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  地中海盆地囊括了欧洲、亚洲和非洲三大洲的交界部分。  欧洲在地中海盆地的北部,南欧的三大半岛:伊比利亚半岛、意大利半岛和巴尔干半岛延伸至地中海气候区。一系列褶皱山脉,其中包括法国和西班牙交界的比利牛斯山,意大利与中欧交界处的阿尔卑斯山,亚得里亚海东部沿岸的狄那里克阿尔卑斯山脉,巴尔干半岛上将地中海气候与中欧、西欧的温带气候分隔开来的巴尔干山脉和罗多彼山脉。  地中海盆地一直延伸到西亚,包括小亚细亚半岛的西部和南部,但土耳其中部属于温带气候的山区除外。它还包括在地中海的东端属于地中海气候的累范特地区,止于叙利亚沙漠和内盖夫沙漠东部及南部。  地处非洲西北的马格里布地区,其北部为地中海气候,被阿特拉斯山脉和横跨北非的撒哈拉沙漠与其他区域分隔开。撒哈拉沙漠延伸到东地中海的南岸,仅利比亚的昔兰尼加半岛的北部边缘属于地中海气候。

  地中海盆地的形成源自远古时期北移的阿拉伯-非洲大陆与稳固的欧亚大陆之间的碰撞。由于非洲-阿拉伯的北移,使得分隔了欧亚大陆与冈瓦那大陆的特提斯洋被封闭。大约同一时期(1亿7000万年前的侏罗纪),在特提斯洋的东端封闭之前,很快形成了一个小的新特提斯洋盆。在渐新世(3400万年前至2300万年前)和中新世(2300万年前至530万年前)期间发生的阿尔卑斯造山运动中,陆地之间的碰撞使得一系列山脉就此崛起,从西班牙的比利牛斯山脉一直延伸到伊朗的扎格罗斯山脉。由于板块碰撞导致的折叠与俯冲,使得新特提斯洋扩大。大约600万年前的晚中新世期间,地中海西端因阿拉伯板块的漂移而封闭,进而导致整个海洋全部蒸发。海水不断干涸并被再度填满以墨西拿盐度危机之名而著称,大西洋的海水将盆地至少重新注满了69次。  中新世的结束末也标志着地中海盆地的气候变化。化石证据表明,中新世的地中海盆地夏季降雨,是相对湿润的亚热带气候,生长着常绿阔叶林。在3200-2800万年前的上新世期间,夏季降水减少,气候向地中海气候转变。亚热带常绿阔叶林带消退,但在大西洋中的马卡罗尼西亚上仍然存在;如今的地中海植被逐渐兴起,以针叶林、硬叶林和灌木为主,体积小,木质硬,叶表面有蜡质,在干燥的夏季可减少水分流失。由于数千年来人类的活动,这些森林和灌木林大部分已经面目全非,曾经树木繁茂的地方现在只有为数不多的区域相对完整。

  德国植物学家奥古斯特·格里瑟巴赫在19世纪后期首先提出“地中海植物区”这一概念。  从植物地理学上来说,地中海植物区包括:地中海盆地及附近的大西洋海岸;北非的地中海森林、干燥林地和草原;安纳托利亚东北部以及俄罗斯阿纳帕、图阿普谢之间的黑海海岸;塞瓦斯托波尔和费奥多西亚之间的克里米亚半岛南岸。该区域属于泛北极植物区 的特提斯植物亚区,处于环北方植物区、伊朗-图兰植物区、撒哈拉-阿拉伯植物区和马卡罗尼西亚植物区之间。  露叶毛毡苔科是当地唯一的植物特有种。 近乎特有的属有紫花荠属、Sesamoides、菜蓟属、紫花海芋属、鼠尾南星属和双芋属。在地中海植被的特有种中广为人知的有地中海白松、石松、地中海柏木、月桂、苏合香树、冬青栎、胭脂虫栎、野草莓树、希腊草莓树、乳香黄连木、笃耨香、香桃木、夹竹桃、茛<unk>花和穗花牡荆。此外,许多植物分类单元只与四个相邻植物区系中的一个相同。根据不同版本的亚美因·塔赫塔江的划分法,地中海地区被进一步细分为七到九个区系:西南地中海(或南摩洛哥、西南地中海)、伊比利亚-巴利阿里(或伊比利亚、巴利阿里)、利古里亚-提伦尼亚(也称伊特鲁里亚)、亚得里亚海、东地中海、南地中海和克里米亚-新罗西斯克。  地中海盆地是世界上全球五个地中海型植被地区中最大的一个。这里是很多植物群落的发源地,它们因降水、海拔、纬度和土壤等不同而产生多样性。

  约自23万年前起,尼安德特人就居住在西亚,以及欧洲无冰川的部分。而现代人类(即克罗马侬人)最早于10万年前从非洲移居到西亚,在约50,000-40,000年前迁移至欧洲。  最近的一个冰河时期——威斯康辛冰期——约在21,000年前达到末次冰盛期,结束于约12,000年前。一个被称为全新世最佳气候的温暖时期紧随其后。  公元前第9千年的地中海东部,随着绵羊和山羊被驯养以及包括小麦、鹰嘴豆和橄榄在内的粮食作物,使农业定居点得以建立。近东的谷物在公元前第7千年传播到欧洲东南部。 从公元前第6至第3千年间,罂粟和燕麦被引入欧洲,农业定居点遍布地中海盆地。巨石文化于公元前4500-1500年在欧洲建成。  9000-7000年前,夏季季风的增强导致撒哈拉降雨量增加,成为有着湖泊、河流和湿地的草原。在一段气候不稳定的时期后,撒哈拉在公元前四千年成为沙漠。

  小麦是地中海盆地周围的主要粮食作物。豆类和蔬菜也有所种植。特色的乔木作物是橄榄,而无花果和柑橘属,特别是柠檬,生长在灌溉区。葡萄是可用来酿酒的藤蔓作物。水稻和夏季蔬菜种植在灌溉区。
在生物地理学上,地中海盆地(也被称为地中海地区或地中海)是指地中海周围的陆地区域,属地中海式气候,冬季温和多雨,夏季炎热干燥,有着颇具特色的地中海型森林、林地和灌木。作为一个经验法则,地中海盆地是旧大陆中长着橄榄树的地方。然而橄榄树也见于世界上其他为地中海气候的地区,同时,地中海周边许多不属于地中海气候的地区并没有橄榄树的存在。