La otra gran crisis Mediterránea (la del Messiniense)

Si hoy se construyera una barrera en el estrecho de Gibraltar, el Mediterráneo descendería de nivel casi un metro cada año, debido a que recibe menos agua de los ríos y la lluvia que la que evapora en su superficie. Por inverosímil que parezca, un arquitecto alemán estuvo cerca de poner en práctica esta idea en 1929: Herman Sörgel planeó la construcción de un inmenso dique en Gibraltar con el dudoso objetivo filantrópico de unir Europa y África secando el Mar Mediterráneo: se trata del Proyecto Atlántropa.

Flujo de agua superficial (flechas blancas) y profundo (flechas oscuras)

en el Mediterráneo durante 11 meses de 2005-2006. Se puede distinguir la 

doble corriente en el Estrecho de Gibraltar.

Es una de las más disparatadas distopías que conozco y afortunadamente no prosperó, pero ilustra bien lo que pudo suceder realmente durante la edad Messiniense, hace 6 millones de años: que el nivel del océano global quedara por debajo del umbral del estrecho y al quedar el Mediterráneo incomunicado se evaporase, literalmente.

Los geólogos conocen aquel periodo como la Crisis Salina del Messiniense. Osea, que el Mediterráneo ha atravesado ya crisis mucho peores que la actual, aunque no se tratara de finanzas sino de una crisis medioambiental.

Nuestro mar se formó en una depresión atrapada entre África y Europa, mientras estos continentes se aproximaban a razón de unos milímetros cada año. Al cerrarse los últimos canales de conexión con el Atlántico, el Mediterráneo quedó aislado y a merced de la evaporación. El Mediterráneo es un mar de clima relativamente seco en el que se evapora más agua de la que aporta la lluvia. Antes de desecarse casi por completo, sus aguas se convirtieron en una densa salmuera en cuyo fondo se depositó alrededor del 10% de la sal contenida en todo el océano. Para explicar semejante volumen de sal, el Mediterráneo debería haber actuado como una enorme salina durante al menos 100.000 años, y evaporar unas 50 veces su volumen de agua. Esto es más o menos parte del consenso entre los científicos especialistas (principalmente sedimentólogos), pero ¿qué causó estos sucesos sin parangón? Se han propuesto diversas hipótesis sobre los mecanismos que pudieron cerrar los estrechos entre ambos mares, pero ¿hay alguna una manera de comprobarlas cuantitativamente?

La pregunta no es meramente filosófica, porque buena parte de los recursos de hidrocarburos y de otros minerales de la región Mediterránea están enterrados bajo esa capa de sal, que es muy difícil de perforar. Conocer mejor su origen podría facilitar la explotación minera, entre otras aplicaciones. Lo que sigue es nuestra aproximación al problema, tal y como fue publicada en diciembre en la revista Nature.

Vayamos por partes. Durante la crisis, el aporte de agua salada Atlántica tuvo lugar a través de varios estrechos a través de la cordillera Bética (sur de España) y del Rif (norte de Marruecos). Aún está por determinar cual fue el último de los estrechos en emerger, pero los cálculos hidrodinámicos muestran que tuvo que ser muy poco profundo (pocas decenas de metros) para evitar la mezcla de agua de ambos lados, y que tampoco pudo ser demasiado somero para evitar que el Mediterráneo se secara al impedir la entrada de agua Atlántica. ¿Cómo pudo esa profundidad mantenerse mientras las variaciones del nivel del océano tienen una amplitud mayor?

Vista satelital de las Béticas, el Rif, y el Estrecho de Gibraltar.
La cámara mira al NE, las cumbres de Sierra Nevada
están en el centro.

Reconstrucción de la geografía del Arco de Gibraltar antes del inicio de la crisis Messiniense. Había varias conexiones entre los dos mares. Fuente: Smith609 @ Wikimedia Commons

En el estudio, usamos métodos de cálculo numérico para simular el flujo de agua y la erosión producida a lo largo del canal de entrada. Los resultados muestran que esa erosión fue comparable al levantamiento de la región que clausuró los estrechos. Este levantamiento (debido a procesos tectónicos que esbozo más abajo) lo prueba la presencia de sedimentos marinos de aquella época que actualmente están varios cientos de metros sobre el nivel del mar.
Lo que proponemos, por tanto, es que se produjo una competición equilibrada entre la erosión del estrecho y su levantamiento tectónico: Cuando el levantamiento reducía demasiado el tamaño de la entrada de agua, el nivel del Mediterráneo descendía. Pero al aumentar el desnivel entre los dos mares, aumentaba también la energía del flujo de entrada y la erosión que producía, profundizando de nuevo el estrecho. Este equilibrio entre erosión y levantamiento podría explicar porqué, pese a los rápidos cambios del nivel del océano global (de varias decenas de metros), el canal de comunicación se mantuvo bajo el nivel del mar durante el largo periodo de tiempo necesario para la enorme acumulación de sal en el fondo del Mediterráneo (del orden de un millón de kilómetros cúbicos).

Resultados de dos simulaciones, a modo de ejemplo. El eje horizontal corresponde al tiempo, en miles de años. 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 de nivel en el caso de un levantamiento más rápido.

Además, los resultados predicen que esa competición entre levantamiento y erosión se produce de forma desacompasada, debido a que cuando el estrecho se reduce en tamaño el Mediterráneo necesita de unos miles de años para bajar su nivel por evaporación. Como resultado, se obtiene una oscilación del nivel del Mediterráneo y de la precipitación de sal que podrían explicar la intrigante ciclicidad observada en los depósitos de yeso que afloran en buena parte de la costa mediterránea:

Toda la roca que abarca esta fotografía es yeso cristalino acumulado durante la Crisis Salina del Messiniene. El desnivel excavado más tarde por el río que circula entre el fotógrafo y la montaña ha dado lugar a la caída de los grandes bloques
de cristales de yeso. Junto a Sorbas (Almería, España). La pared corresponde a uno de los ciclos de deposición de yeso discutidos en el texto. Foto: Garcia-Castellanos.

Para encontrar un mecanismo que explique el levantamiento tectónico, hemos refinado la resolución de las imágenes tomográficas del interior de la Tierra bajo el límite sur de la placa Ibérica y el Mar de Alborán. La tomografía sísmica consiste en derivar la distribución de velocidad de las ondas sísmicas en el interior de la Tierra. Para ello se usan los tiempos de llegada a las estaciones sísmicas de las vibraciones producidas por terremotos en todo el globo. Los resultados (ver siguiente imagen) confirman que un fragmento de litosfera (sólida y densa) parece hundirse en el manto (fluido y menos denso) unos 100 km bajo esa zona. El desprendimiento de este fragmento bajo las Béticas podría explicar el levantamiento de la cordillera de la que pendía anteriormente y podría por tanto ser responsable del cierre de los pasillos marinos que unían el Mediterráneo y el Atlántico.

Mapa geológico de la zona del Arco de Gibraltar combinado con imágenes tomográficas del subsuelo que alcanzan 660 km de profundidad.  Las flechas blancas indican el levantamiento de los sedimentos marinos pre-Messinienses atrapados en las cordilleras, que actualmente están varios cientos de metros por encima del mar. 

Animación artística del desprendimiento y desgarre lateral de un pedazo de litosfera bajo la Cordillera Bética y la zona de Gibraltar. Al ser más densa, la litosfera se hunde en el manto fluido que la rodea, y la región donde se produce el desprendimiento se levanta por flotación (a este proceso se le conoce como isostasia). Autor: Mantero. Licencia: CCommons BY-SA).

Estos hallazgos podrían ayudar en el futuro a entender el cambio global provocado por cambios en las condiciones ambientales. La acumulación en el Mediterráneo de un 10% de la sal de los océanos y su posterior desecación, debería haber tenido un impacto significativo en la biología y en el clima terrestre. La migración de mamíferos africanos hacia Europa aprovechando la desecación sí ha sido bien documentada (por ejemplo, hay restos de camellos africanos de esa edad cerca de Valencia), pero el impacto climático parece más escurridizo. Las simulaciones del clima global necesitan de situaciones reales para poder calibrar los numerosos 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.

Salinidad actual de la superficie de los oceános. La mayor salinidad del Mediterráneo se debe a la mayor evaporación e insolación isolation de sus aguas. Source: World Ocean Atlas 2005

Versión extendida de este post.

Artículos científicos relacionados:

• 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., Villaseñor, A. (2011). Messinian salinity crisis regulated by competing tectonics and erosion at the Gibraltar arc Nature, 480 (7377), 359-363 DOI: 10.1038/nature10651
• 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