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  地中海盆地囊括了歐洲、亞洲和非洲三大洲的交界部分。  歐洲在地中海盆地的北部,南歐的三大半島:伊比利亞半島、義大利半島和巴爾幹半島延伸至地中海氣候區。一系列褶皺山脈,其中包括法國和西班牙交界的比利牛斯山,義大利與中歐交界處的阿爾卑斯山,亞得里亞海東部沿岸的狄那裡克阿爾卑斯山脈,巴爾幹半島上將地中海氣候與中歐、西歐的溫帶氣候分隔開來的巴爾幹山脈和羅多彼山脈。  地中海盆地一直延伸到西亞,包括小亞細亞半島的西部和南部,但土耳其中部屬於溫帶氣候的山區除外。它還包括在地中海的東端屬於地中海氣候的累範特地區,止於敘利亞沙漠和內蓋夫沙漠東部及南部。  地處非洲西北的馬格里布地區,其北部為地中海氣候,被阿特拉斯山脈和橫跨北非的撒哈拉沙漠與其他區域分隔開。撒哈拉沙漠延伸到東地中海的南岸,僅利比亞的昔蘭尼加半島的北部邊緣屬於地中海氣候。

  地中海盆地的形成源自遠古時期北移的阿拉伯-非洲大陸與穩固的歐亞大陸之間的碰撞。由於非洲-阿拉伯的北移,使得分隔了歐亞大陸與岡瓦那大陸的特提斯洋被封閉。大約同一時期(1億7000萬年前的侏羅紀),在特提斯洋的東端封閉之前,很快形成了一個小的新特提斯洋盆。在漸新世(3400萬年前至2300萬年前)和中新世(2300萬年前至530萬年前)期間發生的阿爾卑斯造山運動中,陸地之間的碰撞使得一系列山脈就此崛起,從西班牙的比利牛斯山脈一直延伸到伊朗的扎格羅斯山脈。由於板塊碰撞導致的摺疊與俯衝,使得新特提斯洋擴大。大約600萬年前的晚中新世期間,地中海西端因阿拉伯板塊的漂移而封閉,進而導致整個海洋全部蒸發。海水不斷乾涸並被再度填滿以墨西拿鹽度危機之名而著稱,大西洋的海水將盆地至少重新注滿了69次。  中新世的結束末也標誌著地中海盆地的氣候變化。化石證據表明,中新世的地中海盆地夏季降雨,是相對溼潤的亞熱帶氣候,生長著常綠闊葉林。在3200-2800萬年前的上新世期間,夏季降水減少,氣候向地中海氣候轉變。亞熱帶常綠闊葉林帶消退,但在大西洋中的馬卡羅尼西亞上仍然存在;如今的地中海植被逐漸興起,以針葉林、硬葉林和灌木為主,體積小,木質硬,葉表面有蠟質,在乾燥的夏季可減少水分流失。由於數千年來人類的活動,這些森林和灌木林大部分已經面目全非,曾經樹木繁茂的地方現在只有為數不多的區域相對完整。

  德國植物學家奧古斯特·格里瑟巴赫在19世紀後期首先提出“地中海植物區”這一概念。  從植物地理學上來說,地中海植物區包括:地中海盆地及附近的大西洋海岸;北非的地中海森林、乾燥林地和草原;安納托利亞東北部以及俄羅斯阿納帕、圖阿普謝之間的黑海海岸;塞瓦斯托波爾和費奧多西亞之間的克里米亞半島南岸。該區域屬於泛北極植物區 的特提斯植物亞區,處於環北方植物區、伊朗-圖蘭植物區、撒哈拉-阿拉伯植物區和馬卡羅尼西亞植物區之間。  露葉毛氈苔科是當地唯一的植物特有種。 近乎特有的屬有紫花薺屬、Sesamoides、菜薊屬、紫花海芋屬、鼠尾南星屬和雙芋屬。在地中海植被的特有種中廣為人知的有地中海白松、石松、地中海柏木、月桂、蘇合香樹、冬青櫟、胭脂蟲櫟、野草莓樹、希臘草莓樹、乳香黃連木、篤耨香、香桃木、夾竹桃、茛<unk>花和穗花牡荊。此外,許多植物分類單元只與四個相鄰植物區系中的一個相同。根據不同版本的亞美因·塔赫塔江的劃分法,地中海地區被進一步細分為七到九個區系:西南地中海(或南摩洛哥、西南地中海)、伊比利亞-巴利阿里(或伊比利亞、巴利阿里)、利古里亞-提倫尼亞(也稱伊特魯里亞)、亞得里亞海、東地中海、南地中海和克里米亞-新羅西斯克。  地中海盆地是世界上全球五個地中海型植被地區中最大的一個。這裡是很多植物群落的發源地,它們因降水、海拔、緯度和土壤等不同而產生多樣性。

  約自23萬年前起,尼安德特人就居住在西亞,以及歐洲無冰川的部分。而現代人類(即克羅馬儂人)最早於10萬年前從非洲移居到西亞,在約50,000-40,000年前遷移至歐洲。  最近的一個冰河時期——威斯康辛冰期——約在21,000年前達到末次冰盛期,結束於約12,000年前。一個被稱為全新世最佳氣候的溫暖時期緊隨其後。  公元前第9千年的地中海東部,隨著綿羊和山羊被馴養以及包括小麥、鷹嘴豆和橄欖在內的糧食作物,使農業定居點得以建立。近東的穀物在公元前第7千年傳播到歐洲東南部。 從公元前第6至第3千年間,罌粟和燕麥被引入歐洲,農業定居點遍佈地中海盆地。巨石文化於公元前4500-1500年在歐洲建成。  9000-7000年前,夏季季風的增強導致撒哈拉降雨量增加,成為有著湖泊、河流和溼地的草原。在一段氣候不穩定的時期後,撒哈拉在公元前四千年成為沙漠。

  小麥是地中海盆地周圍的主要糧食作物。豆類和蔬菜也有所種植。特色的喬木作物是橄欖,而無花果和柑橘屬,特別是檸檬,生長在灌溉區。葡萄是可用來釀酒的藤蔓作物。水稻和夏季蔬菜種植在灌溉區。
在生物地理學上,地中海盆地(也被稱為地中海地區或地中海)是指地中海周圍的陸地區域,屬地中海式氣候,冬季溫和多雨,夏季炎熱乾燥,有著頗具特色的地中海型森林、林地和灌木。作為一個經驗法則,地中海盆地是舊大陸中長著橄欖樹的地方。然而橄欖樹也見於世界上其他為地中海氣候的地區,同時,地中海周邊許多不屬於地中海氣候的地區並沒有橄欖樹的存在。