知乎日報:地中海乾涸後大西洋的海水又灌進來的時候是怎樣的景象?

  如果人類早出現 200 萬年,也許就可以在神話傳説裏牛逼哄哄的記下一筆:老子祖先當年在地中海沙漠裏見過真正的大洪水(然後淹死了,好像哪裏不對)。然而這一切並沒有發生。這次也許是最近幾百萬年裏規模最大、最精彩的超級洪水,只將它們的魅力(恐怖)展現給了天地玄黃,還有那些從歐洲和非洲遷徙到地中海沙漠裏的飛禽走獸。

  從上個世紀六七十年代起,以許靖華先生的研究作引子,“地中海曾經乾涸過“這個話題就成為相當一部分地質工作者津津樂道的話題。墨西拿期成鹽事件(Messinian Salinity Crisis)就是對這一場大幹涸的高度概括。在距今 725 萬 - 533 萬年的墨西拿期(Messinian)中後階段由於非洲板塊與歐亞板塊的逐漸合攏,今日的直布羅陀地區從多島殘餘海抬升成為一個狹長地峽,阻斷了大西洋與地中海的海水交流,地中海從一個侷限海徹底轉變為一個鹹水湖。在北緯 40 度附近的副熱帶高壓和西風帶交替控制下,湖水蒸發的速率遠遠大於周圍河流補給淡水的速率,並最終導致地中海大多數地區乾涸,在海底留下厚厚的石膏、石鹽等蒸發巖。

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  (上圖紅色為鹽巖,綠色為碳酸鹽巖和硫酸鹽巖。碳酸鹽巖出現在蒸發早期,硫酸鹽次之,鹽巖是最後階段的產物)

  這個乾涸階段,大致發生在 596 萬至 533 萬年之間。但這個過程並非一次性的——無論是蒸發巖的總量還是深海盆地裏發現的多次侵蝕界面,都表明乾涸的過程存在反覆,或者用更精確的描述:存在多個蒸發旋迴。畢竟是 63 萬年的光陰,且不説構造活動和風化作用對直布羅陀地峽完整性的小幅度破壞(地震、溯源侵蝕、滑坡等),單就從米蘭科維奇旋迴的角度,這個時間長度足以發生多次的大規模氣候冷暖波動,從而直接影響全球海平面的升降和阿爾卑斯山脈冰川的增減,並最終反映在進入地中海盆地總水量的波動上。

  但這並不是重點,重點在於墨西拿期結束後的贊克勒期大洪水(Zanclean Flood)。

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  如果説地質學家們對於墨西拿期成鹽事件的起因和過程尚有着較清晰的認識,那麼對於贊克勒期大洪水的認識,就要相形見絀得多了。

  533 萬年前,墨西拿期結束。它的地質標誌則是在地中海盆地大範圍的侵蝕界面上,突然覆蓋上了正常海相沈積物。無論是盆地中心從侵蝕面 - 濱岸帶 - 淺海 - 深海的快速變化,還是盆地邊緣特定區域的珊瑚礁快速後退,一場快得令人咋舌的大海侵,用一種激烈的方式宣告了新時代的到來,也終結了直布羅陀地峽的短暫歷史。

  這次海侵來勢洶湧,引大西洋之水重新填滿了地中海盆地,一方面對幾十萬年來生活在這一片區域的生物帶來滅頂之災,另一方面也在直布羅陀地峽砍出了一道深深的傷痕。

  在過去,人們早已粗略的識別出直布羅陀地區存在大規模下切谷,但對下切谷的發育時期存在爭論。

  有人説這是墨西拿成鹽期裏,海水時不時湧入形成的下切谷,也有人説這是墨西拿期結束後,直布羅陀大洪水留下的地質證據。終於,這場曠日持久的爭論隨着更新的鑽井資料和地震資料畫上了一個可能的句號。

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  根據前些年在直布羅陀海峽附近採集的地震資料,地質學家們發現了這個巨大的傷口。上圖顯示剖面位置,左邊是下圖的剖面 a,右邊是下圖剖面 b。上圖紅色疊加層及紅線,顯示了下切谷在平面上的規模。

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  在剖面 b 中,可以看到一個規模龐大的 U 形下切谷。這個下切谷切穿了 MES,即 Messinian erosional surface,墨西拿階侵蝕面,切入了更深的中新統(墨西拿階只是中新統的最後一個階)地層。這張地震剖面及配合的鑽井資料足以説明,這個下切谷形成於 MES 形成之後,即為 Zanclean 期早期沖刷出來的下切谷

  在剖面 a 中,兩個呈 V 字型的峽谷硬生生的在土黃色基底(前 Zanclean 地層)中鑿出了一個 Tartesos 潛山——這是剖面 b 那個下切谷的上游,峽谷更加陡峭,下切得也更深(250m 以上)。下切谷中充填着來源於基底的 Betic-Rifean 復理石地層的角礫。

  到了這裏,我們可以確認這場大洪水存在過,可我們還要確定它的樣子。

  下切谷可以理解為古代河道沖刷出來的峽谷(雖然這裏流淌的是海水),它當然可以作為大洪水存在過的地質證據,但這場洪水到底是什麼樣子卻還需要一些其他的資料。比如,地形坡度,從大西洋海底到地中海盆地西部的地形坡度……

  一道這麼長的下切谷,它的坡度是多少呢?

  在這篇論文的補充材料中,一張地震剖面回答了這個疑問。

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(第一張剖面位置圖的 Supplementary fig.2 剖面)

  在這張剖面上,可以測得傾斜度約為 2%,在文中作者則將平均坡度描述為 1% 至 4%——最大 2.23 度——2% 的傾斜度,配合上 55 公里的剖面長度,可以產生 1100m 的高差。考慮到這只是平均數,一些大小不一的上下浮動我們就忽略了。

  所以,贊克勒大洪水可能並不是很多人想象中,無數個尼亞加拉大瀑布的集合,從大西洋一步跌入 1000 多米深的地中海盆地,像這樣——

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  而更像是一條濁浪翻飛的激流。

  嗯,可能會比較眼熟,比如把這個樣子放大個十倍百倍——

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  峽谷地形,get

  一定的坡度,平均 2.23 度,get

  沖刷兩岸地層,將大量岩石碎塊沖刷下來,在激流中磨碎成為角礫和砂石,get

  唯一的不同可能在於,這水是鹹的!!!

  我知道,想看超級大瀑布的童鞋們需要冷靜一下,呵呵~~

  (怪我咯?)

  最後一個問題:海水填滿地中海盆地用了多久?

  還是這篇論文裏,作者推算的結論是:最快可能只用了幾個月,最慢兩三年。日漲水率最大可能為 10 米 / 日。

  Though it started as a trickle that may have lasted several thousand years, as much as 90% of the incoming water was transferred in less than two years. Such an abrupt flood may have involved peak rates of sea level rise of more than 10 metres a day.

  (Taken at the flood,編輯的總結詞)

  對此,我只想説,我靠。

  參考文獻:Garcia-Castellanos D, Estrada F, Jiménez-Munt I, et al. Catastrophic flood of the Mediterranean after the Messinian salinity crisis[J]. Nature, 2009, 462(7274): 778-781.

  我們來想象這樣的場景:

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  533 萬年的直布羅陀地峽,西邊是煙波浩渺的大西洋,東邊是一望無際的虛空。山勢緩緩延伸,無邊無際,看不到底。稀稀拉拉的植被點綴在山石之間,幾條溪流叮咚作響流向遠方。遙遠的東方,似乎浮現出一些海市蜃樓的影子?

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  突然有一天,原本潺潺的溪流變得白浪滔天。也許是一場地震?也許是剛剛下過的暴雨?這樣的場景以前也發生過,總是很快就會停。

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  可這一次不知怎麼的,洪流不僅絲毫沒有減弱的跡象,反而越來越大。濁浪發出巨大的咆哮聲,山石震顫着跌進水中。原本白色的洪流,已經變成渾濁的黃色。這山體的岩石本就不太堅實,復理石建造這種泥岩為主夾點砂岩的地層,在愈來愈大的洪水面前不斷崩塌。

  飛鳥驚了,它們嘰喳亂叫着從枝頭略過;走獸懼了,它們盲目的四散奔逃,但總是有逃避不及跌入洪流的。一排排的樹木 / 一叢叢的灌木 / 一株株的仙人柱 / 一團團的野草(whatever……)倒進洪水沖刷出的山谷,消逝不見……

  沒人能夠想到,這場洪水竟然沒有盡頭。幾個月過去了,原本的小溪流竟已變成一條寬闊的峽谷。飛禽走獸驚慌逃命的動靜早已遠去,取代的是時不時躍出水面的魚。它們似乎在努力對抗巨大的水流,怎奈最終還是敵不過自然的偉力。西邊,大西洋依舊如常;東邊,一個看不到頭的峽谷一路延伸。

  一年之後,一個寬闊的海峽橫亙在天地之間。西邊,大西洋海水翻滾着湧入海峽;東邊,一個巨大的湖泊眼見着已經漲到了半山腰。天知道這個幾乎在一瞬間形成的湖泊淹沒了多少生命。水依然在流淌,但流速已經明顯弱了下來。兩邊水的位齊平,只是一個時間問題。

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  這就是直布羅陀地峽的故事。感謝閲讀。

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