La Crisis Salina del Messiniense (3/3) - Lecciones de la crisis

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[Este es un articulo de divulgación, los detalles de la investigación y los enlaces artículos científicos recientes puedes encontrarlos aquí].

En las entregas anteriores intenté explicar porqué el intringulis de la desecación del Mediterráneo está en la profundidad del último estrecho que conectó ese mar con el Atlántico. Resumiéndolo: un canal de conexión demasiado somero (menos de ~10 metros de profundidad) implicaría que el Mediterráneo descendería de nivel (literalmente, se evaporaría) debido a la reducción del aporte Atlántico; Un canal de conexión demasiado profundo (más de ~30 m de profundidad) permitiría la mezcla de aguas Atlánticas y Mediterráneas, impidiendo la precipitación de sal. Ambas opciones son poco probables porque se contradicen con la noción de que la crisis salina del Messiniense tuvo una larga etapa inicial de precipitación masiva de sal, más o menos continuada. Además los movimientos isostáticos de  la corteza terrestre en respuesta a la reinundación del  Mediterráneo sugieren que una vez ésta se produce es dificil que se repita un nueva desconexión con el Atlántico (Govers, 2009; Garcia-Castellanos et al., 2009). ¿Cómo pudo entonces el estrecho mantenerse entre ese estrecho margen de profundidades a pesar de las variaciones del nivel del mar que eran también del orden de decenas de metros?

Esquema del desprendimiento y desgarre lateral de un pedazo
de litosfera (de alta densidad) bajo la Cordillera Bética. Las
flechas amarillas indican las fuerzas relacionadas con el peso
de la lámina litosférica; las blancas indican los movimientos 
verticales esperables durante el desgarre.

Una dificultad para ahondar en la cuestión es que no se sabe aún si la última entrada de agua Atlántica al Mediterráneo se produjo a través de la cordillera Bética o de la cordillera Rifeña (que entonces formaban  un arco de islas entre Iberia y África). Hubo varios estrechos que cruzaban ambas cordilleras (Martin et al., 2009). En ellos se encuentran hoy sedimentos marinos de edad Messiniense que prueban aquella conexión, y que están varios cientos de metros por encima del nivel del mar, demostrando que toda la región sufrió un levantamiento. Pero aún no se sabe cuál fue el último estrecho en cerrarse.

Mapa geológico de la zona del Arco de Gibraltar combinado con imágenes del subsuelo que alcanzan 660 km de profundidad.  Las flechas blancas indican el levantamiento actual de los sedimentos marinos atrapados en las cordilleras. 

El volcanismo del Mar de Alborán (Duggen, 2003) y las imágenes obtenidas de la estructura interna del manto terrestre indican que este levantamiento pudo producirse de forma parecida a otras zonas del planeta: un pedazo de litosfera se habría desprendido de la corteza terrestre, hundiéndose en el Manto fluido debido a su mayor densidad. Se trata de imágenes de tomografía sísmica (similar a la tomografía médica, pero que usa la propagación de ondas sísmicas en el interior de la Tierra) que muestran una lámina de la litosfera terrestre que se descuelga de la corteza terrestre bajo la Cordillera Bética, hundiéndose en el manto terrestre. Por extraño que parezca, este desprendimiento litosférico (slab break-off, slab tear) parece ser un fenómeno relativamente abundante en nuestro planeta. Y ese mecanismo permitiría explicar porqué justo encima de esa litosfera desprendida que se hundió en el manto terrestre, la cordillera Bética fue levantada, como atestiguan los sedimentos en ella acumulados. Es justo encima de esta región donde la conexión entre ambos mares permaneció hasta el Messiniense. 

Variaciones del nivel del mar en los últimos 8 millones de años (datos de Miller y coautores, 2005, basados en la proporción de isótopos de oxígeno en el aire). Los tres puntos en rojo indican los niveles al inicio de la crisis, el comienzo de la 2a fase, y la inundación final del Mediterráneo (edades de Krijgsman y otros, 1999). 

Pero volviendo al problema esencial de la crisis: Los procesos tectónicos como ese posible desprendimiento de una lámina litosférica son lentos, actúan en periodos de tiempo del orden de cientos de miles de años para producir un levantamiento de unos centenares de metros. En cambio, el nivel del océano varía en escalas de tiempo de sólo unos miles de años. ¿Cómo pudo entonces la competición entre ambos mantener un flujo de entrada constante durante más de 100.000 años? ¿Cómo pudo mantenerse el estrecho que no fuera demasiado profundo ni demasiado somero como para evitar a la vez la excesiva mezcla interoceánica y la desconexión total del Mediterráneo?

Esquema de la competición entre la erosión producida por el flujo de entrada de agua del Atlántico y el levantamiento tectónico del estrecho (Garcia-Castellanos & Villaseñor, 2011).

Nuestro estudio plantea la siguiente posible solución: que la erosión producida por el flujo de entrada de agua Atlántica a través del último estrecho de conexión compitiera con el levantamiento tectónico, llegando ambos a un equilibrio que mantuviera la profundidad del estrecho aproximadamente constante durante suficiente tiempo como para precipitar el enorme volumen de sal que hay en el fondo del Mediterráneo. Para poner a prueba esta hipótesis, hemos calculado la erosión usando modelos que ya habían permitido explicar el relieve de los continentes. Y los resultados demuestran que el caudal de agua que compensaba la evaporación en el Mediterráneo debió producir tasas de erosión similares a las tasas de levantamiento que predicen los modelos computacionales de desprendimiento de la litosfera, confirmando que el equilibrio entre erosión y tectónica fue probable.

Dos simulaciones de la evolución del estrecho de conexión entre Atlántico y Mediterráneo, a modo de ejemplo. En tonos claros se muestra la profundidad del estrecho interoceánico (gris) y el nivel del Mediterráneo (rosa) para un levantamiento tectónico rápido. Las curvas negra y roja muestran los mismos resultados para un levantamiento más lento. En ambos casos el Mediterráneo alcanza un nivel de equilibrio que compensa el levantamiento con una tasa parecida de erosión del estrecho. Como la erosión es proporcional al desnivel entre ambos mares, el Mediterráneo debe descender más para compensar con erosión un levantamiento más rápido (Garcia-Castellanos & Villaseñor, 2011).

Además, los modelos numéricos predicen que esa competición entre levantamiento y erosión se produce de forma desacompasada, debido a que la evaporación en el Mediterráneo necesita de unos cientos de años para poder disminuir su nivel. Como resultado, se obtiene una ciclicidad del nivel del Mediterráneo y de la precipitación de sal predicha que podrían explicar el origen de la intrigante ciclicidad observada en los depósitos de yeso que afloran en buena parte de la costa mediterránea.

Resultados obtenidos de las simulaciones: nivel del
Mediterráneo (en rojo) y del pasillo interoceánico
(seaway), en función de la velocidad de
levantamiento tectónico del pasillo (uplift rate). 

En definitiva, el escenario Messiniense más simple que apoyan los resultados del modelo numérico consistiría en cuatro etapas (edades obtenidas por Krijgsman y otros, 1999):

• Etapa 0 (anterior a 5.96 mill. años antes del presente). El arco de islas Bético-Rifeño se levantó, clausurando progresivamente los estrechos de comunicación entre Mediterráneo y Atlántico.
• Etapa 1 (5.96 Ma - ?). Una última conexión permite la entrada de agua atlántica, y la erosión a lo largo de la misma compensa durante al menos 100.000 años su levantamiento manteniendo una entrada constante de agua salada. El Mediterráneo desciende de nivel apenas unas decenas o centenares de metros, pero deviene una enorme salmuera en unas decenas de miles de años. No se conoce el final de esta etapa porque los resultados cuestionan que la ciclicidad en los yesos esté relacionada con la precesión orbital. 
• Etapa 2 (? - 5.33 Ma). El levantamiento tectónico supera finalmente la erosión a lo largo de ese último canal de entrada y lo cierra. El Mediterráneo queda aislado y se deseca, bajando su nivel hasta 2 km por debajo del actual. Se forman por erosión las gargantas excavadas en los principales deltas fluviales de la costa mediterránea.
• Etapa 3 (5.33 Ma). El nivel del Atlántico supera al del Estrecho de Gibraltar y desencadena la  inundación abrupta de la cuenca mediterránea.

Esquema de la evolución más sencilla que sugiere nuestro modelo numérico de la Crisis Salina del Messiniense

El mecanismo propuesto para la Etapa 1 implica que el último estrecho de conexión debió sufrir una erosión de unos cientos de metros mientras las montañas circundantes emergían. Encontrar restos de esa erosión no va a ser fácil porque han pasado casi 6 millones de años, pero ésa podría ser una posible confirmación de nuestra teoría.

Salinidad actual de la superficie de los oceános. La mayor salinidad
del Mediterráneo se debe a la mayor evaporación y asilamiento de sus
aguas. Fuente: World Ocean Atlas 2005

Estos hallazgos podrían ayudar en el futuro a entender el cambio global en respuesta a cambios en las condiciones ambientales. Cabe suponer que, como el Mediterráneo atrapó un 10% de la sal de los océanos durante 100.000 años y luego quedó casi desecado, debería percibirse un impacto en la biología y en el clima terrestre. La migración de mamíferos africanos hacia Europa durante el Messiniense aprovechando el nuevo puente de tierra firme sí ha sido bien documentada (los camellos se acercaron a Valencia, por ejemplo), pero el impacto climático parece más escurridizo. Las simulaciones del clima global necesitan de situaciones reales para poder calibrar la multitud de parámetros y procesos que intervienen. La desecación del Mediterráneo ofrece un escenario único, extremo, un auténtico laboratorio natural para esa calibración. Pero primero es necesario determinar bien cuáles fueron los efectos climáticos de la Crisis de Salinidad del Messiniense, un tema en el que hay aún mucha investigación por hacer.

Recreación artística del modelo de aislamiento del Mediterráneo propuesto.
Autor: Manuel Mantero (licencia CC-BY-SA).

Actualización: El impacto de la Crisis de Salinidad del Messiniense en la exploración y recursos del Mediterráneo será objeto de una sesión en la próxima conferencia de la Am. Assoc. of Petroleum Geologists (AAPG) en Barcelona, Spain, Abril 8-10 http://www.aapg.org/barcelona2013/
Artículos científicos mencionados:

• Garcia-Castellanos, D., A. Villaseñor, 2011. Messinian salinity crisis regulated by competing tectonics and erosion at the Gibraltar Arc. Nature, 2011-12-15, pdf aquí.
• Krijgsman, W., Hilgen, F., Raffi, I., Sierro, F., & Wilson, D. (1999). Chronology, causes and progression of the Messinian salinity crisis Nature, 400 (6745), 652-655 DOI: 10.1038/23231
• Duggen, S., Hoernle, K., van den Bogaard, P., Rüpke, L., & Phipps Morgan, J. (2003). Deep roots of the Messinian salinity crisis Nature, 422 (6932), 602-606 DOI: 10.1038/nature01553
• Garcia-Castellanos, D., Estrada, F., Jiménez-Munt, I., Gorini, C., Fernàndez, M., Vergés, J., & De Vicente, R. (2009). Catastrophic flood of the Mediterranean after the Messinian salinity crisis Nature, 462 (7274), 778-781 DOI: 10.1038/nature08555
• Govers, R. (2009). Choking the Mediterranean to dehydration: The Messinian salinity crisis Geology, 37 (2), 167-170 DOI: 10.1130/G25141A.1