認(rèn)真閱讀下面的文章，并思考文末互動提出的問題，嚴(yán)格按照互動：你的答案格式在評論區(qū)留言，就有機(jī)會獲得由浙江科學(xué)技術(shù)出版社提供的優(yōu)質(zhì)科普書籍《生命未被理解的真相》。

長期以來，研究人員普遍認(rèn)為，大約500萬年前，一場突然爆發(fā)的超級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（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(rèn)識。在為期54天的航行中，“挑戰(zhàn)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(jié)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(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”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?！?/p>

這一災(zāi)難的故事引起轟動。大衛(wèi)·愛登堡（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50萬年時(shí)期內(nèi)與外界隔絕；其二，地中海最終通過直布羅陀海峽爆發(fā)的災(zāi)難性洪水重新恢復(fù)，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(xì)節(jié)都值得質(zhì)疑。許多地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，干涸過程可能遠(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?？赡軓奈磁c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：“超級洪水這一概念，以及支持它的數(shù)據(jù)，大多存在問題?！?/p>

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(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(shù)家對直布羅陀一處現(xiàn)已沉沒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

一個地質(zhì)學(xué)難題

今天的地中海，每年通過蒸發(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(xù)積聚。

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

在第一個鉆孔中，挑戰(zhàn)號的鉆頭在海底下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：“它帶上來了整桶整桶的礫石。”

海底通常不會出現(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)頭問我：‘你覺得地中海干涸過嗎？’”

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)的第三個階段，地中海的地形變化一直存在很大爭議。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。下方地圖呈現(xiàn)了距今533萬至555萬年間該海域的高水位（紫色標(biāo)識）與低水位（褐色標(biāo)識）狀態(tài)。

最終的關(guān)鍵證據(jù)是在“挑戰(zhàn)者號”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(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論，但它確實(shí)存在一些無法解釋的問題?！?br/>

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(qū)域環(huán)境演化認(rèn)識的不斷深化。自1973年以來，巖石、巖芯樣本和地震探測數(shù)據(jù)，以及越來越多的計(jì)算機(jī)模擬所講述的故事變得更加詳細(xì)，也更加動態(tài)。其中包括不斷變化的海岸線、陸橋、火山活動，以及反復(fù)出現(xiàn)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(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蒸發(fā)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(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)纬裳仄孪蛳铝鲃拥乃鳎ǖ刭|(zhì)學(xué)術(shù)語稱為“高密度陸架水級聯(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)想還面臨一個數(shù)學(xué)問題：現(xiàn)存鹽層規(guī)模過于巨大，無法通過一次蒸發(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。在那里，石膏層與富含有機(jī)質(zhì)的頁巖層交替出現(xiàn)，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(shí)期?？偣灿?6組這樣的沉積層，其年齡間隔約為23000年。

這一周期對地質(zhì)學(xué)家而言并不陌生，因?yàn)檫@正是地球自轉(zhuǎn)軸（像一個搖晃的陀螺一樣）完成一周運(yùn)動所需的時(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)致的海平面波動可能會反復(fù)地開啟和關(guān)閉地中海與大西洋之間的連接通道。

就像一個搖晃的旋轉(zhuǎn)陀螺一樣，地球自轉(zhuǎn)軸也會沿著一個緩慢的圓周運(yùn)動，大約每23000年完成一個完整周期。地球自轉(zhuǎn)軸的這種偏移會影響氣候，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)期則形成頁巖。

那個石膏形成時(shí)期如今被稱為鹽度危機(jī)的第一階段。第二階段則是一個相對短暫、持續(xù)約5萬年的時(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)對此持強(qiáng)烈反對意見。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——只能流入、無法流出——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。事實(shí)上，也確實(shí)存在證據(jù)顯示，非洲動物曾在這一時(shí)期遷移進(jìn)入歐洲。

鹽度危機(jī)最后20萬年被稱為第三階段，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(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)模擬侵蝕過程，認(rèn)為地中海在第三階段正逐漸恢復(fù)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(qū)域，而當(dāng)時(shí)這兩個區(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且坡度很陡，其邊緣會迅速向今天的黑海方向侵蝕。而當(dāng)時(shí)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(shí)期建立的。如果確實(shí)如此，那么地中海開始獲得此前無法進(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)和了看起來相互矛盾的證據(jù)。他說：“在‘干涸地中?！汀錆M海水的地中海’之間的爭論中，如果你想站在中間，并認(rèn)可所有人的觀測結(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?！?/p>

超級洪水不翼而飛

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)于那場理論上結(jié)束了危機(jī)的超級洪水，直接證據(jù)竟然非常少。許靖華最初發(fā)表于《科學(xué)美國人》的文章只用了半頁篇幅討論它，而且提供的證據(jù)也很有限。50年后，瑞安寫出了一篇100頁的回顧文章，其中關(guān)于超級洪水的內(nèi)容也只有3頁。這樣一場非同尋常的洪水，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，并沒有任何跡象顯示這種事情曾經(jīng)發(fā)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(zhàn)者號（Glomar Challenger）”的稱號，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(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，他們在采集的巖芯中沒有發(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?！边@與超級洪水的環(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，他們沒有發(fā)現(xiàn)鹽層，也沒有找到證據(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)過直布羅陀?！?/p>

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(shí)期完全不同?！薄按撕笮纬闪诵碌拇笮秃Ｅ瑁绲诶漳岚埠Ｅ瑁═yrrhenian 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700萬年前仍然處于水下。

無論這一過程究竟如何發(fā)生，這種新的敘事方式都帶來了重要啟示：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)，就會產(chǎn)生類似現(xiàn)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(fā)這些巨大的變化。曼齊說：“某種意義上，這反而更令人不安，”因?yàn)檫@說明：“即使沒有極端事件，也可能達(dá)到極端狀態(tài)。”

機(jī)會失之交臂？

最近的“JOIDES Resolution”號考察任務(wù)還有一個更廣泛的目標(biāo)：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(dǎo)致降溫?！岸?dāng)這些沉積物重新溶解并釋放出來時(shí)，則會導(dǎo)致升溫?！?/p>

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在過去如何影響氣候，以及它們可能如何修正當(dāng)前關(guān)于氣候變化的預(yù)測。

遺憾的是，這些數(shù)據(jù)可能需要很長時(shí)間才能獲得。因?yàn)椤癑OIDES Resolution”號已經(jīng)退役，而且目前看不到替代船只的出現(xiàn)。弗萊克說：“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?！?br/>

作者：Dana Mackenzie

翻譯：Aegon

審校：姬子隰

fu

li

shi

jian

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》。

生命是什么？如何從無生命中涌現(xiàn)？宇宙中是否存在其他生命？80年前，薛定諤在《生命是什么》中，首次從物理學(xué)視角提出了生命的根本問題；80年后，NASA物理學(xué)家、圣塔菲研究所研究員莎拉·沃克的《生命未被理解的真相》，則給出了可量化的物理學(xué)答案。

本書顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知，提出革命性“組裝理論”，以可量化的組裝指數(shù)“15”，不僅首次清晰劃定生命與非生命的界限，而且跳出碳基生命的框架——從火星螺絲刀是否為生命證據(jù)，到AI能否擁有生命屬性......層層拆解生命起源、地外生命、意識本質(zhì)等終極問題。帶你看清生命從未被真正理解的底層真相，重塑對宇宙、智能與自我的認(rèn)知。

【互動問題：如果你生活在約600萬年前的地中海周邊，你認(rèn)為眼前的世界更可能是什么樣子？】

請大家嚴(yán)格按照互動：問題答案的格式在評論區(qū)留言參與互動，格式不符合要求者無效。

截止到本周四中午12：00，參與互動的留言中點(diǎn)贊數(shù)排名第二、三、五的朋友將獲得我們送出的圖書一套（點(diǎn)贊數(shù)相同的留言記為并列，并列的后一名次序加一，如并列第二的后一位讀者記為第三名，以此類推）。

為了保證更多的朋友能夠參與獲獎，過往四期內(nèi)獲過獎的朋友不能再獲得獎品，名次會依次順延

*本活動僅限于微信平臺

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