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三峡是露天的自然博物馆。见证了沧海桑田之变的断层褶皱、奇峰异岭，尽显造化之奇。
三峡是摊开的历史书。化石与石器记录了三峡地区人类及其文化起源、演变的漫长历程与清晰脉络。
长江三峡的形成，是强烈的造山运动所引起的海陆变迁及江河发育的结果。
起先，地壳隆起。印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动等构造运动，对三峡地区地质构造的发展和地貌轮廓的奠定具有重要意义。
跟着，长江剧烈下切。三峡地区巨厚的石灰岩地层在流水的侵蚀和重力作用下，形成了三个狭窄陡峭的大峡谷，而砂岩等不易被溶蚀的地层则形成了宽阔平缓的河谷。
另：
印支运动：在距今约2.5亿年前的三叠纪早期，中国的地形东高西低，南海北陆，现在的三峡一带是当时的古地中海海滨。在距今约2.2亿年前的中三叠世末期，大巫山地区的海岸地壳在印支运动中上升，古地中海大规模地向西后退，现今位于长江三峡东段的黄陵背斜露出于海平面上。在它的西部和东部，分别出现了东、西古长江的雏形。
燕山运动：在距今约7000万年前的燕山运动中，四川盆地和大巫山地区隆起，大巫山地区的厚层岩石被挤压成弯弯曲曲的褶皱和断层。这次造山运动形成了今天大巫山地区的七曜山、巫山、黄陵这三段山地背斜。这三段背斜隆起以后，其东西两个坡面上发育的河流，各自形成相反的流向。
喜马拉雅运动：在距今约三四千万年前的喜马拉雅造山运动中，长江流域的地面普遍间歇上升，于是出现了西高东低的地形。在三峡背斜隆起以后，其两侧的河流，即西部的古长江和东部的古长江，就在河流的下切作用和溯源侵蚀中相互靠近。由于此时中国已形成西高东低的地势，所以东坡的河流比西坡陡，其溯源侵蚀能力也比西坡强。经过千万年的切割，尤其是第四纪以来，地壳上升速度加剧，河流强烈下切，大巫山地区的三段背斜终于被切穿，形成了三个狭窄陡峭的大峡谷，于是东西两条古长江贯通一气，形成了今天的长江。
三峡地区的地质构成可以分为三种。一种为砂岩、泥岩类。该种地质易于剥蚀和风化。主要分布在云阳以西和宜昌附近。一种为碳酸盐岩类。该种地质易于溶融。主要分布在云阳至巴东的山地中，还有川东条形山脉的轴部。一种为侵入岩类。主要分布在黄陵庙背斜及神农架一带。
另：
砂岩、泥岩类。砂岩类以距今1.4亿年前的侏罗纪系砂岩和泥岩以及距今2亿年前的三叠纪系上统砂岩为主。泥岩类则以距今0.65亿年前的白垩纪系砂岩为主。
碳酸盐岩类。碳酸盐岩类主要以距今2.3亿年前的三叠系下统和距今3.9亿年及2.4亿年前的志留系、二叠系的灰岩、白云岩、泥灰岩等构成。
侵入岩类。侵入岩类主要以几亿年前的活动岩浆侵入地壳内部的碎屑岩体中所形成的深成岩或浅成岩，包括花岗岩、石英闪长岩、石英正长岩和辉绿岩等。
三峡地区的地形以重庆奉节为界，分作东西两段。东段自奉节至宜昌，包括巫山、巫溪、巴东、秭归及兴山等地面，长约160公里，主要为古代碳酸盐类岩石所构成的褶皱山地，平均海拔在1000米。西段则从奉节至重庆巴南，包括云阳、万州、丰都、涪陵、武隆、长寿诸区、县，并旁及开县等地面，长约440公里，主要为由中生代内陆湖相沉积所构成的丘陵地带，海拔高度为400~500米。
上述两个地段的复杂地貌又可分为川东平行岭谷、四川盆地边缘山地和川鄂山地三大地形区域。
川东平行岭谷包括三种地貌。第一种，位于方斗山和华蓥山之间的重庆至达州市的平行岭谷。主要由20余条东北向平行排列的隔挡式褶皱低山构成，伸展至300公里以上，海拔多为600~1000米。第二种，位于涪陵至万州间的低山与丘陵。海拔为300~1000米，以低山为主，丘陵次之，仅在山间槽谷或盆地中出现少数平原。第三种，位于云阳与开县一带的低中山与低山。分布在大巴山东段之南和万县至奉节顺长江以北的地面，海拔为300~1400米，以低中山为主，其次为低山，丘陵与平原很少，大都分布于河流两侧，是川东农地的主要分布区。
四川盆地边缘山地包括两种地貌。第一种，大巴山中山地形。该山地位于盆地边缘，由西向东呈向北突出的弧形，为渝、鄂、川、陕四省市的界山。这些山地西起嘉陵江河谷，东至巫溪县，绵延川陕鄂省界500余公里，并由西向东渐次升高，出现不少海拔在2500米以上的高峰，然后，又由东而南，层层下降。山岭海拔则由2000~2400米逐次降至1000~1400米，由于受侵蚀基准的影响，这些山岭大都成不对称山体，北坡一般平缓。但在渝东北境内，特别是大宁河一带，因河流剧烈下切，造成坡陡谷深，其相对高度有时竟可达2000米左右，导致沿河阶地分布零星而狭窄。第二种，巫山大娄山中山地形。这些中山山体虽然幅度不大，但较大巴山低缓，山岭海拔多为1000~2000米，呈东北向条状排列，有七岳山及南部的金佛山、石柱山等，海拔虽达2250米，但顶部都较平坦，尤其在川鄂边境一带，因为海拔1000米以上的夷平面生成，故构成山原地貌景观。
川鄂山地。川鄂山地为三峡峡区的所在地，同时这里也是我国第二地形阶梯向第三地形阶梯下降的过渡区，全长约192公里。长江穿行其间横切巫山，形成了举世闻名的长江三峡。
三峡地区所以能成为长江文明的发源地，与这里的气候有着密切的关系。
三峡地区处于我国中亚热带湿润气候区，地带性特点总体表现为冬季阴冷，夏季炎热，雨量充沛，四季分明，同四川盆地、长江中下游平原并无多大差别。
三峡地区气候受峡谷地形影响十分显著，其中巫峡谷深峡长，迂回曲折，显示出典型的峡谷气候特征，可作为三峡气候的代表。
由于峡谷深邃，因而谷底接受日照时间短。冬天仅中午前后两三个小时可见阳光，夏季日照也仅五六个小时。
三峡地区暑热异常，海拔400米以下的沿江台地，热量资源较为丰富，暖季长，霜冻少，适合农作物栽培。而在周围山地，气温则随着海拔高度的递增而显著下降。海拔800米以上的农田有夏季热量不足、冬季出现冻害的现象。
三峡地区年平均降水量通常在1000~1400毫米，多集中于七、八月。因受地形地貌影响，三峡地区内气候变化异常明显，春夏之交，天气变化无常，朝云暮雨；夏季时常雷鸣电掣，大雨倾盆；秋多晴日，天高云淡；冬季则淫雨霏霏，连日不开。此外，三峡地区内季节性干旱也颇为频繁。盛夏时降雨量并无增加，部分地区还连晴高温，雨水不足，造成伏旱，旱情一般随海拔的升高而减轻。
三峡地区气候的另一个显著特点则是多雾。峡谷地形封闭，湿气蒸郁，极易成云致雾，雾天大多出现在冬季，往往持续多日不散。
三峡地处我国二级阶梯与三级阶梯的相交之地，三峡上下两岸，均分布有大量的阶地。三峡的高山风化物和植物腐殖质相当丰富，水流把高山风化物和植物腐殖质冲积到这些阶地上，在阶地上形成肥沃、疏松的土壤。由于土壤疏松，加之雨水充沛，很适宜植物生长。这也形成了三峡地区动植物资源丰富的这一特点。