地中海：古海荒漠有新篇（下集）

小科普：随我看地球 – 三十九集(下)
 
2, 古海平面和古气候变化
地震勘探表明西地中海中心的巴利阿里(Balearic)盆地"上蒸发岩(Upper Evaporite, 或上石膏层(Upper Gypsum)"由石膏–钠盐–石膏三层物质组成，人们称其为"三部曲 – Trilogy“。石膏(CaSO₄2H₂O) 主要是由富含钙离子(Ca²⁺)和硫酸根离子(SO₄²⁻)的水溶液，在蒸发作用或特定的物理化学条件下结晶形成的。该单元厚度可超过1000米，主要由7-10个沉积循环组成，每层石膏层厚约1米，还交替夹杂着1-10米厚的泥灰岩层(Marl)；中间钠盐层(Halite，或叫氯化钠-NaCl)岩盐则属海水高蒸发成因，代表封闭盆地，流通不畅的高密度水体环境；下蒸发岩层(Lower Evaporite, 或下石膏层-Lower Gypsum)，代表海水初期蒸发和浓缩，但仍有开放交换。下蒸发岩的厚度通常为50-300米，视具体边缘盆地而定。例如，在西班牙Sorbas盆地约200米，在意大利Vena del Gesso盆地类似厚度，由多达16个循环层组成，每层石膏层厚1-35米。
 
有趣的是，除了Balearic 盆地外，在西西里(Sicily)、克里特(Crete)、意大利的Vena del Gesso盆地, 利比亚昔兰尼加(Cyrenaica) 等诸多陆上盆地都有发现有"三部曲"层序，尤其在深水区剖面的"上蒸发岩"中记录更为清晰。尤为重要的是，无论是上蒸发岩还是下蒸发岩，都含有交替夹杂的多层泥灰岩(Marl), 这通常是一种含海洋生物的高碳酸钙(50-100%)沉积物，代表较深的海洋环境。目前比较肯定的是，上、下二层石膏的形成需要一定的海水深度，而且可能与高密度流有一定关系。然而，中间层的钠盐形成则有三种可能性：1，深盆浅水，2，浅盆浅水，3，深盆深水。前二者是传统的盐类形成机制。
 
50多年来，盐类的形成与古海平变化之间的关系一直倍受重视。最早最详细的墨西拿大洋海平面(非地中海)研究当属来自大西洋的二个钻孔，即DSDP Site 552A和ODP Site 646B。详细的氧稳定同位素和深海浊流研究表明，墨西拿期有8–9次有数十米的海平面波动，最大的一次在560万年左右，海平面至少下降了约80米，代表了一次较大的冰河期。
 
另外，近30多年来人们(尤其是Hilgen, Krijgsman、Roveri、Manzi 等人)对大西洋的墨西拿古气候，直布罗陀海峡地质构造，东地中海，西地中海的Balearic盆地和西班牙Sorbas盆地的"上蒸发岩”进行详细研究，发现上蒸发岩存在明显的米兰柯维奇岁差(Precessions)沉积韵律，一般具有9-10个岁差气候周期旋回。塞普罗斯墨西拿期也具有7-8个海相沉积旋回，表现为石膏层与泥灰岩的韵律交替循环，表明受地球轨道岁差驱动的高振幅气候振荡控制。这些循环反映了干湿气候的快速切换。 另外， 地中海地区的C3和C4植物研究表明也有类似结果。总之，一系列的研究显示，虽然那时的气候和海面变化频繁，但地中海仍与大西洋保持水流沟通，不至于彻底干涸。
 
3，地中海没有过大规模塌陷嗎？
地中海干枯的假说起源地点始于西地中海中心的巴利阿里(Balearic)盆地(图3)，因为DSDP第13航次一开始就在其周围钻到了砾石，石膏(包硬石膏)及钠盐。实际上，钠盐仅见于Balearic盆地东部边缘的DSDP 13航次的134站位，而不是在该盆地的中心。迄今为止，无人敢在此盆地中心钻探，这是因为科学家(包括石油公司)担心发生严重的油气泄漏，并造成灾难性后果。干枯假说最有力的实物依据 - 钠盐是取自134站位，其他深水盆地的钠盐是根据地震资料推测的。然而，可惜的是，134站位的盐类沉积并非正常沉积，而是从撒丁岛(Sardinia)岛坡上冲刷到深盆的浊流沉积(Turbidite, 即海底泥石流)。此外，在这套沉积中，还混杂了岩石碎片，石英颗粒，淤泥，海绿石, 这些都是浅水(陆架-上陆坡)物质；还有上陆坡低氧环境下的有孔虫，如Bolivinoides，Bolivina等。这些生物同样也都是对“浊流"的有力支持。从理论上讲，这不可以作为干枯的理论依据。可令人意外的是，干枯作者们却选用了这个错误的DSDP 134站位作为假设依据，并忽视了在134站位附近的DSDP 133站位(水深2563米)。133站位存在着巨大的沉积间断(详情见后)。
 
那么，地中海海底是否塌陷沉降过？许靖华教授认为地中海没有塌陷过，理由是海底有一条连续的地震"M-反射面(Messinian Reflector)"。这条反射面即是墨西拿盐层和上覆上新世赞克勒(Zanclean)期深水沉积物之间的界面。
 
大量的地中海及其周边地区的地质研究表明：530万年前的地中海地区曾象一个被打破了的菜盆，四分五裂。由于地中海存在着强烈的地壳板块及微板块活动，多个次级海域曾发生过强烈的崩塌沉降成盆或抬升成陆，最著名的有西地中海北部的狮子湾(Gulf of Lion), 东地中海的伊奥尼亚海(Ionian Sea)和第勒尼安海(Tyrrhenian Sea)等。其实，这种M-反射面并不一定非要深盆浅水才能形成，浅水浅盆也可形成，然后崩塌沉降在深海仍保留完整的M–反射面，第勒尼安海M-反射面便是一个典型的浅水浅盆例子。
 
在墨西拿期以后，许多地中海周边地区相继抬升成为陆地，如西班牙的Sorbas盆地，意大利的Vena del Gesso盆地和Apennine山脉, 利比亚昔兰尼加(Cyrenaica) 等，而在地中海中心地区则呈现下沉现象，如爱奥尼亚(Ionian)海盆, 第勒尼安(Tyrrhenian)海盆。
 
然而，最引人注目的当属干枯理论的关键盆地 - Balearic盆地。根据地质调查，这个盆地在赞克勒大洪水(Zanclean Flood)前确实曾经发生过大规模的塌陷，但一直被科学家认为塌陷发生墨西拿期之前。在133站位，134A, 134B, 134C和134E钻孔，533万年后(即墨西拿后)的深海沉积直接覆盖在3亿年(二叠纪)前的变质岩和坚实的红褐色砂岩之上，表明在此处存在着巨大的沉积间断(Hiatus)，也就说在墨西拿期结束之前上述站位有极大的可能暴露在地面之上，而且一直处于机械侵蚀的状态之下，在墨西拿期结束后，地壳或部分地壳快速蹦塌下沉。众所周知，长达3亿年(二叠纪–上新世)的沉积间断很难简单地解释为纯深海侵蚀，因为在深海侵蚀过程中，很难做到"一尘不染"，相反难免在亿年的时间里会有年轻的物质补偿沉淀，所以，比较合理的解释是Balearic盆地(或部分地区)曾经长期暴露在地表，并处在剥蚀的环境中，然后在上新世的赞克勒(Zanclean)期初地块快速崩塌沉陷，形成深海盆地，同时引发了地球历史上最恐怖的赞克勒特大洪水。这个解释也受Balearic盆地基底岩岩性，撒丁岛的基底岩石及其盆地北部的岩性一致性和撒丁岛岛坡基部及DSDP 134站位之间的几条大断裂(断层)的支持。奇怪的，是在1973年的DSDP 13航次的初步报告中提到过133站位及134若干钻孔的这个大间断后，除个别外，似乎很少有人想起，基本上一直处于"静音"状态。有趣的是，AI Grok分析了Balearic盆地的地震剖面和133及134钻孔的岩性后，高度支持崩塌(Foundering)或下沉(Subsidence)的结论(图8)。
 
4, 深盆深水也能成盐
过去50多年来，人们都一直纠结在"浅盆浅水"和"深盆浅水"成盐的理论上。然而，本文意欲简单补充一下鲜为人知的"深盆深水"环境成盐的可能性。在上世纪90年代，科学家对东地中海深渊的卫星遥感发现，在今天的东地中海数千米以下的海底存在着高盐卤水池，海底拖网也拖到一块10公斤重的块状钠盐，表明只要环境足够封闭，海流流通不畅，今天的深水海底同样可以形成钠盐。那时，有人就深海钠盐问题和地中海干枯的第三作者Maria Cita有过意见交流，但Cita以

图8. 这两个截屏来自Grok AI对西地中海地质构造演化的评估：Grok在分析地震剖面和DSDP站位133和134钻孔岩性后认为西地中海(或Balearic盆地)在墨西拿期结束后确实存在塌陷或沉降现象。
 
二者钠盐不同"为由被武断否定。有人反唇相讥说"经过500多万年的成岩作用当然不同"。无论如何，钠盐的形成从此再也不是浅水环境的专属品。
 
五，古海荒漠是多重因素综合作用的结果
地中海盐度危机假说经过50多年的磨砻淬砺，我们已经越来越明白地中海海底在墨西拿时期相当复杂，高低不平的地貌，纵横交错的深水区(Abyssal)，卤水湖(Brine pool)，干盐湖(Playa lake)，盐沼(Sabkha)等，所以盐类的形成并非单一成因，而是多重因素综合的结果，也就是说它们当中有多种沉积模式，如浅盆浅水，深盆深水，深盆浅水，地壳有过断裂，有过下陷，大西洋海水也并非被完全截流，而是在整个墨西拿时期有某种程度上的频繁沟通。
 
80年代的Robert Dietz和90年代的我对单一深盆浅水的成因质疑都是对的。 所幸的是，原"地中海干枯假说“的第二作者-哥伦比亚大学教授William Ryan分别于2009, 2011和2025年承认其中有误，并对原假说进行了修改订正，由单一的"深盆浅水"模式修改为“浅缘浅水”与“深盆深水”两个阶段，不再提深盆浅水的假说。在第一阶段沉积"下蒸发岩"时，地中海海面始终维持在与外部大西洋持平或极为接近的水平，这也得到岁差旋回的支持。Ryan也证实在此其间地中海盆地发生了显著沉降。
 
在第二阶段沉积"上蒸发岩"时，根据多旋回岁差和岩性特征，并无充分理由认为地中海海盆处于完全干涸的状态，而是由于古气候和古海面的波动，海水仍然可以注入地中海，也包括远离直布罗陀海峡的东地中海。值得强调的是，在560万年前，由于冰川导致海平面大幅下降80多米，地中海才基本和大西洋有过短暂隔离。
 
六，墨西拿盐度危机后的赞克勒大洪水
大约590万年前，地壳运动导致直布罗陀海峡部分封闭，某种程度上限制了地中海与大西洋之间水流交汇，引发了著名的墨西拿盐度危机。这一事件持续了约64万年。危机结束后，大约530万年前，地壳构造变化和侵蚀作用导致直布罗陀海峡的陆桥崩塌，大西洋水以惊人速度破闸而入，形成赞克勒大洪水(Zanclean Flood)一幕。这一过程并非渐进，而是灾难性的“兆洪水-Megaflood”。水流最初通过一个狭窄的通道倾泻而下，由于地中海盆地沉降后的深度远低于大西洋海平面，形成了地球历史上最壮观的瀑布。科学家估计，这个瀑布的高度约达1.6公里(一英里)，相当于非洲维多利亚瀑布(Victoria Falls，高约108米)高度的15倍左右。水流速度高达每小时160公里，并携带着巨量泥沙和岩石，冲刷出深达数百米的峡谷。这一景象堪比科幻电影，汹涌的洋流如天河倾倒，雾气缭绕，声势浩大，远超任何现代瀑布的规模。
 
洪水涌入后，迅速均匀的充填地中海盆地。研究显示，整个过程可能只需几个月到两年时间。起初，水流以每日数米的速度上涨，峰值时每秒流量达1亿立方米，相当于尼罗河流量的1000倍。首先充满西部盆地，然后通过西西里海峡进入东部盆地，洪水抵达时引发了海啸般的冲击波，侵蚀并沉积了大量物质。整个地中海从若干卤水湖组成的盆地恢复为如今模样的海洋，地质记录清晰显示，大洋沉积物直接覆盖在墨西拿蒸发岩层之上，而无过渡层，这表明洪水充填极为迅速，属突发事件，没有时间形成渐变沉积。 赞克勒大洪水不仅重塑了地中海生态，还影响了全球气候和海平面，也标志着中新世向上新世的转变，从此结束了地中海的传奇一生。这一事件提醒我们，地球历史中隐藏着无数剧变，值得深入探索，继续书写那些迄今不为人知的故事。
 
 作者简介：章纪君博士，1982年12月赴美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特地质研究所(Lamont-Doherty Geological Observatory)研究海洋浮游有孔虫；1984年赴美国田纳西州Vanderbilt 大学学习海洋钙质超微浮游生物; 自1987年至2013年在美国自然历史博物馆微体古生物出版社和拉蒙特地质研究所从事特殊出版物编辑，海洋古生物及生物地层学和天外物质的研究。1991年进入加拿大哈里法克斯的达尔豪斯(Dalhousie)大学深造，1996年取得博士学位。在学期间获奖情况：1996-1999年：美国弗罗里达大学美国国家科学基金会 (NSF) 的博士后资助。1993-1996年连续四年获达尔豪斯大学研究生 Izaak Walton Killam 纪念奖学金。1994年获美国地质学会 (GSA) 学生研究奖。1993年获美国全球一年一度一人的Cushman 基金会学生奖。1991-1993年连续二次获达尔豪斯大学研究生奖学金。1991-1996仼达尔豪斯大学助教。
1997年在法国Anger大学地质系做访问教授。2000年后在利比亚－美国合营公司－”绿州石油公司”任实验室主任，从事古生物，地层和古盆地重建工作， 同时担任石油公司的地质，古生物学的教育培训工作。
出版物二部书，中文版一部由”海洋出版社”出版, 合著1988, 438pp; 另一部英文版由Springer-Verlag 出版社出版, 合著, 1985, 370pp. 1985-1986期间曾参与中国的“辞海”汇编。
在”海洋出版社”1988年专著一书中，命名了16个第四纪底栖有孔虫新物种. 另外在美国 ”Micropaleontology”1995年一文中，命名了一个渐新世(Oligocene)的浮游有孔虫一个新属(Protentelloides) 和二个新种(Protentelloides primitiva 和Protentelloides dalhousiei).
出版文章20余篇，发表于各种科学杂志上, 如Palaios,Deep Sea Research, Marine Micropaleontology, Micropaleontology, Paleoceanography, Geology, Oceanography Acta Sinica等.为绿洲石油公司撰写内部专业报告20余篇.