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Tides of time: exploring antiquity’s perilous submersion using geoarchaeology


Christophe Morhange, Aix-Marseille Université et EPHE (PSL)

Nick Marriner, CNRS-Université de Franche Comté

Matteo Vacchi, Université de Pise


Coastal societies are particularly vulnerable to geological hazards and must develop strategies to mitigate their effects. While inland communities also face geological risks such as earthquakes and volcanic eruptions, coastal settlements are at greater risk due to their location at the interface of land and sea. Tsunamis are an obvious connection between geological hazards and the ocean, but slower changes such as sea-level rise associated with the melting of Pleistocene ice sheets also pose significant threats. Neotectonic changes along coasts have been occurring since the Neolithic era, and human activity has become a significant contributing factor. Settlements in this region are constrained by the environment, but they also modify and impact it, often leading to problems. In fact, humans themselves have become a geological hazard. Geoarchaeology has focused on palaeo-environmental reconstructions and landscape evolution, but recent research has increased our understanding of palaeohazards in coastal areas, particularly in the Mediterranean.

Since 18,000 years BP, sea-level rise has caused significant areas of Palaeolithic archaeology to be submerged beneath the sea, and until modern times, coastal societies were completely at the mercy of this natural process. Late prehistoric settlements in Southern France provide evidence of the effect of sea-level rise on human settlement, as seen in partially submerged sites such as the Palaeolithic cave Cosquer near Marseille. While the sea-level change was too slow to be considered a hazard, no technology was yet available to protect against the inexorable rise of the sea.

Since ca. 6,000 years BP, sea-level changes have decelerated and are mostly attributable to glacio-isostatic factors. In the Mediterranean, relative sea-level changes of <10m are generally observed. The Mediterranean provides excellent palaeobathymetric archives due to precise biological zonation of marine species living above or below mean sea level and the density of archaeological coastal remains such as harbours and drowned urban areas. A methodology refined by Laborel and Laborel-Deguen (1994) has been successfully applied to numerous excavations, accurately reconstructing relative sea-level trends since antiquity at a number of Mediterranean sites. By establishing precise vertical relationships between archaeological structures and biological zonation, it is possible to overcome the bathymetric imprecision often associated with archaeological data. The strength of this approach lies in the bathymetric precision of biological zonation with the chronological accuracy of well-dated archaeological remains. For example, certain species’ biological zoning, such as the upper limit of Balanus, Lithophaga, or Vermetus populations, is linked to mean biological sea level. Low vertical error margins of ±5 cm can be obtained by measuring the upper altimetric difference between fossil and contemporary populations, especially in protected harbor basins. While sea-level rise increases the risk of inundation during storms or from tsunamis in tectonically unstable areas, the short-term hazard of rapid sea-level rise is not solely attributed to deglaciation.

Over the past 6,000 years, the Mediterranean coastline has undergone significant changes due to both moderate and rapid sea-level changes. One notable consequence of moderate sea-level rise has been the gradual filling of base-level depocentres such as lagoons, river mouths, and marshlands. For instance, during the Bronze Age, the Levantine coastline was characterized by an indented morphology, which provided natural harbors in the form of estuaries and lagoons. However, the limited accommodation space and high clastic inputs from local sediment sources and the Nile eventually led to the filling of these depocentres and the emergence of a linear coastline. As a result, Bronze Age anchorage sites became isolated from the sea, and human populations were forced to relocate to new areas on the rapidly prograding coasts.

In contrast, rapid relative sea-level rise has resulted in more drastic effects, such as the submergence of ancient cities and harbors. For example, the late Roman harbor of Alexandria is now submerged about 6 m below present sea level, while the offset at ancient Menouthis and Herakleum, located west of the city, is even more pronounced at about 8 m relative to present. The mechanisms that led to the collapse of the western margin of the Nile delta are still unclear, although scholars have attributed sediment failure to different factors, including fault tectonics, sediment compaction, offshore diapirism, and slope instability. Research has also highlighted the role of instantaneous relative sea-level changes in causing harbour and settlement damage during severe high-energy events, such as tsunamis. For example, excavations in the Byzantine port of Theodosius (Yenikapi, Istanbul) have revealed a scenario of catastrophic seaport destruction during the sixth century AD earthquake and its associated tsunami.

In the past 50 years, there has been a shift in the literature from the idea of ancient cities being drowned by rising seas to a new paradigm of rapid sediment accretion driving coastal progradation and landlocking ancient coastal cities and their harbours. This phenomenon has been observed across the Mediterranean, with significant coastal changes to which ancient societies had to constantly adapt. For instance, the Bronze Age harbours of Gaza are now landlocked due to sediment inputs from the Nile that sweep westwards across the prodelta area before being deviated north toward the Levantine coast. In wave-dominated situations, sedimentary infilling has led to a change in the littoral geomorphology from an indented rocky coastline to a rectilinear coast comprising clastic sediments of predominantly fluvial origin. This has led to the gradual dislocation of ancient settlements to keep pace with coastal progradation. All base-level centers of deposition have been affected by this dynamic, as seen in many examples along the Ionian coast of Turkey. The watersheds of Miletus, Troy, Priene, and Ephesus correspond to long paleo-rias or transgressed grabens with very limited accommodation space. Recent research at Ephesus provides a good illustration of harbour displacement, or “race to the sea,” linked to rapid shoreline progradation.

Keywords: Risk, geoarchaeology, ports, Danube, Italy


References :

Anthony E. J. et al., (2014), “Human influence and the changing geomorphology of Mediterranean deltas and coasts over the last 6000 years: from progradation to destruction phase?” Earth Science Reviews 139: 336-361.

Laborel J., Laborel-Deguen F., (1994), “Biological indicators of relative sea-level variations and co-seismic displacements in the Mediterranean region” Journal of Coastal Research 674 10: 395-415.

Morhange C. et al., (2001), “Changes of relative sea level during the past 5000 years in the ancient harbor of Marseille, Southern France” Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 166: 319-329.

Morhange C. et al., (2006), “Rapid sea-level movements and noneruptive crustal deformations in the Phlegrean Fields caldera, Italy” Geology 34: 93-96.

Sartoretto S. et al., (1995), “Quand la grotte Cosquer a-t-elle été fermée par la montée des eaux?” Méditerranée 82:21-24.

Vacchi M. et al., (2016), “Multiproxy assessment of Holocene relative sea-level changes in the western Mediterranean: Sea-level variability and improvements in the definition of the isostatic signal” Earth Science Reviews 155: 172-197.

Vacchi M. et al., (2019), “Millennial variability of rates of sea-level rise in the ancient harbour of Naples (Italy, western Mediterranean Sea)” Quaternary Research 93 (1): 284-298.


Les marées du temps : explorer la submersion périlleuse de l’Antiquité à l’aide de la géoarchéologie

Les sociétés côtières sont particulièrement vulnérables aux risques géologiques et doivent élaborer des stratégies pour en atténuer les effets. Si les communautés de l’intérieur sont également confrontées à des risques géologiques tels que les tremblements de terre et les éruptions volcaniques, les localités côtières sont plus exposées en raison de leur situation à l’interface de la terre et de la mer. Les tsunamis constituent un lien évident entre les risques géologiques et l’océan, mais des changements plus lents tels que l’élévation du niveau de la mer associée à la fonte des nappes glaciaires du Pléistocène constituent également des menaces importantes. Les changements néotectoniques le long des côtes se produisent depuis le néolithique et l’activité humaine est devenue un facteur important. Les établissements humains de cette région sont limités par l’environnement, mais ils le modifient et l’influencent également, ce qui entraîne souvent des problèmes. En fait, l’homme lui-même est devenu un risque géologique. La géoarchéologie s’est concentrée sur les reconstitutions paléo-environnementales et l’évolution des paysages, mais des recherches récentes ont permis de mieux comprendre les paléo-risques dans les zones côtières, en particulier dans la région méditerranéenne.

Depuis 18 000 ans avant notre ère, l’élévation du niveau de la mer a entraîné la submersion d’une grande partie de l’archéologie paléolithique et, jusqu’à l’époque moderne, les sociétés côtières étaient complètement à la merci de ce processus naturel. Les établissements de la fin de la préhistoire dans le sud de la France témoignent de l’effet de l’élévation du niveau de la mer sur les établissements humains, comme le montrent des sites partiellement submergés tels que la grotte paléolithique Cosquer, près de Marseille. Bien que la variation du niveau de la mer ait été trop lente pour être considérée comme un danger, aucune technologie n’était encore disponible pour se protéger contre la montée inexorable de la mer.

Depuis environ 6 000 ans avant notre ère, les variations du niveau de la mer se sont ralenties et sont principalement attribuables à des facteurs glacio-isostatiques. En Méditerranée, on observe généralement des variations relatives du niveau de la mer inférieures à 10 mètres. La Méditerranée fournit d’excellentes archives paléobathymétriques en raison de la zonation biologique précise des espèces marines vivant au-dessus ou au-dessous du niveau moyen de la mer et de la densité des vestiges archéologiques côtiers tels que les ports et les zones urbaines noyées. Une méthodologie affinée par Laborel et Laborel-Deguen (1994) a été appliquée avec succès à de nombreuses fouilles, reconstituant avec précision les tendances relatives du niveau de la mer depuis l’Antiquité sur un certain nombre de sites méditerranéens. En établissant des relations verticales précises entre les structures archéologiques et la zonation biologique, il est possible de surmonter l’imprécision bathymétrique souvent associée aux données archéologiques. La force de cette approche réside dans la précision bathymétrique de la zonation biologique avec la précision chronologique des vestiges archéologiques bien datés. Par exemple, la zonation biologique de certaines espèces, comme la limite supérieure des populations de Balanus, Lithophaga ou Vermetus, est liée au niveau biologique moyen de la mer. De faibles marges d’erreur verticale de ±5 cm peuvent être obtenues en mesurant la différence altimétrique supérieure entre les populations fossiles et contemporaines, en particulier dans les bassins portuaires protégés. Si l’élévation du niveau de la mer accroît le risque d’inondation lors de tempêtes ou de tsunamis dans les zones tectoniquement instables, le risque à court terme d’une élévation rapide du niveau de la mer n’est pas uniquement imputable à la déglaciation.

Au cours des 6 000 dernières années, le littoral méditerranéen a subi des changements importants dus à des variations modérées et rapides du niveau de la mer. L’une des conséquences notables de l’élévation modérée du niveau de la mer a été le comblement progressif des dépocentres du niveau de base tels que les lagunes, les embouchures de rivières et les marais. Par exemple, à l’âge du bronze, le littoral levantin était caractérisé par une morphologie échancrée qui offrait des ports naturels sous la forme d’estuaires et de lagunes. Cependant, l’espace d’accueil limité et les apports clastiques importants provenant des sources de sédiments locales et du Nil ont finalement conduit au comblement de ces dépocentres et à l’émergence d’un littoral linéaire. En conséquence, les sites d’ancrage de l’âge du bronze ont été isolés de la mer et les populations humaines ont été contraintes de se déplacer vers de nouvelles zones sur les côtes qui progressaient rapidement.

En revanche, l’élévation rapide du niveau relatif de la mer a eu des effets plus radicaux, tels que la submersion de villes et de ports antiques. Par exemple, le port romain tardif d’Alexandrie est maintenant submergé à environ 6 m sous le niveau actuel de la mer, tandis que le décalage des anciennes villes de Menouthis et d’Hérakleum, situées à l’ouest de la ville, est encore plus prononcé, à environ 8 m par rapport au niveau actuel. Les mécanismes qui ont conduit à l’effondrement de la marge occidentale du delta du Nil ne sont toujours pas clairs, bien que les spécialistes aient attribué l’effondrement des sédiments à différents facteurs, notamment la tectonique des failles, le compactage des sédiments, le diapirisme en mer et l’instabilité des pentes. La recherche a également mis en évidence le rôle des variations instantanées du niveau relatif de la mer dans l’endommagement des ports et des agglomérations lors d’événements graves à haute énergie, tels que les tsunamis. Par exemple, les fouilles du port byzantin de Théodose (Yenikapi, Istanbul) ont révélé un scénario de destruction catastrophique du port maritime lors du tremblement de terre du sixième siècle de notre ère et du tsunami qui l’a accompagné.

Au cours des 50 dernières années, la littérature est passée de l’idée de villes anciennes noyées par la montée des eaux à un nouveau paradigme, celui d’une accrétion rapide de sédiments entraînant une progradation côtière et l’enclavement d’anciennes villes côtières et de leurs ports. Ce phénomène a été observé dans toute la Méditerranée, avec des changements côtiers importants auxquels les sociétés anciennes ont dû s’adapter en permanence. Par exemple, les ports de Gaza datant de l’âge du bronze sont aujourd’hui enclavés en raison des apports de sédiments du Nil qui balayent vers l’ouest la zone du prodelta avant d’être déviés vers le nord en direction de la côte levantine. Dans les situations dominées par les vagues, le remplissage sédimentaire a entraîné une modification de la géomorphologie du littoral, qui est passé d’un littoral rocheux échancré à une côte rectiligne composée de sédiments clastiques d’origine principalement fluviale. Cette évolution a entraîné la dislocation progressive des anciens établissements humains au rythme de la progradation de la côte. Tous les centres de dépôt au niveau de la base ont été affectés par cette dynamique, comme le montrent de nombreux exemples le long de la côte ionienne de la Turquie. Les bassins versants de Miletus, Troie, Priène et Éphèse correspondent à de longs paléo-rias ou grabens transgressés avec un espace d’accueil très limité. Les recherches récentes menées à Éphèse illustrent bien le déplacement des ports, ou “course à la mer”, lié à la progradation rapide du littoral.

Mots-clés: Risque, géoarchéologie, ports, Danube, Italie


OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
mshbordeaux (18 septembre 2023). Tides of time: exploring antiquity’s perilous submersion using geoarchaeology. Maison des Sciences Humaines Bordeaux. Consulté le 9 février 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/ro0w


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