持續(xù)50年的“地中海超級(jí)洪水”神話，可能并不存在

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長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員普遍認(rèn)為，大約500萬(wàn)年前，一場(chǎng)突然爆發(fā)的超級(jí)洪水填滿了原本已經(jīng)干涸、堆滿鹽層的地中海。然而事實(shí)很可能并非如此，不過(guò)仍充滿戲劇性。

1970年10月6日，深海鉆探船“格洛瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)（Glomar Challenger）”返回葡萄牙里斯本港。它帶回了一件“貨物”，改寫了人們對(duì)于地中海歷史的認(rèn)識(shí)。在為期54天的航行中，“挑戰(zhàn)者號(hào)”在地中海海底鉆出了28個(gè)鉆孔。其回收的巖芯指向一個(gè)令人震驚的結(jié)論：約600萬(wàn)年前，地中海曾變成一片荒漠——一個(gè)深度超過(guò)兩公里、巨大而貧瘠、布滿鹽層的盆地。50萬(wàn)年后，大西洋沖破了如今的直布羅陀海峽（Strait of Gibraltar），引發(fā)了地球歷史上規(guī)模最大的洪水。

海洋學(xué)家肯尼斯·許靖華（Kenneth Hsü）是“挑戰(zhàn)者號(hào)”任務(wù)的兩位首席科學(xué)家之一。1972年12月，他在《科學(xué)美國(guó)人》（Scientific American）上生動(dòng)描繪了這一場(chǎng)景：

“直布羅陀大瀑布可能以每年1萬(wàn)立方英里的流量?jī)A瀉而下，比維多利亞瀑布大100倍，比尼亞加拉瀑布大1000倍……對(duì)于那些可能被轟鳴聲吸引而來(lái)的非洲古猿人來(lái)說(shuō)，那場(chǎng)景必定壯觀無(wú)比。”

這一災(zāi)難的故事引起轟動(dòng)。大衛(wèi)·愛(ài)登堡（David Attenborough）為其拍攝紀(jì)錄片，直布羅陀甚至發(fā)行了一枚描繪“3000米瀑布”的5便士郵票。在此后50多年里，兩項(xiàng)假說(shuō)成為地質(zhì)學(xué)界的主流觀點(diǎn)：其一，地中海在被稱為“墨西拿鹽度危機(jī)（Messinian Salinity Crisis）”的約50萬(wàn)年時(shí)期內(nèi)與外界隔絕；其二，地中海最終通過(guò)直布羅陀海峽爆發(fā)的災(zāi)難性洪水重新恢復(fù)，這場(chǎng)洪水被稱為“贊克林洪水（Zanclean Flood）”。

然而人們最近開始意識(shí)到，從巨型沙漠到“超級(jí)尼亞加拉瀑布”，這一整套敘事的幾乎每個(gè)細(xì)節(jié)都值得質(zhì)疑。許多地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，干涸過(guò)程可能遠(yuǎn)比想象短暫，而重新注水也更加緩慢。還有一些研究者甚至認(rèn)為，地中海可能從未與大西洋徹底斷開。西班牙格拉納達(dá)大學(xué)（University of Granada）的吉列爾莫·布斯·雷亞（Guillermo Booth Rea）表示：“超級(jí)洪水這一概念，以及支持它的數(shù)據(jù)，大多存在問(wèn)題。”

近期最令人震驚的發(fā)現(xiàn)在于，即使確實(shí)存在洪水通道，它也可能根本不在今天將西班牙南部與摩洛哥分隔開來(lái)的直布羅陀海峽附近。新的研究表明，過(guò)去50年里，人們可能一直在錯(cuò)誤的地方尋找這場(chǎng)超級(jí)洪水的痕跡。

災(zāi)難性的洪水在許多神話和創(chuàng)世故事中都有出現(xiàn)。在其中一個(gè)傳說(shuō)中，古典英雄赫拉克勒斯劈開了兩座山（即“赫拉克勒斯之柱”），從而形成了直布羅陀海峽，并使地中海盆地被洪水淹沒(méi)。上面的圖片展示的是藝術(shù)家對(duì)直布羅陀一處現(xiàn)已沉沒(méi)的赫拉克勒斯神廟的構(gòu)想圖。圖中英文譯為： 直布羅陀的赫拉克勒斯神廟遺址

一個(gè)地質(zhì)學(xué)難題

今天的地中海，每年通過(guò)蒸發(fā)損失的水量大約是降水和河流補(bǔ)給量的三倍。大西洋彌補(bǔ)了這一差額，通過(guò)直布羅陀海峽源源不斷地從西向東輸送海水。隨著海水蒸發(fā)，剩余的水會(huì)變得更咸、更濃稠，并沉入底部。這些濃稠的海水位于較輕的流入海水之下，隨后會(huì)從海峽流出，從東向西流回，。這種流出過(guò)程防止了鹽分在地中海中持續(xù)積聚。

但如果這條海峽變得狹窄或者完全被阻斷，會(huì)發(fā)生什么呢？由于淡水資源極度匱乏，地中海的“海平面”將會(huì)迅速下降——大約在2000年內(nèi)會(huì)下降1公里。在1970年的“挑戰(zhàn)者號(hào)”探險(xiǎn)任務(wù)之前，這種設(shè)想幾乎僅存在于科幻小說(shuō)。

在第一個(gè)鉆孔中，挑戰(zhàn)號(hào)的鉆頭在海底下200米深處的一層非常堅(jiān)硬的巖石中卡住了。第二天，許靖華和蘭登-道爾蒂地球觀測(cè)站的首席科學(xué)家威廉·瑞安（William Ryan）發(fā)現(xiàn)了原因。瑞安回憶道：“它帶上來(lái)了整桶整桶的礫石。”

海底通常不會(huì)出現(xiàn)礫石層，即使出現(xiàn)，也多為大陸巖石被沖刷入海形成。但這里的礫石中卻含有海洋生物化石、巖石以及石膏晶體（gypsum）。地質(zhì)學(xué)家稱石膏為“蒸發(fā)巖”，因?yàn)樵诂F(xiàn)代環(huán)境中，它通常形成于蒸發(fā)中的淺水環(huán)境，例如死海。這一發(fā)現(xiàn)令人震驚，瑞安回憶：“肯舉起石膏晶體后轉(zhuǎn)頭問(wèn)我：‘你覺(jué)得地中海干涸過(guò)嗎？’”

同樣的情形在其他站點(diǎn)重復(fù)出現(xiàn)。研究人員還發(fā)現(xiàn)了巖鹽（halite，即氯化鈉）等蒸發(fā)巖。嵌在礫石中的貝殼的氧同位素分析顯示，這些生物生活在一種濃鹽水環(huán)境中，其原始水量約90%已經(jīng)蒸發(fā)。他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明，非洲板塊與歐亞板塊碰撞抬升了地中海兩端的陸地，切斷了其與印度洋的原有連接，并縮短了其與大西洋的連接。

在墨西拿鹽度危機(jī)的第三個(gè)階段，地中海的地形變化一直存在很大爭(zhēng)議。一些人認(rèn)為地中海幾乎處于干涸狀態(tài)；另一些人則認(rèn)為它幾乎處于滿溢狀態(tài)。最近的研究表明，答案可能是兩者兼而有之。地中海盆地曾接納東側(cè)古副特提斯湖水系匯入的淡水，同時(shí)海平面也受氣候影響不斷波動(dòng)。下方地圖呈現(xiàn)了距今533萬(wàn)至555萬(wàn)年間該海域的高水位（紫色標(biāo)識(shí)）與低水位（褐色標(biāo)識(shí)）狀態(tài)。

最終的關(guān)鍵證據(jù)是在“挑戰(zhàn)者號(hào)”任務(wù)結(jié)束后才浮出水面的。其他地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些似乎是被掩埋的古河床的遺跡，它們屬于數(shù)條注入地中海的河流，尤其包括尼羅河和羅訥河（Rh?ne）。這些證據(jù)表明，這些河流曾經(jīng)匯入一個(gè)位置比其現(xiàn)今河口低至少1公里的地中海盆地——而這種情況只有在地中海海平面曾經(jīng)比全球海平面低約1公里時(shí)才可能發(fā)生。

1973年，荷蘭烏得勒支（Utrecht）召開的一次會(huì)議正式確立了“干涸模型（desiccation model）”作為主流理論。然而，在過(guò)去20年中，大量反對(duì)意見(jiàn)逐漸出現(xiàn)。烏得勒支大學(xué)（Utrecht University）的沃特·克賴赫斯曼（Wout Krijgsman）表示：“在20世紀(jì)70年代，支持干涸理論的一方贏得了爭(zhēng)論，但它確實(shí)存在一些無(wú)法解釋的問(wèn)題。”

悖論層出不窮

部分爭(zhēng)議源于人們對(duì)約600萬(wàn)年前地球以及該區(qū)域環(huán)境演化認(rèn)識(shí)的不斷深化。自1973年以來(lái)，巖石、巖芯樣本和地震探測(cè)數(shù)據(jù)，以及越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)模擬所講述的故事變得更加詳細(xì)，也更加動(dòng)態(tài)。其中包括不斷變化的海岸線、陸橋、火山活動(dòng)，以及反復(fù)出現(xiàn)的氣候變化事件。

此外，干涸假說(shuō)從一開始就存在一些根本性問(wèn)題。以蒸發(fā)巖（evaporites）為例。意大利帕爾馬大學(xué)（University of Parma）的沉積學(xué)家和地層學(xué)家維尼喬·曼齊（Vinicio Manzi）指出，蒸發(fā)巖并不一定必須通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程形成。它們也可以由濃度足夠高的鹽水（brine）直接析出沉淀。這種過(guò)程完全可能發(fā)生在水下，因此并不需要假設(shè)地中海曾經(jīng)完全干涸。

那么，被掩埋的古河床又該如何解釋？曼齊及其同事認(rèn)為，這同樣可以解釋：高鹽度水體下沉?xí)纬裳仄孪蛳铝鲃?dòng)的水流（地質(zhì)學(xué)術(shù)語(yǔ)稱為“高密度陸架水級(jí)聯(lián)流”，dense shelf water cascading），其強(qiáng)度足以沖蝕出峽谷。

單次蒸發(fā)事件這一設(shè)想還面臨一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題：現(xiàn)存鹽層規(guī)模過(guò)于巨大，無(wú)法通過(guò)一次蒸發(fā)事件解釋。這些鹽約占全球海洋總鹽量的5%（原始比例甚至可能達(dá)到7%至10%）。要積累如此大量的鹽分，地中海必須經(jīng)歷大約10次排空和重新充水的循環(huán)。

事實(shí)上，來(lái)自西西里島鹽層的證據(jù)表明，這種事情可能真的發(fā)生過(guò)。在那里，石膏層與富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖層交替出現(xiàn)，這些頁(yè)巖層可能形成于大西洋和地中海之間通道開放的時(shí)期。總共有16組這樣的沉積層，其年齡間隔約為23000年。

這一周期對(duì)地質(zhì)學(xué)家而言并不陌生，因?yàn)檫@正是地球自轉(zhuǎn)軸（像一個(gè)搖晃的陀螺一樣）完成一周運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間。此外，它還與全球范圍內(nèi)的氣候變化以及古海平面變化存在相關(guān)性。在這一時(shí)期，直布羅陀海峽的入口非常狹窄，因此由這種“歲差周期（precessional cycle）”導(dǎo)致的海平面波動(dòng)可能會(huì)反復(fù)地開啟和關(guān)閉地中海與大西洋之間的連接通道。

就像一個(gè)搖晃的旋轉(zhuǎn)陀螺一樣，地球自轉(zhuǎn)軸也會(huì)沿著一個(gè)緩慢的圓周運(yùn)動(dòng)，大約每23000年完成一個(gè)完整周期。地球自轉(zhuǎn)軸的這種偏移會(huì)影響氣候，并且在墨西拿鹽度危機(jī)期間也發(fā)揮了作用：干旱時(shí)期石膏沉積形成，而潮濕時(shí)期則形成頁(yè)巖。

那個(gè)石膏形成時(shí)期如今被稱為鹽度危機(jī)的第一階段。第二階段則是一個(gè)相對(duì)短暫、持續(xù)約5萬(wàn)年的時(shí)期。在主流觀點(diǎn)中，這一階段通道完全關(guān)閉，地中海海平面急劇下降，大量巖鹽（氯化鈉）從海水中沉淀析出。然而，曼齊團(tuán)隊(duì)對(duì)此持強(qiáng)烈反對(duì)意見(jiàn)。他們認(rèn)為直布羅陀通道始終保持開放，只是變淺到了水流只能單向通過(guò)——只能流入、無(wú)法流出——從而導(dǎo)致鹽分不斷累積，并進(jìn)入失控狀態(tài)。

即便對(duì)于支持主流觀點(diǎn)的人而言，第二階段也并不像看上去那么簡(jiǎn)單。氯同位素?cái)?shù)據(jù)表明，海平面下降的情況并非完全一致。在最低點(diǎn)，西地中海海平面比今天低約800米，而在如今西西里島以東區(qū)域，海平面至少下降了其兩倍。如果情況確實(shí)如此，那么東西兩側(cè)之間一定被陸橋分隔開來(lái)。事實(shí)上，也確實(shí)存在證據(jù)顯示，非洲動(dòng)物曾在這一時(shí)期遷移進(jìn)入歐洲。

鹽度危機(jī)最后20萬(wàn)年被稱為第三階段，也是最令人困惑的階段。此時(shí)，氯化鈉不再沉淀，而且有證據(jù)表明，這一時(shí)期地中海海平面高度存在明顯變化。一種類似蝦的小型生物（ostracod，介形蟲）的化石廣泛分布，表明當(dāng)時(shí)海水鹽度顯著下降，以至于地中海變成了一個(gè)類似湖泊的巨大水域（因此這一階段有時(shí)也被稱為“湖海階段”）。但假如通往大西洋的通道仍然關(guān)閉，那么這些低鹽度水體來(lái)自何處？

西班牙國(guó)家研究委員會(huì)（Spanish National Research Council）的丹尼爾·加西亞-卡斯特利亞諾斯（Daniel García-Castellanos）于2025年發(fā)表的一項(xiàng)研究，為破解這一謎題提供了思路。他利用計(jì)算機(jī)模擬侵蝕過(guò)程，認(rèn)為地中海在第三階段正逐漸恢復(fù)原來(lái)的水量。而這些橈足類動(dòng)物則為這一過(guò)程的源頭提供了線索。它們起源于今天黑海和里海附近區(qū)域，而當(dāng)時(shí)這兩個(gè)區(qū)域彼此相連，但尚未與地中海相通。

由于地中海海岸剛剛暴露出來(lái)且坡度很陡，其邊緣會(huì)迅速向今天的黑海方向侵蝕。而當(dāng)時(shí)的黑海是一個(gè)更大的淡水湖——帕拉提提斯湖（Paratethys）。雙方之間的首次連接可能就是在這一時(shí)期建立的。如果確實(shí)如此，那么地中海開始獲得此前無(wú)法進(jìn)入的河流補(bǔ)給，例如伏爾加河、多瑙河和頓河。橈足類動(dòng)物獲得了新的生存空間，而地中海則獲得了新的巨大水源。根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬，這使得地中海水面重新上升至距離今天海平面不足300米的位置。

克賴赫斯曼認(rèn)為，這種解釋很好地調(diào)和了看起來(lái)相互矛盾的證據(jù)。他說(shuō)：“在‘干涸地中海’和‘充滿海水的地中海’之間的爭(zhēng)論中，如果你想站在中間，并認(rèn)可所有人的觀測(cè)結(jié)果，那么加西亞-卡斯特利亞諾斯的論文確實(shí)完成了這項(xiàng)工作。”

超級(jí)洪水不翼而飛

關(guān)于墨西拿鹽度危機(jī)的文獻(xiàn)浩如煙海，但其中卻奇怪地缺少一樣?xùn)|西。關(guān)于那場(chǎng)理論上結(jié)束了危機(jī)的超級(jí)洪水，直接證據(jù)竟然非常少。許靖華最初發(fā)表于《科學(xué)美國(guó)人》的文章只用了半頁(yè)篇幅討論它，而且提供的證據(jù)也很有限。50年后，瑞安寫出了一篇100頁(yè)的回顧文章，其中關(guān)于超級(jí)洪水的內(nèi)容也只有3頁(yè)。這樣一場(chǎng)非同尋常的洪水，難道不應(yīng)該留下十分清晰的痕跡嗎？

目前的證據(jù)至多只能說(shuō)是模棱兩可。地質(zhì)學(xué)家在馬耳他附近海底發(fā)現(xiàn)了類似洪水形成的沉積物——但那里距離被認(rèn)為是洪水源頭的直布羅陀非常遙遠(yuǎn)。此外，如果大西洋真的流入了一個(gè)幾乎干涸的地中海盆地，那么全球海平面應(yīng)當(dāng)下降約9米——可以把這看作是為了“支付”地中海洪水所付出的“反向洪水”代價(jià)（anti-flood）。加西亞-卡斯特利亞諾斯表示，并沒(méi)有任何跡象顯示這種事情曾經(jīng)發(fā)生。

最近一次針對(duì)直布羅陀海峽的深海鉆探考察帶來(lái)的問(wèn)題甚至比答案更多。2023年12月，“JOIDES Resolution”號(hào)鉆探船繼承“格洛瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)（Glomar Challenger）”的稱號(hào)，再次考察了位于直布羅陀海峽正東側(cè)的阿爾沃蘭海（Alboran Sea）。如果說(shuō)海峽是進(jìn)入地中海的大門，那么阿爾沃蘭海就是門廳。任何穿過(guò)直布羅陀海峽的超級(jí)洪水，也必然會(huì)穿過(guò)阿爾沃蘭海盆地。然而，英國(guó)布里斯托大學(xué)（University of Bristol）的項(xiàng)目共同負(fù)責(zé)人雷切爾·弗萊克（Rachel Flecker）表示，他們?cè)诓杉膸r芯中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何洪水的痕跡。

在船上時(shí)，她曾寫道：“巖芯展現(xiàn)出各種顏色、極其精美的層狀結(jié)構(gòu)。這種極為精細(xì)的層理結(jié)構(gòu)要求形成環(huán)境極其平靜，且能量水平很低。”這與超級(jí)洪水的環(huán)境條件完全相反。最終結(jié)果尚未正式發(fā)表，但弗萊克還報(bào)告稱，他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鹽層，也沒(méi)有找到證據(jù)表明鹽度危機(jī)曾波及阿爾沃蘭海。

她總結(jié)道：“在墨西拿鹽度危機(jī)之前以及發(fā)生期間，大西洋與地中海之間的連接通道并不經(jīng)過(guò)直布羅陀。”

西西里島雷阿爾蒙特（Realmonte）鹽礦中保存著壯觀的層狀鹽沉積，它們形成于墨西拿鹽度危機(jī)第二階段（Stage 2）。值得注意的是，照片中由清晰界線分隔的每一層鹽都是在同一年沉積下來(lái)的（與第一階段每23000年形成一次的石膏沉積不同）。大約550萬(wàn)年后，礦工們?cè)邴}層中雕刻出了一座教堂，從而塑造出了耶穌的雕像。

那么，這究竟如何解釋？布斯·雷亞表示：“有一個(gè)必須考慮、但幾乎沒(méi)有人真正考慮的問(wèn)題：如今地中海的地形地貌，與墨西拿時(shí)期完全不同。”“此后形成了新的大型海盆，例如第勒尼安海盆（Tyrrhenian Basin）；還有一些地區(qū)則隆升出海面，例如西西里島。”他提出的一種可能性是，連接通道位于更東部，通過(guò)一條曾經(jīng)連接非洲與巴利阿里群島（Balearic Islands）的火山島弧。其他可能性還包括穿過(guò)西班牙或摩洛哥的水道，而這些地區(qū)雖然今天位于海平面之上，但直到約700萬(wàn)年前仍然處于水下。

無(wú)論這一過(guò)程究竟如何發(fā)生，這種新的敘事方式都帶來(lái)了重要啟示：它強(qiáng)調(diào)真正發(fā)揮作用的并非重大事件本身，而是微小變化所積累出的力量。所謂“鹽巨人（salt giants）”，即類似地中海下方這樣的大規(guī)模鹽沉積層，在地球歷史上也曾多次形成。當(dāng)盆地被夾在兩塊構(gòu)造板塊之間時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生類似現(xiàn)象。它們對(duì)于氣候和生物多樣性的影響很可能極其巨大。在這次事件中，89%的地中海特有海洋物種都滅絕了。

而直布羅陀海峽（或者真正的連接通道）僅僅輕微變淺，可能就足以引發(fā)這些巨大的變化。曼齊說(shuō)：“某種意義上，這反而更令人不安，”因?yàn)檫@說(shuō)明：“即使沒(méi)有極端事件，也可能達(dá)到極端狀態(tài)。”

機(jī)會(huì)失之交臂？

最近的“JOIDES Resolution”號(hào)考察任務(wù)還有一個(gè)更廣泛的目標(biāo)：探究巨型鹽沉積形成過(guò)程如何影響全球氣候。弗萊克表示，石膏（硫酸鈣）大量生成的過(guò)程會(huì)通過(guò)將二氧化碳吸收到海洋中而導(dǎo)致降溫。“而當(dāng)這些沉積物重新溶解并釋放出來(lái)時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致升溫。”

在大多數(shù)情況下，氣候模型研究人員一直假定海洋中的鈣濃度保持恒定。雖然在百萬(wàn)年尺度上這一假設(shè)可能成立，但弗萊克表示，墨西拿時(shí)期表明，鈣濃度在數(shù)千年尺度上也可能發(fā)生劇烈變化。對(duì)墨西拿鹽度危機(jī)之前、期間以及之后海洋巖芯樣本的研究，或許能夠揭示這些波動(dòng)在過(guò)去如何影響氣候，以及它們可能如何修正當(dāng)前關(guān)于氣候變化的預(yù)測(cè)。

遺憾的是，這些數(shù)據(jù)可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能獲得。因?yàn)椤癑OIDES Resolution”號(hào)已經(jīng)退役，而且目前看不到替代船只的出現(xiàn)。弗萊克說(shuō)：“我們是它倒數(shù)第三次執(zhí)行的考察任務(wù)。就在我們研發(fā)出能夠獲取這些記錄的技術(shù)時(shí)，我們卻失去了為我們提供這一能力的那艘船。”

作者：Dana Mackenzie

翻譯：Aegon

審校：姬子隰

fu

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今天我們將送出由浙江科學(xué)技術(shù)出版社提供的《生命未被理解的真相》。

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【互動(dòng)問(wèn)題：如果你生活在約600萬(wàn)年前的地中海周邊，你認(rèn)為眼前的世界更可能是什么樣子？】

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為了保證更多的朋友能夠參與獲獎(jiǎng)，過(guò)往四期內(nèi)獲過(guò)獎(jiǎng)的朋友不能再獲得獎(jiǎng)品，名次會(huì)依次順延

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編輯：姬子隰

翻譯內(nèi)容僅代表作者觀點(diǎn)

不代表中科院物理所立場(chǎng)