持續50年的“地中海超級洪水”神話，可能并不存在

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長期以來，研究人員普遍認為，大約500萬年前，一場突然爆發的超級洪水填滿了原本已經干涸、堆滿鹽層的地中海。然而事實很可能并非如此，不過仍充滿戲劇性。

1970年10月6日，深海鉆探船“格洛瑪·挑戰者號（Glomar Challenger）”返回葡萄牙里斯本港。它帶回了一件“貨物”，改寫了人們對于地中海歷史的認識。在為期54天的航行中，“挑戰者號”在地中海海底鉆出了28個鉆孔。其回收的巖芯指向一個令人震驚的結論：約600萬年前，地中海曾變成一片荒漠——一個深度超過兩公里、巨大而貧瘠、布滿鹽層的盆地。50萬年后，大西洋沖破了如今的直布羅陀海峽（Strait of Gibraltar），引發了地球歷史上規模最大的洪水。

海洋學家肯尼斯·許靖華（Kenneth Hsü）是“挑戰者號”任務的兩位首席科學家之一。1972年12月，他在《科學美國人》（Scientific American）上生動描繪了這一場景：

“直布羅陀大瀑布可能以每年1萬立方英里的流量傾瀉而下，比維多利亞瀑布大100倍，比尼亞加拉瀑布大1000倍……對于那些可能被轟鳴聲吸引而來的非洲古猿人來說，那場景必定壯觀無比。”

這一災難的故事引起轟動。大衛·愛登堡（David Attenborough）為其拍攝紀錄片，直布羅陀甚至發行了一枚描繪“3000米瀑布”的5便士郵票。在此后50多年里，兩項假說成為地質學界的主流觀點：其一，地中海在被稱為“墨西拿鹽度危機（Messinian Salinity Crisis）”的約50萬年時期內與外界隔絕；其二，地中海最終通過直布羅陀海峽爆發的災難性洪水重新恢復，這場洪水被稱為“贊克林洪水（Zanclean Flood）”。

然而人們最近開始意識到，從巨型沙漠到“超級尼亞加拉瀑布”，這一整套敘事的幾乎每個細節都值得質疑。許多地質學家認為，干涸過程可能遠比想象短暫，而重新注水也更加緩慢。還有一些研究者甚至認為，地中海可能從未與大西洋徹底斷開。西班牙格拉納達大學（University of Granada）的吉列爾莫·布斯·雷亞（Guillermo Booth Rea）表示：“超級洪水這一概念，以及支持它的數據，大多存在問題。”

近期最令人震驚的發現在于，即使確實存在洪水通道，它也可能根本不在今天將西班牙南部與摩洛哥分隔開來的直布羅陀海峽附近。新的研究表明，過去50年里，人們可能一直在錯誤的地方尋找這場超級洪水的痕跡。

災難性的洪水在許多神話和創世故事中都有出現。在其中一個傳說中，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。上面的圖片展示的是藝術家對直布羅陀一處現已沉沒的赫拉克勒斯神廟的構想圖。圖中英文譯為： 直布羅陀的赫拉克勒斯神廟遺址

一個地質學難題

今天的地中海，每年通過蒸發損失的水量大約是降水和河流補給量的三倍。大西洋彌補了這一差額，通過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，剩余的水會變得更咸、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，隨后會從海峽流出，從東向西流回，。這種流出過程防止了鹽分在地中海中持續積聚。

但如果這條海峽變得狹窄或者完全被阻斷，會發生什么呢？由于淡水資源極度匱乏，地中海的“海平面”將會迅速下降——大約在2000年內會下降1公里。在1970年的“挑戰者號”探險任務之前，這種設想幾乎僅存在于科幻小說。

在第一個鉆孔中，挑戰號的鉆頭在海底下200米深處的一層非常堅硬的巖石中卡住了。第二天，許靖華和蘭登-道爾蒂地球觀測站的首席科學家威廉·瑞安（William Ryan）發現了原因。瑞安回憶道：“它帶上來了整桶整桶的礫石。”

海底通常不會出現礫石層，即使出現，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）。地質學家稱石膏為“蒸發巖”，因為在現代環境中，它通常形成于蒸發中的淺水環境，例如死海。這一發現令人震驚，瑞安回憶：“肯舉起石膏晶體后轉頭問我：‘你覺得地中海干涸過嗎？’”

同樣的情形在其他站點重復出現。研究人員還發現了巖鹽（halite，即氯化鈉）等蒸發巖。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境中，其原始水量約90%已經蒸發。他們同時發現證據表明，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。

在墨西拿鹽度危機的第三個階段，地中海的地形變化一直存在很大爭議。一些人認為地中海幾乎處于干涸狀態；另一些人則認為它幾乎處于滿溢狀態。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古副特提斯湖水系匯入的淡水，同時海平面也受氣候影響不斷波動。下方地圖呈現了距今533萬至555萬年間該海域的高水位（紫色標識）與低水位（褐色標識）狀態。

最終的關鍵證據是在“挑戰者號”任務結束后才浮出水面的。其他地質學家發現了一些似乎是被掩埋的古河床的遺跡，它們屬于數條注入地中海的河流，尤其包括尼羅河和羅訥河（Rh?ne）。這些證據表明，這些河流曾經匯入一個位置比其現今河口低至少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比全球海平面低約1公里時才可能發生。

1973年，荷蘭烏得勒支（Utrecht）召開的一次會議正式確立了“干涸模型（desiccation model）”作為主流理論。然而，在過去20年中，大量反對意見逐漸出現。烏得勒支大學（Utrecht University）的沃特·克賴赫斯曼（Wout Krijgsman）表示：“在20世紀70年代，支持干涸理論的一方贏得了爭論，但它確實存在一些無法解釋的問題。”

悖論層出不窮

部分爭議源于人們對約600萬年前地球以及該區域環境演化認識的不斷深化。自1973年以來，巖石、巖芯樣本和地震探測數據，以及越來越多的計算機模擬所講述的故事變得更加詳細，也更加動態。其中包括不斷變化的海岸線、陸橋、火山活動，以及反復出現的氣候變化事件。

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

那么，被掩埋的古河床又該如何解釋？曼齊及其同事認為，這同樣可以解釋：高鹽度水體下沉會形成沿坡向下流動的水流（地質學術語稱為“高密度陸架水級聯流”，dense shelf water cascading），其強度足以沖蝕出峽谷。

單次蒸發事件這一設想還面臨一個數學問題：現存鹽層規模過于巨大，無法通過一次蒸發事件解釋。這些鹽約占全球海洋總鹽量的5%（原始比例甚至可能達到7%至10%）。要積累如此大量的鹽分，地中海必須經歷大約10次排空和重新充水的循環。

事實上，來自西西里島鹽層的證據表明，這種事情可能真的發生過。在那里，石膏層與富含有機質的頁巖層交替出現，這些頁巖層可能形成于大西洋和地中海之間通道開放的時期。總共有16組這樣的沉積層，其年齡間隔約為23000年。

這一周期對地質學家而言并不陌生，因為這正是地球自轉軸（像一個搖晃的陀螺一樣）完成一周運動所需的時間。此外，它還與全球范圍內的氣候變化以及古海平面變化存在相關性。在這一時期，直布羅陀海峽的入口非常狹窄，因此由這種“歲差周期（precessional cycle）”導致的海平面波動可能會反復地開啟和關閉地中海與大西洋之間的連接通道。

就像一個搖晃的旋轉陀螺一樣，地球自轉軸也會沿著一個緩慢的圓周運動，大約每23000年完成一個完整周期。地球自轉軸的這種偏移會影響氣候，并且在墨西拿鹽度危機期間也發揮了作用：干旱時期石膏沉積形成，而潮濕時期則形成頁巖。

那個石膏形成時期如今被稱為鹽度危機的第一階段。第二階段則是一個相對短暫、持續約5萬年的時期。在主流觀點中，這一階段通道完全關閉，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，曼齊團隊對此持強烈反對意見。他們認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——只能流入、無法流出——從而導致鹽分不斷累積，并進入失控狀態。

即便對于支持主流觀點的人而言，第二階段也并不像看上去那么簡單。氯同位素數據表明，海平面下降的情況并非完全一致。在最低點，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域，海平面至少下降了其兩倍。如果情況確實如此，那么東西兩側之間一定被陸橋分隔開來。事實上，也確實存在證據顯示，非洲動物曾在這一時期遷移進入歐洲。

鹽度危機最后20萬年被稱為第三階段，也是最令人困惑的階段。此時，氯化鈉不再沉淀，而且有證據表明，這一時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，表明當時海水鹽度顯著下降，以至于地中海變成了一個類似湖泊的巨大水域（因此這一階段有時也被稱為“湖海階段”）。但假如通往大西洋的通道仍然關閉，那么這些低鹽度水體來自何處？

西班牙國家研究委員會（Spanish National Research Council）的丹尼爾·加西亞-卡斯特利亞諾斯（Daniel García-Castellanos）于2025年發表的一項研究，為破解這一謎題提供了思路。他利用計算機模擬侵蝕過程，認為地中海在第三階段正逐漸恢復原來的水量。而這些橈足類動物則為這一過程的源頭提供了線索。它們起源于今天黑海和里海附近區域，而當時這兩個區域彼此相連，但尚未與地中海相通。

由于地中海海岸剛剛暴露出來且坡度很陡，其邊緣會迅速向今天的黑海方向侵蝕。而當時的黑海是一個更大的淡水湖——帕拉提提斯湖（Paratethys）。雙方之間的首次連接可能就是在這一時期建立的。如果確實如此，那么地中海開始獲得此前無法進入的河流補給，例如伏爾加河、多瑙河和頓河。橈足類動物獲得了新的生存空間，而地中海則獲得了新的巨大水源。根據計算機模擬，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。

克賴赫斯曼認為，這種解釋很好地調和了看起來相互矛盾的證據。他說：“在‘干涸地中海’和‘充滿海水的地中海’之間的爭論中，如果你想站在中間，并認可所有人的觀測結果，那么加西亞-卡斯特利亞諾斯的論文確實完成了這項工作。”

超級洪水不翼而飛

關于墨西拿鹽度危機的文獻浩如煙海，但其中卻奇怪地缺少一樣東西。關于那場理論上結束了危機的超級洪水，直接證據竟然非常少。許靖華最初發表于《科學美國人》的文章只用了半頁篇幅討論它，而且提供的證據也很有限。50年后，瑞安寫出了一篇100頁的回顧文章，其中關于超級洪水的內容也只有3頁。這樣一場非同尋常的洪水，難道不應該留下十分清晰的痕跡嗎？

目前的證據至多只能說是模棱兩可。地質學家在馬耳他附近海底發現了類似洪水形成的沉積物——但那里距離被認為是洪水源頭的直布羅陀非常遙遠。此外，如果大西洋真的流入了一個幾乎干涸的地中海盆地，那么全球海平面應當下降約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（anti-flood）。加西亞-卡斯特利亞諾斯表示，并沒有任何跡象顯示這種事情曾經發生。

最近一次針對直布羅陀海峽的深海鉆探考察帶來的問題甚至比答案更多。2023年12月，“JOIDES Resolution”號鉆探船繼承“格洛瑪·挑戰者號（Glomar Challenger）”的稱號，再次考察了位于直布羅陀海峽正東側的阿爾沃蘭海（Alboran Sea）。如果說海峽是進入地中海的大門，那么阿爾沃蘭海就是門廳。任何穿過直布羅陀海峽的超級洪水，也必然會穿過阿爾沃蘭海盆地。然而，英國布里斯托大學（University of Bristol）的項目共同負責人雷切爾·弗萊克（Rachel Flecker）表示，他們在采集的巖芯中沒有發現任何洪水的痕跡。

在船上時，她曾寫道：“巖芯展現出各種顏色、極其精美的層狀結構。這種極為精細的層理結構要求形成環境極其平靜，且能量水平很低。”這與超級洪水的環境條件完全相反。最終結果尚未正式發表，但弗萊克還報告稱，他們沒有發現鹽層，也沒有找到證據表明鹽度危機曾波及阿爾沃蘭海。

她總結道：“在墨西拿鹽度危機之前以及發生期間，大西洋與地中海之間的連接通道并不經過直布羅陀。”

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的（與第一階段每23000年形成一次的石膏沉積不同）。大約550萬年后，礦工們在鹽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：“有一個必須考慮、但幾乎沒有人真正考慮的問題：如今地中海的地形地貌，與墨西拿時期完全不同。”“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，通過一條曾經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西班牙或摩洛哥的水道，而這些地區雖然今天位于海平面之上，但直到約700萬年前仍然處于水下。

無論這一過程究竟如何發生，這種新的敘事方式都帶來了重要啟示：它強調真正發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模鹽沉積層，在地球歷史上也曾多次形成。當盆地被夾在兩塊構造板塊之間時，就會產生類似現象。它們對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，可能就足以引發這些巨大的變化。曼齊說：“某種意義上，這反而更令人不安，”因為這說明：“即使沒有極端事件，也可能達到極端狀態。”

機會失之交臂？

最近的“JOIDES Resolution”號考察任務還有一個更廣泛的目標：探究巨型鹽沉積形成過程如何影響全球氣候。弗萊克表示，石膏（硫酸鈣）大量生成的過程會通過將二氧化碳吸收到海洋中而導致降溫。“而當這些沉積物重新溶解并釋放出來時，則會導致升溫。”

在大多數情況下，氣候模型研究人員一直假定海洋中的鈣濃度保持恒定。雖然在百萬年尺度上這一假設可能成立，但弗萊克表示，墨西拿時期表明，鈣濃度在數千年尺度上也可能發生劇烈變化。對墨西拿鹽度危機之前、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在過去如何影響氣候，以及它們可能如何修正當前關于氣候變化的預測。

遺憾的是，這些數據可能需要很長時間才能獲得。因為“JOIDES Resolution”號已經退役，而且目前看不到替代船只的出現。弗萊克說：“我們是它倒數第三次執行的考察任務。就在我們研發出能夠獲取這些記錄的技術時，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

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編輯：姬子隰

翻譯內容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場