脊椎动物多样性。昆虫则扮演着植食者、捕食者、分解者和传粉者的角色。化石树叶上保存有潜叶痕、虫瘿以及特征性的取食损伤，记录了昆虫与植物之间高度特化的相互作用。
海洋生态系统中同样兼具现代常见的类群与现已无存活代表的生物。菊石占据了多样的海洋环境，而沧龙类、蛇颈龙类、鲨鱼及大型鱼类构成了顶级捕食者群落的一部分。在一些温暖浅海中，固着蛤类双壳纲构建了广阔的碳酸盐岩堆积，尽管在分界线之前其分布与丰度已在区域层面上发生了变化。浮游有孔虫和钙质超微浮游生物是大洋群落的重要组成部分；它们的钙质外壳促成了广布的碳酸盐沉积。包括甲藻和硅藻在内的其他微型自养生物也维系着海洋食物网。这些生物组合的区域性变化记录了温度、环流、营养物质供应和海平面的变动。这些变动并不足以证明大灭绝紧邻的前夕发生过统一的全球性生态衰退：必须将长期的环境变化与界线前夕生物群落的实际状况区分开来。
撞击假说的发展
19世纪及20世纪初的化石研究表明，菊石和非鸟翼类恐龙等典型的白垩纪动物，在更为人所熟知的新生代生物群出现之前便已消失。要解释这些灭绝现象比单纯确认它们更为困难：不完整的化石序列可能会使原本突发的灭绝过程看似渐进，而海洋与陆地记录之间的地层对比也存在不确定性。当时提出的假说包括气候恶化、浅陆表海退缩以及火山活动等。在地外成因假说中，亦有一些观点先于后来的小行星撞击假说出现。1956年，奥托·辛德沃尔夫提出邻近超新星爆发产生的辐射可能导致了大灭绝；随后其他研究人员也探讨了类似的天文扰动。然而，这类假说在界线处均缺乏独一无二的地质标识。
决定性的转折源于对意大利古比奥附近界线黏土层的测定。地质学家沃尔特·阿尔瓦雷茨与物理学家路易斯·阿尔瓦雷茨最初试图通过测定黏土中的铱含量来评估其沉积速率，将地外尘埃的持续沉降作为一种潜在的“时钟”。然而，核化学家弗兰克·阿萨罗和海伦·米歇尔的测定结果却出人意料地显示，铱元素出现了显著富集；这种元素在地球地壳中极为罕见，但在陨石中相对丰沛。在1980年发表于《科学》期刊的论文中，这四位研究者报告了在意大利、丹麦和新西兰发现的界线层反常高浓度铱，并提出了直径约10公里的小行星撞击地球的假说。他们的解释将这一可测量的全球性化学异常与物理机制联系起来：撞击产生并散布于大气层中的物质阻挡了阳光并抑制了光合作用，从而破坏了食物链。
该假说最初缺乏一个年代与规模均相符的已知撞击坑。此外，关于铱异常的证据也需排除其他可能的解释，包括火山喷发成因以及罕见的沉积富集过程。20世纪80年代，冲击石英、与撞击有关的微球粒以及更多富铱界线层的发现，进一步巩固了撞击成因的解释。含有特征性面状变形特征的石英尤为重要，因为它表明存在极高的冲击压力，而非普通的沉积作用或火山灰沉积。与此同时，古生物学家着手调查生物灭绝是否足够突发且与界线沉积物紧密相关。这些研究将化学异常与一段短暂的地质事件联系在一起，而不仅是漫长环境变化期的一部分。
希克苏鲁伯撞击构造的确认在一定程度上是独立于这些研究发展起来的。1978年，地球物理学家格伦·彭菲尔德和安东尼奥·卡马戈在分析墨西哥国家石油公司采集的数据时，在尤卡坦半岛北部及其邻近海域下方识别出一个巨大的环形结构。磁异常与重力异常均表明这是一个撞击构造，他们于1981年的地球物理学会议上报告了这一解释。然而，这一发现与灭绝假说之间的关联在此后数年间仍未确立。直到1991年，艾伦·希尔德布兰德与其包括彭菲尔德和卡马戈在内的同事发表了相关证据，确认希克苏鲁伯为界线时期的候选撞击坑。它的地理位置还合理解释了墨西哥湾和加勒比海周边格外厚实的撞击相关沉积物。对石油勘探井取样物质的研究则提供了冲击变质和撞击熔融的证据。
该假说的广泛获采并非仅仅依赖铱证据，而是来自多项独立观测的相互印证：巨大的撞击坑、诊断性的冲击特征、分布广泛的喷出物、突发的生物灭绝，以及日益精确的定年结果。1992年，氩同位素定年将希克苏鲁伯熔融岩与界线附近的撞击玻璃联系在一起；随后放射性定年技术的改进进一步锁定了二者的时间吻合性。保罗·伦尼及其同事在2013年的一项研究表明，撞击与灭绝发生的时间间隔在约3.2万年以内，已落在其定年框架的分辨率极限之内。2010年，由彼得·舒尔特领衔、41位研究人员参与的综述性研究得出结论：希克苏鲁伯撞击引发了此次大灭绝。但这一结论并未敲定假说中提出的每一个具体效应：粉尘、硫气溶胶、烟尘、热辐射以及海洋扰动的相对作用仍是各自独立的研究课题，同期德干暗色岩火山活动的影响亦有待进一步探讨。
希克苏鲁伯撞击坑与撞击的地质证据
希克苏鲁伯构造位于尤卡坦半岛北部及其毗邻的墨西哥湾下方，被较年轻的沉积物所掩埋，而非裸露的开阔洼地。其直径约为180千米，是一座具有同心断层和显著内部峰环（直径约80至90千米）的复杂撞击坑。重力测量显示出一个宽阔、大致呈圆形的异常带，这是由地下岩石密度差异造成的；反射地震剖面则呈现出错位的沉积层、撞击坑盆地及其环状构造。这些地球物理观测确立了其几何形态，而钻探则提供了受撞击变形及熔融岩石的直接证据。该撞击坑的最终尺寸不应与塌陷前规模较小、存在时间短暂的开掘空腔相混淆。
2016年，国际大洋发现计划与国际大陆科学钻探计划联合开展的第364航次对近海峰环进行了钻探，深度达到海底以下约1335米。在撞击后沉积物和撞击生成的沉积物之下，岩芯取到了含有冲击变形特征的破碎花岗质基底。其所在位置支持了相关模型，即深埋地壳在撞击坑开掘过程中抬升，随后向外塌陷形成峰环。岩芯还采得撞击熔融岩与苏维特石（suevite，一种含有岩石碎屑和撞击熔融颗粒的角砾岩）。这些物质记录了撞击坑形成过程中的熔融、破碎、搬运与沉积，而非普通的沉积作用或火山建造。
希克苏鲁伯与灭绝界线之间的联系建立在地理分布广泛且相互印证的多重证据之上。界线沉积物含有异常高浓度的铱，这种元素在地球地壳中极为稀缺，但在许多陨石中却相对丰富。沉积物中还含有冲击石英，其微观的平面变形特征记录了远超正常沉积过程所能产生的压力。微小的小球粒则是撞击熔滴的代表，埋藏后通常蚀变为粘土矿物。这些物质与其他撞击抛射物一同出现在沉积层中，其厚度与粒径通常向墨西哥湾区域逐渐增厚且变粗。仅凭铱富集无法确定撞击坑的位置，而单纯的浑圆颗粒也无法证实撞击的存在；它们在层位上与特征性的冲击构造及撞击衍生材料相结合，使得整体证据链坚实有力。在第364航次岩芯中识别出的富铱层段，进一步将该撞击坑的沉积记录与全球界线层联系了起来。
通常估计撞击体的直径约为10至15千米，但这是推算重建的结果而非直接测量。相关计算利用了撞击坑尺寸、目标岩性属性以及撞击比例定律；对撞击速度、密度和轨迹的不同假设，会得出不同的撞击体尺寸与动能组合。模拟中常采用接近每秒20千米的速度，但这并非独立测得的数据。2020年发表的三维模拟表明，与水平面呈约45至60度的撞击轨迹能最好地再现观察到的撞击坑不对称特征，不过这一推断角度仍取决于所选模型。地球化学证据倾向于认为撞击体类似于碳质球粒陨石，包括2024年发表的钌同位素研究结果；这类证据限定了撞击体的大致组分亲和性，而非指认了具体的母体小行星。
在墨西哥湾周边，该事件形成的沉积层远比遥远区域较薄的沉降层更为深厚和复杂。坑内层序包括撞击熔融物和角砾岩，其上覆盖着海水倒灌回盆地时沉积的物质。沿海及深水剖面中夹杂着抛射物、受侵蚀的沉积物、粒序层和沉积物重力流沉积。海啸巨浪、地震引发的斜坡失稳以及反复的再活化搬运都可能参与其中，因此并非所有较厚的界线地层都能单一地作为海啸的指示。发生再改造的化石或抛射物也可能出现在高于其原始沉积层位的位置。要将这些局部搬运的沉积物与全球扩散的大气沉降物区分开来，需要综合依据沉积构造、粒度变化趋势、地层背景以及地球化学比对。
从撞击到全球环境崩溃
撞击发生后的数秒内，冲击波压缩并加热了撞击体和靶岩，导致两者部分熔化或气化。膨胀的羽流将蒸气、熔滴和碎岩带入大气层上方，而撞击开掘出的瞬变空腔随后塌陷形成希克苏鲁伯构造。在接下来的数分钟内，喷射物扩散至周边区域；地震波扰动了沉积物和斜坡，海水的剧烈置换则引发了海啸。回流的海水将碎屑冲回陨石坑，钻探作业在坑内采集到了约130米厚在撞击发生第一天内沉积下来的撞击相关沉积物。这些过程重创了墨西哥湾地区，但仅凭冲击波破坏与海啸淹没无法解释遥远大陆及整个大洋中的灭绝现象。在全球尺度上发挥毁灭作用的关键，在于被注入大气层中的物质。
撞击点的地质条件在极大程度上影响了这一大气负荷。在结晶基底之上覆盖着厚沉积岩层，其中包含碳酸盐岩和富含硫酸盐的蒸发岩（包括硬石膏）。冲击加热从硫酸盐中释放出含硫气体，并从碳酸盐中释放出二氧化碳，尽管实际进入大气的总量取决于气化程度、化学反应以及随后的凝结或重组过程。粉碎的岩石产生了矿物粉尘，有机物的燃烧则产生了烟尘。对这些排放量的估算差异很大，因为这需要重构靶岩成分、撞击条件以及被抛升至足够高处以避免迅速沉降清除的物质比例。因此，造成的环境后果不仅取决于撞击能量，还取决于小行星撞击了怎样的地层。
当悬浮颗粒物削弱入射太阳光时，可能会引发撞击冬季。粉尘、硫酸盐气溶胶和烟尘各自的性状不同，并未形成单一均质的大气遮蔽层。粗颗粒粉尘沉降相对较快，而细微颗粒能在高空滞留更长时间。含硫气体经化学转化生成散射阳光的硫酸盐气溶胶；它们的气候效应取决于颗粒粒径增长、大气环流和清除机制。烟尘则吸收太阳辐射，在加热大气层自身的同时削弱了到达地表的日光照射。物质被注入平流层进一步延长了这些效应，因为平流层中的颗粒不像低层大气中的颗粒那样容易被降雨冲刷清除。
光照减弱在导致地表降温的同时也抑制了光合作用，破坏了陆生植被与海洋初级生产。食物短缺随后可在食物网中层层传导，即使逃过最初物理破坏的生物也无法幸免。2023年由塞姆·贝尔克·塞内尔（Cem Berk Senel）主导的一项模拟研究利用了来自北达科他州边界沉积物中的细硅酸盐粉尘测量数据（包含粒径约0.8至8微米的颗粒）。其模拟表明，粉尘可在大气中停留约15年，引发高达约15 °C的全球平均地表降温，并导致光合作用停滞近两年之久。这些估算依赖于具体模型，而非对撞击后全球实际状况的直接测量；它们展示了关于颗粒粒径的假设如何改变粉尘相对于硫和烟尘重要性的推论。
其他环境压力还在不同的地理和时间尺度上发挥着作用。重返大气层的喷射物向地面辐射热量，有可能引燃植被，但这一热脉冲的强度以及同期野火的范围仍存争议。木炭和烟尘证实了燃烧事件的存在，但不能证明所有森林都被焚毁；部分烟尘也可能源自靶岩本身的有机物质。含硫和含氮化合物可产生酸沉降。表层海水化学性质快速改变（硼同位素证据显示其酸碱度下降）给海洋生物带来了额外压力，尽管海洋酸化的程度因洋流循环、缓冲作用和生物活动而异。
大气的昏暗是暂时的：重力沉降、化学转化和降水逐渐清除了颗粒物。然而，光照的恢复并没有立刻使生态系统或海洋生物地球化学恢复如初。光合作用、分解作用和海洋碳输出的改变，使碳循环受到的影响超出了最初大气扰动的存续时间。二氧化碳在大气中的滞留时间也长于大多数遮光颗粒，使得其增温效应在其遮光降温效应消退后继续存在；其影响还必须与同期的火山喷发释放物区分开来。因此，局地的灼热、区域性的洪泛、长期的黑暗、降温以及化学环境破坏交织在一起，但它们在不同区域的作用强度和持续时间并不相同。
德干火山活动与其他环境影响
德干玄武岩是一个主要由现今印度西部和中部的反复溢流玄武岩喷发所形成的大火成岩省。现存的火山岩覆盖了约50万平方公里的面积；由于侵蚀作用和沉积掩埋剥蚀或遮盖了部分岩省，其最初的分布范围更为广阔。熔岩主体层序的大部分形成于约6640万至6550万年前，跨越了约6600万年前的灭绝界线。单次喷发形成了广袤的熔岩被，局部被风化面和沉积层相隔开。这种间歇式的形成过程在环境层面至关重要：喷发的影响取决于其间隔时间和持续期，而不仅仅是玄武岩的最终厚度。
火山喷发释放的二氧化碳和二氧化硫会产生截然不同、甚至相互对立的气候效应。二氧化碳增强温室效应，随着海洋与地质碳循环重新分配和移除新增的碳，这种气候扰动可能会持续数千年至数十万年。二氧化硫则会形成硫酸盐气溶胶，散射太阳辐射并致使地表降温。平流层单次注入气溶胶的作用时间通常只有数年，而非地质尺度的时间跨度，但间隔紧密的多次喷发能够使这种降温效应不断延续。对大气产生的影响取决于气体含量、喷发强度、注入高度及所处纬度。因此，熔岩体积并不能完美衡量气候强迫：岩浆在喷发前或滞留于地下时即可释放气体，且不同批次的岩浆所含的挥发分浓度也各不相同。
高分辨率放射性同位素测年证实，德干火山活动的主要阶段在界线前后均有发生，但已发表的年代学成果在其具体节奏上存在分歧。2019年，布莱尔·舍内（Blair Schoene）及其团队利用熔岩流之间含锆石层位的铀-铅测年结果，推断出四个大规模喷发期，其中一个喷发期始于灭绝事件发生前数万年。考特尼·斯普雷恩（Courtney Sprain）等人则通过火山矿物的氩-氩测年，重构了界线附近的喷发节奏转变，并估计所采样的熔岩体积中约有四分之三是在界线之后就位的。这些方法测定的材料不同，在采样层位之间进行插值推算时所需的假设也各不相同。二者都无法直接测量气体释放的时间或数量，因此熔岩就位的明显峰值并不一定与最强烈的大气扰动相吻合。
马斯特里赫特期晚期的变暖为撞击发生前的环境变化提供了证据。海洋温度记录显示，在界线前数十万年开始的一个时期内，海水温度上升了约2至4 °C，这通常与德干火山的碳排放有关；各记录所显示的变暖幅度和时间节点有所不同。因此，在灭绝事件发生前，火山活动可能已经改变了栖息环境或带来了额外的生理压力，而后期的排放则可能影响了古新世早期的气候与生态恢复。尽管如此，集中出现在撞击标志界线处的物种骤然消亡，并不符合灭绝紧随熔岩累积喷出量而发生这一简单模型。平切利·赫尔（Pincelli Hull）及其团队在2020年综合了温度记录与碳循环模型，将界线前的火山变暖与撞击引发的灭绝事件明确区分开来。关于撞击产生的地震波改变了德干岩浆运移或喷发速率的假说仍未定论：时间上的相近并不能单独确立因果激发机制。
海平面升降带来了另一种环境影响。浅海退缩改变了大陆架栖息地的面积和连通性，改变了沉积物输送，并可能影响养分循环与局地环流。然而，此类变化在地理分布上极不均匀，滨海化石层序中某些表面上的生物消失反映的是侵蚀、沉积缺失或沉积环境迁移，而非真正的生物灭绝。因此，要检验其因果关联，需要在多种地质环境中将具有独立定年的环境变化与生物灭绝记录进行对照。海退、局地气候趋势与火山活动为界线处的生态危机提供了背景，但它们在时间上的重合本身并不能证明是它们导致了全球范围内的骤发灭绝格局。
海洋中的灭绝
约6600万年前的这一地层界线标志着菊石、沧龙、蛇颈龙以及残存的固着蛤类双壳纲动物的最终消亡。这些灭绝涉及整个演化类群，而不仅仅是种群丰度或地理分布范围的缩减。菊石曾是广泛分布的海洋头足动物；沧龙和蛇颈龙包含占据不同摄食生态位的大型捕食者；而固着蛤则是特化的双壳类，在温暖浅海中建造起大范围的碳酸盐岩结构。它们的消失并不意味着所有同类型的海洋动物都荡然无存：鹦鹉螺类头足动物、许多其他双壳类、海龟、鲨鱼和辐鳍鱼类穿过了这一界线，尽管幸存下来的类群也遭受了不同程度的损失。部分固着蛤群落在界线之前就已出现衰落，使得它们在局地的消亡不如菊石在全球范围内的骤然灭绝那般突兀一致。
在微型生物中，浮游有孔虫（通常具碳酸钙外壳的单细胞生物）的更替尤为剧烈。在许多全球汇总数据中，晚白垩世浮游有孔虫物种有90%以上消失，不过具体比例取决于分类方案以及古近纪最早期的表观记录究竟代表幸存者还是再沉积化石。体型较大、具精美纹饰的类型被以体型微小、结构相对简单的物种为主的群落所取代。钙质超微浮游生物（包括颗石藻）同样损失了大约90%或更多的物种。这些生物占据着不同的生态角色：颗石藻通过光合作用直接贡献初级生产力，而浮游有孔虫则摄食其他生物，部分还容纳光合共生体。两者都向海底沉积物提供碳酸盐颗粒，因此它们的消逝不仅改变了海洋食物网，也改变了白垩和远海石灰岩的生成与堆积。
灭绝的严重程度在不同生境之间存在显著差异。热带浅海碳酸盐群落失去了固着蛤，与礁区相关的生态系统遭受重创，而其他软体动物的损失在不同区域和生态类群之间则各有不同。在开阔大洋中，浮游生物群落的崩溃波及了大型消费者的食物供应，不过具体摄食途径的重建比起带壳物种的消失要困难得多。生活在海底沉积物表面或内部的深海底栖有孔虫则形成了鲜明对比：它们的丰度和群落组成发生了显著变化，但并未出现浮游有孔虫那样规模巨大的物种灭绝。它们的持续存在表明有机质仍在源源不断地输送至深海，尽管其数量、营养品质和地理分布有所改变。因此，海底环境并非对这场危机免疫，但也没有陷入全盘性的饥荒。
碳同位素记录为生物泵（将表层海水中生物固定的碳转移至大洋深处的系列过程）的受阻提供了证据。灭绝发生前，表层栖息与深海栖息生物通常记录着不同的碳同位素组成，因为光合作用会优先吸收表层海水中的较轻碳同位素。界线之后这种表层-深层梯度急剧减弱，起初被解释为大洋几乎沦为死寂的证据。然而，梯度减弱并不唯一证明光合作用完全停滞。它也可以反映浮游生物个体大小、食物网结构、有机质循环以及沉降物质分解深度的改变。沉积记录在不同地理区域上的差异，进一步否定了单一、全球均一的生产力全面崩盘假说。
碳酸盐化学环境的变化带来了额外压力。2019年，迈克尔·亨尼汉（Michael Henehan）及其同事利用荷兰海勒姆贝赫（Geulhemmerberg）等地的有孔虫壳体硼同位素测量数据，重建了与这一界线相伴的表层海水快速酸化过程。这种pH值的下降可能不利于钙化浮游生物的生存，但具体的响应取决于生物的生理特性和局地环境条件。他们基于代用指标的模型还表明，全球生产力的降低——而非彻底消失——便足以解释灭绝后碳同位素记录的重要特征。因此，这些证据将主要碳酸盐生产者的严重损失以及碳输出受阻，与海洋生命的彻底停摆区分了开来。
陆地与淡水生境中的灭绝
所有非鸟恐龙在这一界线处悉数消失，包括马斯特里赫特期最晚期的三角龙、霸王龙、鸭嘴龙类以及较小型的兽脚类恐龙。目前没有任何确凿的古新世种群记录能证明它们幸免于难；界线之上的零星恐龙遗存可能是早期化石经侵蚀和再沉积所致。残存的翼龙类（包括大型神龙翼龙科）也同样走向灭绝。鸟类仅有一小部分演化支系幸存下来。反鸟类作为白垩纪分布广泛且解剖形态多样的鸟类群体，未留下任何已知的古近纪后代；具有牙齿的类群（如鱼鸟类和黄昏鸟类）也是如此。它们的消失表明，鸟类作为一个演化支的幸存，并不代表飞行脊椎动物普遍度过了这场危机。
哺乳动物同样遭受了惨重损失，而非大体不受影响。尼古拉斯·朗里奇及其同事在2016年的一项分析估计，在其北美数据集中，跨越该界线的哺乳动物有约93%的种和59%的属消失。这些估算仅适用于抽样的化石记录，并不代表全球范围内的哺乳动物。对蒙大拿州东北部的研究同样记录了剧烈的物种更替，包括后兽类（包含有袋类的更广泛类群）和多瘤齿兽类（一类具有特征性研磨齿的已灭绝类群）的灭绝损失。牙齿化石为这些结论提供了大量证据，使研究人员得以追踪连续地层中分类群组成及摄食适应性的变化。有鳞目（包括蜥蜴和蛇类）在北美西部也遭遇了惨重损失。然而，采集强度、沉积环境和分类学鉴定的差异使得区域间的对比变得复杂；北美西部内陆极其详尽的记录不能直接视为全球情况的普查。
植物化石记录了突发的植被扰动以及长期的组成演变。孢粉记录显示大量白垩纪被子植物分类群消失或急剧减少，而叶片化石则揭示了单凭花粉可能无法区分的损失。在北达科他州，彼得·维尔夫与柯克·约翰逊于2004年的分析估计，抽样的植物物种约有57%发生灭绝。在北美西部和新西兰的若干界线地点，蕨类孢子峰（即蕨类孢子相对于其他陆生微体化石显著激增的现象）记录了蕨类植物在遭受破坏的地貌上的蔓延扩张。这些沉积物表明既有植被被先锋群落区域性替代，而非全球同时呈现出以蕨类为主导的景观。木化石、叶片、花粉和孢子为森林遭破坏提供了互补的证据：木化石反映木本植被，而花粉和孢子即便在缺乏可辨认树干与叶片的情况下，也能反映群落的变化。
这种破坏还波及了植物与昆虫之间的相互作用关系。叶片化石保存了潜叶痕、虫瘿、刺痕及特征性的取食痕迹，使研究人员能够对比界线前后的生态相互作用。康拉德·拉班代拉、柯克·约翰逊与彼得·维尔夫于2002年对北达科他州植物群的研究，记录了昆虫破坏类型多样性的显著下降，尤其是像潜叶这样高度专化的相互关联。即使专化的破坏类型消失了，某些泛化的外部取食痕迹依然存在。由于许多昆虫化石仅通过其痕迹被间接获知，这种记录比确定具体定名昆虫物种的灭绝更为直接地证明了生态相互作用的丧失。寄主植物的更替也使分析解释变得复杂：特定潜叶痕或虫瘿的消失，可能反映了昆虫本身的灭绝、其寄主的消失，抑或仅仅是两者区域性关联的瓦解。
河流与湖泊群落与陆地生物的惨重损失形成了鲜明对比。在大平原北部的地狱溪–福特联盟地层层序中，尽管个别分类群消失、群落组成发生变化，许多淡水鱼类、龟鳖类、鳄形超目和两栖动物依然幸存。这种相对的延续性与淡水食物网获取来自沉积物及周边集水区的有机质相吻合，这种机制降低了对活体树叶或新鲜水生初级生产力的直接依赖。这种反差既不能证明淡水环境完全幸免于扰动，也不能视为普遍适用的生存法则。河道、泛滥平原池塘与湖泊在水文特征和食物供给上各不相同，其化石群落抽样自不同的生态系统；因此，宏观类群的延续与局域性的大量灭绝完全可以并存。
灭绝与存活的选择性
跨越该界线的存活具有选择性，但没有任何单一特征能够一以贯之地将幸存者与灭绝者区分开来。体型大小、食性、栖息地、地理分布和繁殖生物学特征，与生物体所经历的特定胁迫相互交织。大型陆生动物不成比例地大量消亡，这与其庞大的食物需求和通常较慢的种群更新速度相吻合。然而，小型非鸟恐龙也同样走向灭绝，伴随其后的还有许多小型鸟类和哺乳动物。因此，单凭体型无法解释这些灭绝现象。统计学关联也取决于采样的生物类群和地理区域：在北美哺乳动物中确立的规律并不一定适用于海洋无脊椎动物。合理的存活机制所需的，远不止是某个特征与在界线之上出现之间的相关性。
食物供应为某些不同栖息地之间的差异提供了机理上的解释。光合作用减弱会迅速减少活体植物原料以及依赖它们生存的猎物，而死亡有机物则能够继续维系分解作用和基于碎屑的食物网。彼得·希恩（Peter Sheehan）和大卫·法斯托夫斯基（David Fastovsky）于1992年提出了这一解释，用以阐明北美西部淡水脊椎动物相对较高的存活率。河流和湖泊从周围陆地接收有机碎屑，在新初级生产力匮乏期间，有可能维持无脊椎动物、鱼类及其捕食者的生存。许多鳄类和龟鳖类谱系的延续与这种缓冲机制相符，同时也得益于它们较低的代谢需求以及耐受长期食物短缺的能力。但这并不意味着淡水系统未受影响，也不意味着每一个幸存者都依赖碎屑为生。
避难所与生活史可以改变暴露程度，但无法消除对正常运转生态系统的依赖。洞穴、水下环境和沉积物可以保护生物免受短暂的表层扰动和极端温度的影响。休眠种子、抗逆性卵和其他休眠发育阶段能够在无需持续进食的情况下度过不利时期，前提是在储备耗尽或丧失活力之前环境条件有所改善。这些机制在生物学上是合理的，但通常缺乏直接证据表明某种跨越界线的动物究竟是通过掘洞还是休眠才得以幸存。灵活的食性同样提供了潜在优势：杂食动物可以在种子、腐肉、无脊椎动物和其他可用资源之间灵活转换。然而，大量小型哺乳动物的灭绝表明，无论体型小巧还是预想中的食性灵活，都无法确保其一定能延续下来。
鸟类的存活体现了可检验假说与已证实祖先特征之间的区别。2016年，德里克·拉森（Derek Larson）、卡莱布·布朗（Caleb Brown）和大卫·埃文斯（David Evans）提出，食种子的习性帮助现代鸟类的某些祖先在植被及相关食物链崩溃中幸存下来。母体植物死亡后，种子仍可食用，提供了一种不那么直接依赖持续光合作用的资源。他们对化石牙齿差异度的分析表明，长有牙齿的类鸟恐龙直到界线附近仍保留着多样化的取食适应特征，而非经历长期的衰退。2018年，丹尼尔·菲尔德（Daniel Field）及其同事结合森林破坏的证据与演化重建，指出以地面生活为主的祖先相较于依赖树木的鸟类更占优势。食种习性与非树栖生活是互相兼容的解释，但并非所有幸存谱系的食性或栖息地偏好都已得到确凿证实。
地理分布范围可以将风险分散到不同区域，尽管其保护作用取决于这些区域是否仍保留适宜条件。海洋无脊椎动物研究表明，在某些分类层级上，地理分布广度与存活率具有相关性；然而，一个分布广泛的属可能包含许多狭布种。因此，该属的存活可能与严重的物种丧失并存。同样的区分也适用于鸟类、哺乳动物、龟鳖类以及其他幸存类群：它们在界线之后的出现记录了特定演化分支的延续，而非每个组成物种都得以存活。繁殖率、性成熟年龄和种群规模可能也影响了灭绝风险，但对于大多数化石生物而言，这些特征难以重建，不应被视作已测定的普适性预测指标。
生态恢复与演化后果
大灭绝后的恢复在不同尺度上以截然不同的速率展开。初级生产力的恢复或掘穴动物的出现证明了生物活动的复苏，但这并不等同于灭绝前生物多样性、复杂食物网或成熟森林的重现。由少数繁盛的幸存者所主导的群落，即使其总生产力有所增加，也可能在很长时间内维持极低的物种丰富度。同样，海洋表层光合作用的恢复并不必然意味着向深水输出有机碳的过程得到重建：这一过程取决于浮游生物群落的组成、个体大小及其相互作用。因此，局部的生物重新定居可能比区域多样性和全球碳循环的完全恢复早发生数十万年甚至更久。
在陆地上，先锋植被迅速占据了森林被毁的土地。在古新世最早期的部分花粉组合中，蕨类孢子占据绝对优势，这记录的是受损土地的快速拓殖，而非森林树冠层的迅速恢复。科罗拉多州的科拉尔断崖（Corral Bluffs）地层层序为随后的区域恢复提供了异常详尽的记录。泰勒·莱森（Tyler Lyson）领衔的一项2019年研究综合了脊椎动物化石、植物化石和地质测年数据，重建了大灭绝界线后约前一百万年的演变历程。在撞击后约10万年内，哺乳动物的物种丰富度较灭绝后最早的组合翻了一番，哺乳动物的最大体型也接近了灭绝前的水平。灭绝后约30万年，随着植物多样性的上升，体型更大的哺乳动物相继出现。到大约70万年时，当地记录中已包含豆科植物，哺乳动物的体型再次增大，食性也进一步特化。其中几项转变与变暖期相重合，表明气候、植被与哺乳动物生态之间存在联系，不过仅凭时间上的吻合尚不足以确定究竟是哪种因素主导了每次转变。
非鸟恐龙及众多其他生物的消失改变了食物、生存空间及生态角色的分配。幸存的哺乳动物随之拓宽了体型和食性范围，古新世和始新世期间相继出现了日益特化的食草动物、捕食者和树栖类群。这场适应辐射并非哺乳动物的起源：哺乳动物及其若干主要分支在白垩纪便已存在。鸟类同样早在灭绝界线之前就已出现，化石和分子证据表明，现生鸟类各谱系之间的部分分化发生在灭绝之前。尽管如此，界线之后的演化辐射极大促成了现代鸟类多样性的建立。基于化石与基于分子分析对各分支分化时间的估算存在分歧；某个类群的生态扩张绝不能自动等同于其演化起源的时间。
海洋生态的恢复在地理上同样很不均衡。克里斯托弗·洛厄里（Christopher Lowery）领衔的一项2018年研究在希克苏鲁伯陨石坑最早的撞击后沉积物中发现了掘穴生物的痕迹，并在撞击后约3万年内建立起了具有生产力的海洋群落。这种在撞击点附近相对迅速的重新定居与某些偏远地点漫长的恢复过程形成了鲜明对比，表明与陨石坑的距离本身并不能决定恢复所需的时间。幸存的浮游有孔虫和钙质超微浮游生物最初形成了低多样性的组合；随后的物种形成重建了多样性，并孕育出了与马斯特里赫特期截然不同的新群落。在各海洋盆地中，营养供给、水柱结构和浮游生物生态的变化共同影响了恢复的步伐。地球化学记录表明，有机碳向深海输出受阻的持续时间远长于最初光合作用中断的时间，一些模型重建显示生物泵的重大重组耗费了上百万年的时间尺度。
生态释放并非简单地由同等替代者填补空白生态位。菊石、大型海生爬行动物和非鸟恐龙的消亡永久改变了参与海洋和陆地食物网的生物构成。幸存的谱系是在已被大灭绝、植被更替以及竞争与捕食关系改变所重塑的环境中分化发展的。它们后来的演变历程还取决于迁徙扩散、随后的气候变迁以及新建立的相互作用。因此，新生代生态系统的诞生是由一系列充满偶然性的重新定居与多样化演变交织而成的，绝非朝着现代群落必然迈进的既定进程。
化石记录的局限性与待解研究问题
化石记录对生物的采样并不均匀：化石的保存取决于埋藏条件、沉积化学环境、骨骼坚固程度以及后续的侵蚀作用，而化石采集又高度集中在易于开展工作且研究充分的地区。许多界线剖面还包含沉积间断或侵蚀面，因此表面上看似瞬间发生的生物学剧变，其背后可能隐藏着一段未被记录的地质间隙。菲利普·西格诺尔与杰尔·利普斯于1982年提出的西格诺尔—利普斯效应指出，采样不完整会导致某个物种最后被发现的化石早于其真正灭绝的时间。因此，即便若干物种是同时消失的，在化石记录中也可能呈现为相继衰落的假象。反之，侵蚀作用也可能将较古老的化石重新沉积到更年轻的沉积物中，从而造成物种在界线之后依然幸存的假象。要确证某种生物确实幸存，必须拿出证据证明化石与其赋存沉积物是同期的，而不能仅仅依据其在地质界线之上被发现。
这些问题正是有关小行星撞击前恐龙多样性争论的核心。北美西部的地狱溪组和兰斯组采样极其充分，为马斯特里赫特期晚期提供了详尽的记录，但它们无法代表各大洲或所有栖息地。局部丰度（采集到的个体数量）并不等同于区域物种丰富度，某地一种动物群被另一种取代也不一定意味着全球范围内的衰落。此外，化石统计数量还会受到裸露岩层面积、采集力度以及沉积地层所代表的环境类型的影响。因此，基于物种出现记录的分析与通过演化树估算多样化速率的研究，对撞击前恐龙多样性的长期趋势得出了截然不同的结论。统计校正和系统发育学模型有助于评估这些不同的假说，但这类方法本身也依赖于关于采样强度和演化关系的预设前提。对早期多样性格局演变的不确定性，并不能否定所有非鸟类恐龙均在界线处灭绝这一事实。
物理机制方面的主要不确定性，在于撞击产生的尘埃、硫酸盐气溶胶以及烟尘的产生量、粒径大小、大气分布与存留时间。这些性质决定了阳光被遮挡的程度，以及随之而来的降温与光合作用停滞究竟持续了多久。2023年由杰姆·伯克·塞内尔（Cem Berk Senel）主导的一项模拟研究，依据北达科他州塔尼斯遗址沉积物中测得的细硅酸盐尘埃，模拟出尘埃在大气中存留了约15年，导致全球平均地表温度下降高达约，并使光合作用受到严重抑制近两年之久。这些估算结果高度依赖模型设定，并非对全球界线环境条件的直接实测；输入的沉积物样本是否具有代表性，以及关于大气输送机制的假设，都会对结果产生重大影响。此外，硫释放量、烟尘生成量、颗粒聚集过程以及降水清除作用也是额外的不确定性来源。由于多种机制可能产生重叠的化石与地球化学信号，要将这些效应严格区分开来非常困难。
独立的观测证据有助于缩小这些不确定性的范围。2016年国际大洋发现计划与国际大陆科学钻探计划联合实施的364航次，成功获取了希克苏鲁伯撞击坑峰环的岩心，为重建撞击坑的形成过程、沉积作用及生物再殖民化提供了第一手材料。更多来自海洋与陆地的钻孔岩心，能够检验表面上各异的生态恢复历程究竟反映了真实的生态差异，还是仅仅由于沉积物缺失所致。同位素测定、沉积物成分、化石组合以及有机生物标志物，为温度、初级生产力和环境变化提供了互补的证据，尽管每种代用指标都需要校准，且在埋藏后都可能发生蚀变。放射性测年精度的提高有助于厘清撞击沉积物与火山活动阶段之间的时间关系，但必须注意区分分析精度与不同沉积剖面间地层对比的不确定性。利用物种产出定量数据库以及耦合的气候—生态系统模型，能够检验所提出的大气扰动机制是否不仅能解释全球平均状况，还能准确复现出所观测到的地理格局与灭绝的选择性。
白垩纪—古近纪灭绝事件在传统上被列为“五大”大规模灭绝之一，这一概念最初源于大卫·劳普和杰克·塞普考斯基在1982年对海洋化石多样性的分析。将该事件与二叠纪末大灭绝等危机进行对比，有助于识别涉及气候变暖或变冷、氧气可利用度、海洋化学环境以及食物网崩溃等反复出现的生态脆弱环节。但这种对比并不能证明它们具有相同的成因：异常剧烈而突发的小行星撞击，将白垩纪末灭绝事件与那些伴随长期火山活动和碳循环扰动的危机截然区分开来。与当今生物多样性丧失的对比同样能启发生态选择性以及灭绝潜在长期后果方面的研究，但两者的对比需要考虑不同的时间尺度和采样方法。现代观测能够分辨种群动态和数十年尺度的变化，而绝大多数古代记录的时间分辨率要粗糙得多，这使得灭绝速率的直接对比对所选取的时间窗口高度敏感。