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Le paysage géologique actuel du Pays Basque date essentiellement du Pléistocène.

On distingue trois édifices géologiques distincts : la chaîne pyrénéenne, le bassin aquitain et le bassin de l'Ebre.

L'orogenèse pyrénéenne est certainement l'événement le plus marquant de l'histoire géologique de ce pays.

L'ère primaire ou paléozoïque (de 500 MA à 260 MA) fut le temps où tous les continents étaient soudés (Pangée). La conquête des continents par les organismes vivants (premiers animaux et plantes terrestres, puis premiers amphibiens et enfin reptiles) commençait et la chaîne hercynienne couvrait toute l'Europe (et surtout le Pays Basque). De cette époque datent des grès, des argilites et des poudingues.

L'ère secondaire ou Mésozoïque (de 245 à 95 MA) fut celui des nouveaux océans liés à la dislocation des continents. L'Europe est calme, la chaîne hercynienne s'aplanit, accumulant la sédimentation dans des mers peu profondes. Le paysage du Pays Basque est alors une pénéplaine aux formes douces et vallonnées. Apparition des premières plantes à fleurs, des premiers dinosaures et des mammifères.
C'est durant cette ère que se déposent nombre de calcaires du pays (Arbailles, canyons souletins…). Témoin très rare du passage du secondaire au tertiaire, la couche d'Iridium dite couche KT est présente en deux points du littoral basque.

L'ère Tertiaire ou Cénozoïque (de 70 MA à 5 MA) commence avec l'orogenèse des Pyrénées qui se termine vers 40 MA. Les angiospermes, oiseaux et mammifères apparaissent et se développent à ce moment là.

Les Pyrénées se divisent en six grandes unités :

1. la zone axiale, au centre de la chaîne, avec les massifs paléozoïques les plus élevés (Larrun, Ursuia, Baigura, Artzamendi),
2. la zone nord-pyrénéenne, sur le versant nord (ensembles sédimentaires),
3. la zone sous-pyrénéenne, sur le versant nord, caractérisée par ses séries sédimentaires marines,
4. la zone des sierras intérieures ou calcaires, sur le versant sud (Aralar),
5. la dépression longitudinale, sur le versant sud (plaine d'Iruña),
6. la zone des sierras extérieures, sur le versant sud (Entzia, Urbasa, Andia).
   

Issus des zones orogéniques, les flyschs sont des formations détritiques présentant de beaux plis sur le littoral d'Hendaye à St-Jean-de-Luz.

L'ère Quaternaire appartient au Cénozoïque : elle se caractérise par les quatre grandes glaciations et, surtout, par l'apparition d'un mammifère du genre Homo dont nous sommes aujourd'hui l'unique représentant. Les glaciations n'ont touché que la partie est du Pays Basque (Soule et Haute-Navarre).

Nombres de sites géologiques basques sont d'intérêt majeur pour la géologie mondiale, européenne ou régionale…