Pendant le Tertiaire les espaces océanique téthysiens pas encore fermés au Crétacé supérieur vont disparaître pour laisser place à des chaînes de montagnes qui vont s'étendrent du Maroc à l'Asie du SE. Les plissements alpins vont ramener à la surface des roches de tous âges, certaines déjà affectées par d'autres phénomènes orogéniques, varisques ou cimmériens, ce qui permettra d'avoir accès à ces roches.
Ce plissement changea la face de la terre en créant des barrières faunistiques importantes, mais surtout il y eut une dégradation du climat qui se refroidit drastiquement à partir de l'Oligocène. Ceci est aussi dû à la séparation importante, alors, de l'Australie et de l'Antarctique, ce dernier continent venant se placer en position polaire. Une circulation circum antarctique d'eau froide s'installe et la glace peut commencer à s'y installer. Cependant les fluctuations du CO2 à cette époque jouent aussi un rôle prépondérant. Cette machine à refroidir le climat va lentement refroidir tous les océans de la planète, et, combiné à l'apparition des reliefs alpins en Europe et en Asie, va engendrer un cycle de glaciations de l'hémisphère nord aussi, à la fin du Tertiaire et surtout au Quaternaire.
A l'Oligocène, la chute de température moyenne en Amérique du nord côté Pacifique peut être estimé à 10°, et les écarts de température s'élargissent de 7 à 24°, un climat plus tempéré à saisons bien marquées s'installe donc sur la planète. Le niveau de la mer est aussi affecté par des variations eustatiques de très large ampleur, celle de l'Oligocène aurait pu atteindre plus de 100m de variation et doit être alors liée à une première glaciation.
A partir du Miocène, la détérioration du climat dans l'hémisphère nord va empêcher la migration de bien des mammifères à travers le détroit de Béring. La situation s'aggravera définitivement au Pléistocène, et seules des formes adaptées au froid continueront de transiter entre Amérique et Asie, y compris l'homme.
Les mammifères primitifs comme l'échidné et l'ornithorynque d'Australie, ainsi que les marsupiaux qui sont un peu plus évolués, ont une répartition fossile et actuelle sur la planète qui s'explique très bien par la tectonique des plaques. Ces groupes se sont développés en Amérique au Crétacé et de là ont entrepris une migration vers le Sud, jusqu'en Australie. Ils ont fait ce périple avant que l'Australie ne se sépare de l'Antarctique, et en passant le long d'isthme formé par des arcs volcaniques. Un seul marsupial a réussi à passer en Europe et n'a pas eu de descendant.
L'arrivée de mammifères placentaires plus évolué en Europe et en Amérique du Nord mit fin à la présence des marsupiaux dans ces régions, alors qu'ils survécurent à l'abri sur leurs radeaux sud-américain et australien suite à la dérive de ces continents durant le Tertiaire. Les deux groupes de marsupiaux purent ainsi engendrer leurs propres espèces sur ces deux continents. Ceux d'Amérique du sud durent affronter les prédateurs placentaires à la fin du Tertiaire et au Quaternaire, dû à des migrations à travers l'isthme de Panama. Grands nombres d'entre eux disparurent. Quant aux marsupiaux australiens ils purent rester en paix jusqu'à l'arrivée de l'homme il y a –30.000 ans.
Le Crétacé voit se poursuivre ce qui s'était amorcé au Jurassique, le bras océanique est-ouest Atlantique-Téthys s'élargit, le climat se réchauffe encore un peu, les océans crétacés sont très chauds et deviennent même anoxiques à un certain moment (Albien).
Cependant, quelques changements important aux limites de plaques, surtout autour du Gondwana, ont rapidement amené la fracturation de celui-ci. A la fin du Crétacé, l'Amérique du sud, l'Afrique, l'Inde sont individualisées, il reste un bloc Australie-Antarctique qui se séparera définitivement qu'au début du Tertiaire.
Coté Laurasie, l'Atlantique commencera à se propager lentement vers le nord, séparant la plaque ibérique de l'Europe, créant ainsi de nouvelles limite de plaque dans le domaine alpin, alors que le Vardar se referme totalement dans les régions balkanique, commençant ainsi les plissements alpins.
Côté Néotéthys, il y eu apparition de grand bassins d'arrière arc intra-océaniques, qui remplacèrent totalement la Néotéthys. Ainsi toutes les ophiolites des plissements Téthysiens entre Grèce et Extrème orient sont principalement d'âge Crétacé. Ces ophiolites obductèrent au Crétacé supérieur sur le pourtour du promontoire arabique (Oman, Iran, Syrie, Turquie), ainsi que sur la marge néotéthysienne de l'Inde.
La fin du Crétacé est marquée de nouveau par une extinction de masse, 85% des espèces disparurent, dans un scénario très proche de celui de la fin du Permien :
- activité volcanique importante au niveau des traps basaltiques du Deccan,
- chute d'un astéroïde important au niveau du Mexique.
L'effet combiné d'une détérioration climatique due à l'activité volcanique sur un million d'année, et celle de l'impact météoritique et les variations importantes du niveau marin dues à des refroidissements successifs ont eu raison de l'équilibre écologique affaibli.
Les dinosaures et les reptiles marins disparurent complétement, accompagnés par les ammonites et bélemnites. Les mammifères, les oiseaux, tortues, crocodiles lézards et serpents et les amphibiens survécurent, accompagnés par les plantes à graines qui étaient apparues pendant le Crétacé.
Avec la période Jurassique nous assistons à la fracturation de la Pangée, et à l'extension vers l'Ouest du domaine téthysien avec l'ouverture de la Téthys Alpine. En fait cette ouverture est plutôt liée à celle de l'Atlantique central, entre Afrique et Amérique du nord. L'ouverture se serait faite à partir de la région du Golfe du Mexique et de l'Atlantique, au Lias, puis vers l'Europe Alpine au Dogger.
La fracturation de la Pangée aura été difficile, car si la croûte de la chaîne alléghanienne encore épaisse se prête bien à la fracturation dans le domaine atlantique, la croûte de la cordillère varisque collapsée et déjà amincie des régions méditerranéennes va résister. Il s'en suivra l'ouverture d'une multitude de rifts affectant toute la future région alpine au sens large. Finalement, une ouverture océanique pris place le long de la future chaîne alpine, du Maroc aux Carpathes en passant par l'Italie et les Alpes occidentales. Cet océan alpin ne fut jamais très large et ne fut jamais vraiment relié directement à la Néotéthys. Au Jurassique, cette dernière commence à subducter sous le bord sud de l'Asie, créant une cordillère affectée localement par l'ouverture de bassins d'arrière arc comme, le Vardar, l'océan Izmir-Ankara le domaine sud-Caspien, et l'océan de Panjao en Afghanistan.
Ces back-arc néotéthysiens jurassiques donneront de nombreuses ophiolites lors de leur fermeture qui commence pour le Vardar déjà au Jurassique supérieur, compensant ainsi l'ouverture de l'Atlantique central. Avec cette ouverture Atlantique, un système d'océan est-ouest est mis en place, réchauffant certainement le climat ; le Jurassique comme le Crétacé furent des périodes très chaudes, accompagnées de climat à effet de serre prononcé, sans glaciation. Ceci permit l'expansion très importante des reptiles et plus particulièrement des dinosaures sur toute la Pangée. On assiste aussi à l'apparition des premiers oiseaux, accompagnés dans le ciel par des reptiles volant (Ptérosaures), alors que d'autres retournent vivre dans la mer (Ichtyosaures, Plésiosaures, Mésosaures), tout comme le feront certains mammifères au Tertiaire.
Le Trias va voir la disparition de la Paléotéthys au profit de la Néotéthys. Sur le bord de la Laurasie, de nombreux bassins d'arrière arc se sont ouverts pendant le Trias dû à l'accélération du roll-back de la Paléotéthys. Les blocs cimmériens vont refermer bons nombres d'entre eux avant de se coller à la Laurasie à la fin du Trias. Cette collision cimmérienne, bien souvent entre terranes, ne donnera pas de grands reliefs, excepté au nord de l'Iran, où de grande quantité de sédiments mollassique seront déposé au Trias supérieur et au Lias des deux côtés de l'orogène, maintenant disparut suite à l'ouverture de la mer Caspienne. Là aussi cette molasse est riche en charbon.
Les restes de la marge active paléotéthysienne permo-triasique et de l'orogène cimmérien se retrouvent en Grèce, en Turquie, en Iran, en Afghanistan, au Tibet, en Thaïlande et en Malaisie. Plus à l'Est, ils marquent aussi la collision entre les deux blocs chinois du nord et du sud, accompagnée de roches métamorphiques de très haute pression datées à 220 Ma.
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