大约距今2.5亿年前，冈瓦纳古陆开始向北漂移。到2亿年前，冈瓦纳古陆开始与欧亚大陆相撞，逐渐使古地中海封闭。古地中海从中国大陆退出，可能发生在1.8亿年前，而古地中海从西藏北部、东部和云南西部完全退出，可能发生在1亿年前。到了距今7000万年前，西藏、云南等地壳开始上升，迫使古地中海完全退出中国大陆。距今800万年前，范围辽阔的古地中海，由于两个大陆靠拢并发生碰撞，它的面积不仅大为缩小，而且逐步呈现封闭状态，失去了与世界大洋的联系。
地中海完全封闭之后，成为一潭死水。由于气候炎热、风急沙多、降雨少、蒸发量大，地中海逐年缩小。大约在距今600万年前，地中海干枯了，留下了一个比大西洋海平面低3000米的沙漠盆地。这个沙漠盆地起码比今天的地中海要大，这个干枯的大沙漠在地球上存在了数十万年。较早期的研究曾推断，一次大冰期导致了海平面下降，从而暴露出欧洲与非洲之间的一座陆桥。之后，当冰期结束，海平面再次上升。最终，海水冲破了陆桥，在接下来的几千年里，迅速增容的溪流在陆地上冲刷出了一道越来越深的缺口，直到涌入的海水变得势不可挡——所含的水量可能是今天地球上流量最大的亚马孙河的1000倍。尽管洪水是逐渐形成的，但它却按照相当大的比例增长，超过90%的海水充填是在不到两年的时间内发生的，甚至可能只用了几个月——在最高峰的时候，每天可使地中海盆地的海平面上升10多米。
如今，地中海位于干旱地区，终年气温高，气候干燥，降雨量少。据资料统计，地中海地区年蒸发量超过了年降水量与江河径流量之和，其表层海水的盐度要比大西洋海水的盐度高得多，这些高盐水比重大，它们从300多米深的直布罗陀海峡流出，进入大西洋后，就下沉到约千米深的平衡水层，而且能流入大西洋数千公里之外。另一方面，大西洋海水又从其表层流入地中海，作为从地中海流出的表层水的补偿。这些大西洋海水流入地中海之后，经蒸发而冷却，又沉入地中海的深层，地中海的水体就这样循环不息，保持住自身的平衡。
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