Nuevos indicios de la megainundación que puso fin a la Crisis salina del Messiniense en el Mediterráneo

(Basado en la nota de prensa de Jordi Cortés y ICTJA_CSIC)

En un nuevo estudio realizado con Aaron Micallef (Universidad de Malta), mostramos nuevas evidencias que apoyan la hipótesis de una megainundación del Mar Mediterráneo que habría ocurrido al final del periodo Zancliense. El hallazgo de una voluminosa acumulación de sedimento cercano a las costas de Sicilia es consistente con una entrada masiva de agua en la cuenca parcialmente desecada del Mediterráneo Oriental, hace 5.3 millones de años. La inundación habría puesto fin a lo que se conoce como Crisis de Salinidad del Messiniense (CSM). El trabajo ha sido publicado en la revista Scientific Reports.

Gracias a los perfiles sísmicos y los testigos recuperados del fondo marino, hemos identificado en el subsuelo del canal de Sicilia una gran acumulación de sedimentos de carácter caótico y casi transparentes para las ondas sísmicas (Unidad 2 en la figura más abajo). Estos sedimentos estarían formados por los materiales erosionados y arrastrados por el inmenso flujo de agua que, a través del estrecho de Sicilia, inundó la cuenca Jónica una vez se hubo colmatado la cuenca occidental del Mediterráneo con el aporte de agua proveniente del océano Atlántico y que había entrado primero por el actual estrecho de Gibraltar.

Estos sedimentos se encuentran junto al escarpe submarino de Malta tiene forma de cuña y se le estima un grosor de hasta 860 metros en algunos puntos. Descansan encima de una capa de sales depositada con anterioridad durante la desecación parcial del mar Mediterráneo ocurrida durante la CSM y bajo otra de sedimentos de origen marino común depositados una vez se hubieron restablecido las condiciones oceánicas normales, durante el Plioceno. De confirmarse nuestra interpretación, se trataría de la mayor acumulación conocida de sedimentos originados por una mega inundación.

Hemos identificado también el lugar en el Estrecho de Sicilia por el que las aguas procedentes de la cuenca occidental del mar Mediterráneo podrían haber entrado en la cuenca Jónica durante la Mega Inundación Zancliense: el cañón submarino de Noto. Este cañón tiene una forma característica: su cabecera tiene forma de anfiteatro y una anchura cercana a los 6 kilómetros y “es similar a aquellos cañones erosionados rápidamente por mega inundaciones”. El cañón submarino de Noto podría haber actuado como el colector del inmenso flujo de agua que entró en la cuenca Mediterránea Oriental formando en este punto un salto de casi 1,5 kilómetros de altura.

Localización y estructura del cuerpo de sedimentos arrastrados por el flujo de agua de la mega inundación del periodo Zancliense (Imágen: A. Micallef et al., 2018, Sci. Reports)

Según estimaciones que publicamos en la revista Nature en 2009, la inundación del Mediterráneo habría tenido lugar en tan solo meses o unos pocos años, produciéndose descargas de hasta 100 millones de metros cúbicos por segundo, unas mil veces el caudal medio del Amazonas actual.

Nuestro trabajo vuelve a poner sobre la mesa el carácter abrupto y catastrófico de los cambios medioambientales ocurridos durante el periodo Messiniense, los más importantes ocurridos desde la desaparición de los dinosaurios hace 65 millones de años.

En el estudio, liderado por Aaron Micallef de la Universidad de Malta, han participado también Angelo Camerlengui, del Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale de Trieste (OGS), e investigadores del Laboratoire Geosciences Océan de la Universidad de Brest y el CNRS, de la Universidad de Catania, del Institute für Geowissenshaften de la Universidad Christian-Albrechts de Kiel y del GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research de Kiel, además del ICTJA-CSIC (Barcelona).

La Crisis de Salinidad del Messiniense: un Mediterráneo irreconocible

Según una de las hipótesis más aceptadas, hace unos 5.5 millones de años, se cerró la conexión entre el océano Atlántico y el mar Mediterráneo y se produjo la desecación parcial del Mar Mediterráneo debido a su baja precipitación y alta evaporación. La cuenca mediterránea quedó convertida en una inmensa laguna hipersalina y sufrió un descenso del nivel de las aguas de entre 1300-2400 metros, según parte de la comunidad científica especializada en este fenómeno. Es lo que se conoce como Crisis de Salinidad del Messiniense (CMS).

Una de las grandes cuestiones sobre este periodo para los investigadores es determinar cómo las aguas recuperaron su nivel. La hipótesis de la mega inundación del Zancliense propone que se habría producido una entrada de agua masiva a través del estrecho de Gibraltar que habría inundado primero la cuenca occidental y luego, a través del estrecho de Sicilia, habría rellenado la cuenca oriental. 

Artículo científico original (open access):

Micallef, A., et al. (2018), Evidence of the Zanclean megaflood in the eastern Mediterranean Basin, Scientific Reports, 8(1), 1078, doi: 10.1038/s41598-018-19446-3.

¿Cómo se formó el Mediterráneo? ¿Cuándo?

[Este post está orientado a estudiantes que comienzan una carrera universitaria en ciencias, no necesariamente geología]

El Mar Mediterráneo es lo que resta en la actualidad del antiguo Océano de Tethys, que quedó atrapado entre las placas tectónicas de África y Eurasia durante su lenta aproximación en los últimos 65 millones de años. A causa de esta aproximación, la corteza terrestre oceánica que alojaba al Océano de Tethys fue obligada a hundirse (a subducir) en el manto terrestre, bajo Eurasia, tras lo cual se produjo la colisión entre ambos continentes, formando los Pirineos, los Alpes y las Montañas de Zagros (orogenia Alpina). Fue así como quedaron desconectados el actual Mar Mediterráneo y el Océano Índico hace unos 15 millones de años.
Sólo en el Mediterráneo Oriental quedan restos de aquella corteza de Tethys que aún no han subducido y que de hecho constituyen la corteza oceánica más antigua preservada en el planeta: unos 270 millones de años de edad. Puedes descargar este espectacular KML para Google Earth y visualizar la edad de formación de la corteza terrestre. 

Fig. 1. Movimiento de las placas tectónicas deducido principalmente a partir del campo magnético grabado en las rocas (técnica conocida como paleomagnetismo) y de la geología y paleontología observadas en superficie. 

Fig. 2. Movimiento de rotación de África respecto a Eurasia en los últimos 190 Millones de años. A partir de medidas de paleomagnetismo en rocas. Vía MantlePlumes.org

Es sorprendente encontrar la corteza oceánica más antigua del planeta en el Mediterráneo, pues el acercamiento entre Europa y África continúa hoy a un ritmo geológicamente rápido, de unos 4 milímetros por año en la región más occidental (entre España y Marruecos), y a velocidades aún mayores y con mayor actividad sísmica en Grecia o Turquía. 

Fig. 3. Movimiento relativo de
Anatolia y el este del Mediterráneo 
respecto a Eurasia, obtenido  a 
partir de medidas de GPS de alta 
precisión. La longitud de las flechas 
indica la velocidad actual debido a 
la tectónica medida en una estación 
de GPS. Las mayores corresponden 
a 4 cm/año.

Fig. 4. Modelo de la velocidad tectónica en el Mediterráneo (flechas 

relativas a Eurasia) y de las tasas de deformación que implican. 

De Jiménez-Munt y coautores, 2003, JGR.

Pero el Mar Mediterráneo ha tenido una evolución tectónica más compleja que la simple subducción de África bajo Eurasia, como reflejan la heterogénea distribución de los terremotos (Fig. 5) y los varios dominios o subplacas cuyos movimientos tectónicos responden de manera poco intuitiva al acercamiento entre los dos continentes (Fig. 6b).

Fig. 5. Distribución de terremotos y su profundidad en el área mediterránea.

Como consecuencia de la geometría heredada de ambos continentes, se han formado varias zonas de subducción diferenciadas (Fig. 6b) en las que la corteza oceánica de Tethys es cabalgada por los márgenes del sur de Europa antes de sumergirse en el manto terrestre. Un ejemplo es la subducción que se produce en el Arco de Calabria (Sicilia y sur de Italia), donde la placa Africana subduce bajo el Mar Tirreno, dando origen a una importante actividad sísmica y volcánica (Etna, Stromboli, etc, Fig. 6c). 

Fig. 6a. Esquema del proceso de subducción
de las placas tectónicas oceánicas.

Fig. 6c. Hundimiento y retroceso del slab
(de la porción de placa tectónica subducida)
de Tethys dando lugar a la formación por
extensión de la  corteza del Mar Mediterráneo
(Mar Tirreno en la imagen). África a la 
derecha; Europa a la Izda. De Faccenna 
et al., GJI, 2001)

Fig. 6b. Mapa tectónico simplificado del Mediterráneo actual, 
mostrando la edad de formación de la nueva corteza oceánica
 (azul, de hasta 25 millones de años) tras la subducción del 
Tethys en la parte occidental. Las zonas mucho más antiguas 
de corteza oceánica en la zona oriental (morado) 
corresponden a la placa del antiguo océano de Tethys. Las 
líneas dentadas rojas indican las fosas donde esa placa se 
adentra en el manto (subduce) bajo Europa.

Para entender la formación del Mediterráneo es clave comprender un proceso llamado extensión de tras-arco (back-arc extension), que es el estiramiento o extensión de la corteza terrestre que ocurre detrás de una zona de subducción, encima del slab subducido (a la izda. en el corte de la Fig. 6c). Debido a la mayor densidad de la placa de Tethys, ésta se hundió en el manto succionando y estirando la placa bajo la cual subducía (Europa). A consecuencia de esa dinámica (Fig. 7) se separaron del continente europeo las islas de Córcega, Cerdeña y Baleares. Otro ejemplo más lejano del mismo proceso es la separación que actualmente se produce entre Japón y Asia, debida a la subducción de la placa Pacífica bajo la fosa donde se originó el terremoto de Sendai. 

         

Fig. 7. Izda.: la extensión de tras-arco es un estiramiento de la corteza que se produce encima de los slabs subducidos. Vídeo: Simulación de la extensión de tras-arco (back-arc extension) debida al hundimiento y la retirada de una placa tectónica (slab retreat or slab rollback), modelo de Moresi y coautores. Si el lado izquierdo fuera África y el derecho Europa (al revés en el esquema de la izda.), entonces la extensión que se produce en el centro correspondería al Mediterráneo. 

Fig. 8. Reconstrucción de la retirada del slab (slab retreat) que da lugar a la extensión del Mar Tirreno y del Golfo de Valencia, separando las islas Baleares de la Península Ibérica, hace unos 25 millones de años. Las líneas discontinuas indican la posición de la subducción hace 30 y 16 millones de años. Las flechas negras indican también el mismo proceso ocurrido en el arco helénico (Grecia) y en la Cuenca Panónica (Hungría/Rumanía).

En resumen: hoy el Mediterráneo occidental ocupa una enorme cuenca extensiva de tras-arco desgarrada tras la subducción de la corteza oceánica de Tethys bajo el continente europeo y la posterior colisión continental entre África y Eurasia. Esta es al menos la visión más generalizada hoy entre los geólogos.

La conexión del Mediterráneo con el océano global fue cancelada también por el lado Atlántico, durante la crisis salina del Messiniense, pero esto supuso sólo un breve episodio de 630,000 años, hace unos 6 millones de años. El restablecimiento de las condiciones normales al final de ese episodio simplemente restituyó la conexión atlántica y la configuración del Mediterráneo que ya era muy parecida a la actual antes de la crisis salina. 

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.

FAQ sobre la Crisis Salina del Messiniense (preguntas frecuentes)

Como en el último mes he tenido muchas preguntas sugerentes sobre la crisis salina del Messiniense, aprovecho para hacer una lista que puede servir de resumen:

¿Qué es la Crisis Salina del Messiniense?
Es una etapa en la evolución del Mar Mediterráneo durante la cual se depositó en su fondo una capa de sal que en algunos lugares supera los 2 kilómetros de espesor. Ocurrió desde hace 5.96 hasta hace 5.33 millones de años, la época en que aparecieron los primeros homínidos en el centro y sur de África, durante la edad geológica del Messiniense. [la versión española del artículo en Wikipedia es algo pobre, pero puede orientar]

¿Por qué se llama así?
El Messiniense es la edad geológica en la que todo esto ocurrió. Su nombre se debe a la ciudad siciliana de Messina, Italia, con importantes yacimientos de sal de esa edad. Lo de 'crisis' viene del cambio tan acusado que se produjo en el tipo de materiales depositados, en el paisaje y en la ecología del Mediterráneo.

¿Cuánta sal hay acumulada en el fondo del Mediterráneo?
En partes del Mediterráneo oriental el grosor de la capa de sal supera los 2 km. Esto se sabe principalmente a partir de la exploración del fondo marino mediante técnicas de prospección sísmica, apoyadas con sondeos de varios kilómetros de profundidad. El volumen total estimado es de más de un millón de kilómetros cúbicos de sal. Esto significa unas 50 veces el volumen que se depositaría si el Mediterráneo se desecara una sola vez. Parte de esta sal ha quedado actualmente expuesta en la superficie continental (como en Messina) gracias a los movimientos tectónicos ocurridos desde aquel periodo.

¿La sal se incrementó o se redujo en esa época?
El volumen de sal en el planeta no cambió, simplemente el océano pasó (a escala global) a ser menos salado, al perder un 10% de la sal que contenía disuelta y depositarla en el fondo del Mediterráneo. Durante esta precipitación de sal, el Mediterráneo devino hipersalino, como el Mar Muerto en la actualidad, y actuó como una gran salina.

¿Se llegó a secar completamente el Mediterráneo?
La mayoría de investigadores piensan que la conexión con el Atlántico se cerró por completo y que del Mediterráneo, al evaporarse, quedaron sólo unos lagos aislados a más de 1 km de profundidad, pero es un tema aún de debate en los congresos (osea, el consenso no es total). La principal evidencia está en las gargantas excavadas por los ríos en los principales deltas durante la crisis. En el delta del Nilo, por ejemplo, esa erosión se propagó río arriba hasta Aswan. Sin embargo, hay sedimentólogos que han documentado peces fósiles de esa edad, algo que sería difícil de entender en unos lagos hipersalinos.

¿Es el único caso en que ha ocurrido algo semejante?
No. Por ejemplo, en el Mar Muerto ocurre algo parecido desde hace unos 150,000 años, en ese caso alimentado por el Mediterráneo. El proceso natural de desecación, que ha sido modulado por la variabilidad climática, está en la actualidad acelerado por el consumo humano del agua.

¿Por qué es importante la Crisis de Salinidad del Messiniense?
Desde el punto de vista científico, porque se trata del cambio medioambiental más extenso y brusco que tenemos bien documentado en la Tierra. Si se confirma la teoría dominante entre especialistas, no sólo este mar se convirtió en un enorme Mar Muerto durante unos cientos de miles de años, sino que seguramente acabó desecándose casi por completo, exponiendo su fondo marino durante un largo periodo comparable de tiempo. Desde el punto de vista socioeconómico, hay que recordar que parte de los recursos de hidrocarburos del Mediterráneo están a menudo bajo esa capa de sal, que dificulta a las compañías las perforaciones debido a sus particulares propiedades mecánicas.

¿Por qué ocurrió este fenómeno?
El levantamiento tectónico de la región de la cordillera Bética (sur de España) y el Rif (norte de Marruecos) cerró progresivamente los canales de entrada (este video puede ayudar a visualizarlo). Hay más detalles en esta entrada. Fue como si hoy se levantara el Estrecho de Gibraltar y redujera la entrada de agua atlántica necesaria para compensar la evaporación en el Mediterráneo (el Mediterráneo descendería 1 metro cada año si no existiera esa corriente). Pero este levantamiento tuvo que competir contra la erosión que producía la propia corriente de agua de entrada, eso es quizá lo más novedoso de nuestro artículo (más información en este post).

¿Y qué implicaciones tiene esta competición?
La competición entre el levantamiento y la erosión del canal de entrada llevó a un equibrio que duró al menos 100.000 años. Si el paso de agua se reducía demasiado, el nivel del Mediterráneo descendía por evaporación, y entonces aumentaba el desnivel a lo largo del canal, aumentando consecuentemente la energía del agua entrante y la erosión que ésta producía. Y viceversa: al aumentar la erosión el tamaño del canal de entrada aumentaba el flujo a través del mismo, llenando de nuevo el Mediterráneo. Ese 'equilibrio dinámico' explicaría porqué la conexión permaneció reducida pero no suprimida durante tanto tiempo y porqué se depósito tanta sal (50 veces lo que se depositaría evaporante el mediterráneo una sola vez).

¿La Crisis Salina del Messiniense dio origen al Mar Mediterráneo?
No, el Mediterráneo ya existía antes y tenía una geografía parecida a la actual (excepto en zonas que han permanecido tectónicamente más activas, como Italia). Por eso se le llama 'crisis', es una etapa intermedia, un paréntesis crítico del Mediterráneo. Pero es breve, menos de 700.000 años, poca cosa en términos geológicos.

Ante el cambio climático, ¿es posible que este proceso vuelva a presentarse?
No en relación con el cambio climático. Nuestra investigación, junto con estudios anteriores, sugiere que los ciclos climáticos no fueron la principal causa de la crisis, aunque sí modularan su evolución. El fenómeno del aislamiento del Mediterráneo podría repetirse dentro de unos millones de años, pero sería de nuevo por causas tectónicas, pues las placas africana y europea se aproximan a unos 4 mm/año y podrían volver a cerrar el estrecho de Gibraltar (a esa velocidad se necesitarían más de 3 millones de años). El problema es que los estudios de la tectónica de la región indican que la aproximación entre ambos continentes (el límite de placas) no ocurre a lo largo del estrecho, sino en otras zonas más al norte y al sur, aún mal determinadas. Por tanto el cierre del estrecho podría no volver a ocurrir nunca.
Si ocurriera, el proceso de desecación sería rápido, el nivel del mar descendería unos 90 cm cada año, que es el exceso de evaporación respecto al aporte de agua de lluvia y de los ríos en el Mediterráneo.
La relación con el cambio climático es más tangencial: si llegamos a conocer mejor cuáles fueron los efectos sobre el clima de la Crisis Salina del Mesinense, entonces podríamos usar este fenómeno tan extremo para calibrar mejor los modelos climáticos computacionales, y usarlos para entender mejor las causas del cambio climático actual.

¿Es cierto que esta crisis terminó cuando el Mediterráneo fue reinundado por aguas Atlánticas?
Es una hipótesis que tiene ya varias décadas de edad. En un estudio anterior encontramos los mecanismos que explicarían una reinundación muy rápida y mostramos también evidencias (imágenes geofísicas del subsuelo) que muestran efectos que pueden ser de aquel evento. Pero ese modelo debe ser aún valorado por el resto de la comunidad geocientífica antes de considerarse válido y probablemente será necesario encontrar más evidencias antes de alcanzar un consenso.

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Actualización: Dejo un link al artículo de divulgación sobre el mismo tema que he publicado en Amazings.

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

[capítulo anterior (2/3)]
[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.

Computer animation: How did the Messinian Salinity Crisis start?

We have created a 50 secs. computer animation of what we think the early stages of the Messinian salinity crisis looked like (following the interpretation we publish tomorrow in Nature):

Animator: M. Mantero (license: CC-BY-SA)

English: Geography of the Gibraltar Arc during the early stages of the Messinian Salinity Crisis (the period of restricted connection between the Mediterranean and the Altlantic). Our interpretation (scientific paper here) proposes that, at a depth of about 100 km, a piece of dense lithosphere detached from Iberia and sunk in the Earth's mantle. As a result, southern Iberia uplifted and the seaways that connected both seas shrunk progressively. However, this uplift had to compete with the erosion produced by the inflow of Atlantic water into the Med that compensates the excess of evaporation in this sea. This allowed a long-lived inflow stage that explains the enormous amount of salt precipitated in the bottom of the Mediterranean. As the tectonic uplift exceeded the erosion capacity of the inflow, the last seaway emerged and the Med became isolated. The lack of oceanic water supply and the arid climate of the Mediterranean sea both lead to a kilometric drawdown of its level. 
Español: Geografía del Arco de Gibraltar al inicio de la Crisis Salina del Mesiniense (el periodo de incomunicación entre el Mediterráneo y el Océano Atlántico), de acuerdo con la  interpretación que hacemos en la publicación que aparecerá en Nature. En el sur de la Peninsula Ibérica, a unos 100 km de profundidad, una parte de la litosfera se desprendió de la corteza terrestre y debido a su mayor densidad se hundió en el manto terrestre. Como resultado, el sur de Iberia se levantó y los estrechos que comunicaban ambos mares se redujeron progresivamente en profundidad. Este levantamiento tuvo que competir con la erosión producida por la entrada de agua Atlántica (necesaria para alimentar el Mediterráneo, que recibe menos agua de lluvia que la que evapora). Esto explicaría porqué el periodo de entrada de agua Atlántica fue tan prolongado dando lugar a la enorme cantidad de sal que se acumuló en el fondo del Mediterrráneo. Cuando la erosión del fondo del estrecho fue superada finalmente por el levantamiento tectónico, el canal de entrada quedó clausurado por completo, provocando que el clima seco del Mediterráneo hiciera descender rápidamente de su nivel más de un kilómetro.

• Available under Creative Commons BY-SA license, mentioning the authorship: Concept: D. Garcia-Castellanos, Animator: M. Mantero. 
• Free access to the multimedia files here.
  Also available in Commons. 
• Related scientific paper [pdf]: Garcia-Castellanos, D., A. Villaseñor, 2011. Messinian salinity crisis regulated by competing tectonics and erosion at the Gibraltar Arc. Nature, 480, 359-363, doi:10.1038/nature10651 
• More info on the research.

Recreación del aislamiento del Mediterráneo durante el Messiniense

Con la ayuda de la animación 3D y de Manolo Mantero (animador-texturizador-modelador), estamos recreando en vídeo la geografía del Arco de Gibraltar durante los eventos del Messiniense, hace unos 6 millones de años. Aquí va una imagen preliminar:

English: Geography of the Gibraltar Arc during the early stages of the Messinian Salinity Crisis (the period of restricted connection between the Mediterranean and the Altlantic). Our interpretation proposes that, at a depth of about 100 km, a piece of dense lithosphere detached from Iberia and sunk in the Earth's mantle. As a result, southern Iberia uplifted and the seaways that connected both seas shrunk progressively. However, this uplift had to compete with the erosion produced by the inflow of Atlantic water into the Med that compensates the excess of evaporation in this sea. This allowed a long-lived inflow stage that explains the enormous amount of salt precipitated in the bottom of the Mediterranean. As the tectonic uplift exceeded the erosion capacity of the inflow, the last seaway emerged and the Med became isolated. The lack of oceanic water supply and the arid climate of the Mediterranean sea both lead to a kilometric drawdown of its level. Español: Geografía del Arco de Gibraltar al inicio de la Crisis Salina del Messiniense (el periodo de incomunicación entre el Mediterráneo y el Océano Atlántico), de acuerdo con la  interpretación que hacemos en la publicación que aparecerá en Nature. En el sur de la Peninsula Ibérica, a unos 100 km de profundidad, una parte de la litosfera se desprendió de la corteza terrestre y debido a su mayor densidad se hundió en el manto terrestre. Como resultado, el sur de Iberia se levantó y los estrechos que comunicaban ambos mares se redujeron progresivamente en profundidad. Este levantamiento tuvo que competir con la erosión producida por la entrada de agua Atlántica (necesaria para alimentar el Mediterráneo, que recibe menos agua de lluvia que la que evapora). Esto explicaría porqué el periodo de entrada de agua Atlántica fue tan prolongado dando lugar a la enorme cantidad de sal que se acumuló en el fondo del Mediterrráneo. Cuando la erosión del fondo del estrecho fue superada finalmente por el levantamiento tectónico, el canal de entrada quedó clausurado por completo, provocando que el clima seco del Mediterráneo hiciera descender rápidamente de su nivel más de un kilómetro.

Free access to the multimedia files here.
Also available in Commons. 

This work by Manolo Mantero, Garcia-Castellanos is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License.

Volcanes de lodo

Hace un par de años tuve la oportunidad de unirme a una visita geológica en los Cárpatos y pude ver y tocar los volcanes de lodo de Berca (Rumanía), acompañado de expertos locales. Hoy he encontrado este documental, es algo casero pero es bastante preciso y en español: 

Los volcanes de lodo deben su nombre más a la forma cónica que adoptan, con lodo rebosando por un crater central, que a su relación con los volcanes clásicos, que por otro lado es remota. En los volcanes de lodo, el gas que se produce en bolsas de petróleo u otros hidrocarburos poco profundos empuja hacia la superficie una arcilla con mucho contenido de agua que llega a formar charcas o lagunas donde se ve la emanación de las burbujas. Los gases emanados en superficie suelen ser metano y otros hidrocarburos, anhídrido carbónico y gases sulfurosos. La arcilla suele ser por tanto rica en hidrocarburos sólidos y sales. Dejo también unos videos que tomé en Berca. La primera vez que ves uno de estos, vuelves a ser niño:

Por cierto, los volcanes de lodo siempre me recuerdan a esta sección vertical obtenida a partir de sísmica de reflexión: un corte del subsuelo del Mar de Alborán (Mediterráneo occidental) donde se han descrito volcanes de lodo anteriores y coetáneos a la crisis de salinidad del Mesiniense como responsables de la imagen caótica que se obtiene bajo la discontinuidad erosiva Mesiniense (línea morada). Esta superficie erosiva es una de las principales evidencias de la exposición del fondo marino durante la Crisis (la del Mesiniense):

Perfil de prospección sísmica en el Mar de Alborán, mostrando
presuntos volcanes de lodo a ~2.5 s (unos 2 km) de profundidad. 

¿Qué pudo generar esos volcanes? He leído que la actividad sísmica facilita su formación (por liquefacción del sedimento, creo), y a lo largo de la costa de la región hay sismitas bien documentadas, pero no hay evidencias de actividad importante de fallas. Algo para pensar... 

La Crisis Salina del Messiniense (2/3) - El progreso de la crisis

[English version here]
[Capítulo anterior: El Mediterráneo se evaporó]
[Este es un articulo de divulgación, los detalles de la investigación puedes encontrarlos aquí]

Cuando Plinio describió el mundo conocido por los romanos en su Historia Naturalis, comenzó, lógicamente, por el Estrecho de Gibraltar. Y citó una leyenda local según la cual a los dos peñones que flanquean la entrada al Mare Nostrum...

"[...] los llaman las Columnas de Hércules porque creen que él las separó con su espada, permitiendo la entrada del mar, que antes estaba excluída"

(Vídeo para Inspiraciencia presentando la Historia Natural de Plinio, 2016)

No conocemos el orígen de esta leyenda, pero hoy existen indicios sólidos de que el fin de la desecación del Mediterráneo consistió en una rápida inundación desencadenada al desbordar las aguas Atlánticas el Estrecho de Gibraltar (ver este post anterior). Y hemos visto evidencias convincentes de que, antes de eso, el Mediterráneo estuvo efectivamente aislado y probablemente desecado ¿Cual fue la causa de ese aislamiento? ¿Qué originó la Crisis Salina del Mesiniense?

[Source: Prenhall/Pearson]

La desmesurada concentración de sal durante ese periodo es un escenario excepcional, incluso para un geólogo. Para entenderla hay que dejar un momento el campo de la sedimentología y curiosear en la climatología y la tectónica de placas. Todavía hoy, el clima de la cuenca mediterránea es relativamente seco. El agua que aportan los ríos y la lluvia al mar no compensa la evaporación en su superficie. Debido a este déficit hídrico, la salinidad del Mediterráneo es ligeramente mayor (un 0.2 %) que la del océano global y si la diferencia no es mayor es porque hay una constante mezcla con el Atlántico a través del Estrecho de Gibraltar. Una corriente de agua Atlántica entra por la parte más superficial, mientras que otra más salada y densa sale en profundidad. Ambas corrientes fueron muy utilizadas por los submarinos en la Segunda Guerra Mundial para entrar y salir silenciosamente del Mediterráneo (véase por ejemplo el memorable film Das Boot) y todavía se encuentran restos de submarinos bombardeados en la región. La interacción entre ambas es responsable de las ondas de gravedad mostradas en la segunda imagen del capítulo anterior. Para mantener el nivel del Mediterráneo, la entrada de agua es un 3% mayor que la corriente de salida que circula en profundidad.  Los marinos que atraviesan el estrecho conocen bien la fuerza de esa corriente, como también la conocían en tiempos de Plinio. Tal vez los habitantes del sur de Iberia encontraron con su leyenda una relación entre esa corriente y la masiva presencia de sales a lo largo de la costa mediterránea. O tal vez el acierto de esta visión tan dinámica de la Tierra fuera sólo una casualidad.
La entrada neta de agua en el Mediterráneo es en promedio 70.000 m3/s, que equivale a unas 40 veces el caudal de las cataratas del Niágara. Si hoy se construyera una barrera en el estrecho que impidiera esta entrada de agua, el nivel del Mediterráneo descendería casi un metro cada año. Por inverosímil que parezca, esta idea ya se le ocurrió al ingeniero alemán Herman Sörgel en 1929, que planeó la construcción de un inmenso dique en Gibraltar con la idea de unir Europa y Africa secando el Mar Mediterráneo: el Proyecto Atlántropa. Es una de las más disparatadas distopías que conozco y afortunadamente no prosperó, pero ilustra bien lo que pudo suceder durante el Mesiniense: que el nivel del mar global quedara por debajo del umbral del estrecho y al quedar el Mediterráneo literalmente incomunicado, se evaporase.

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 superior.

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

Hay que mencionar que esa conexión Atlántico-Mediterráneo no estaba en el Estrecho de Gibraltar como en la actualidad, sino en varios estrechos que atravesaban lo que se conoce como el Arco de Gibraltar (la actual cordillera del Rif y de las Béticas, que entonces era un arco de islas entre Iberia y África). Hay aún dudas sobre si la última entrada de agua Atlántica se produjo a través de la cordillera Bética o de la cordillera Rifeña (en Marruecos). En ambas zonas se encuentran sedimentos Mesinienses que prueban aquella conexión marina, y en ambas esos sedimentos están muchos cientos de metros por encima del nivel del mar, lo que sugiere que el aislamiento del Mediterráneo pudiera haberse producido por un levantamiento de ambas regiones. El análisis del 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.

Dos ciclos de yeso cristalino Mesiniense con una intercalación de roca margosas,
cerca de Sorbas (Almería, España). Fuente: Wikimedia Commons

Sin embargo, el análisis de isótopos de Estroncio contenidos en los sedimentos ha confirmado que durante una larga fase inicial de la crisis salina, antes de la desecación, el Mediterráneo recibía agua del Atlántico. Esto por un lado es muy interesante, porque sugiere que el Mediterráneo actuó como una enorme salina y en apenas 100.000 años el agua que entraba contendría suficiente sal para explicar el enorme volumen depositado en el fondo. Pero para ello, el estrecho de comunicación no podía ser ni demasiado pequeño (para no impedir el flujo de entrada que compensa la evaporación) ni demasiado profundo (para no permitir la salida de agua hacia el Atlántico y no diluir así la salmuera). La profundidad del estrecho tendría que ser, según cálculos hidráulicos, de pocas decenas de metros. Y esto entra en conflicto con la noción de que el aislamiento resultó de una competición entre el nivel del mar y alguna forma de levantamiento tectónico de los estrechos: estos procesos funcionan en escalas de tiempo muy distintas, de unos pocos miles de años en el caso del nivel del mar y de millones de años en el caso de la tectónica. ¿Cómo pudo entonces mantenerse el estrecho tan somero durante un periodo de tiempo tan largo? 


En la última parte de este post contaré la explicación que proponemos (que aparecerá publicada próximamente en la revista Nature). Habrá que indagar en los procesos que pudieron producir esta secuencia de sucesos registrados en los sedimentos del fondo del Mediterráneo. A cambio, tal vez podremos entender cómo responde nuestro planeta ante situaciones tan extremas como la que atravesó el Mediterráneo durante la era Mesiniense. (Continuará...)

La Crisis Salina del Messiniense (1/3) - El Mediterráneo se evaporó

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[Capítulo siguiente: El progreso de la crisis]
[Este artículo es divulgativo, para detalles sobre la investigación visita este vínculo]

A lo largo de la costa Mediterránea existen numerosos yacimientos de sal que son explotados desde hace al menos dos mil años y que ya atrajeron la curiosidad tanto de Plinio el Viejo como de los primeros geólogos del siglo XIX. La roca de sal se forma en la naturaleza durante la evaporación masiva de agua, como en las salinas de las que obtenemos la sal de consumo. Pero la sal acumulada en el Mediterráneo suma más de un millón de kilómetros cúbicos, equivalente a un 10% de la sal disuelta en todo el océano y unas 50 veces la sal disuelta en el Mar Mediterráneo hoy en día. Actualmente, a los acontecimientos geológicos que provocaron esa acumulación de sal se les agrupa en la llamada Crisis Salina del Messiniense.

(Vídeo para Inspiraciencia presentando la Historia Natural de Plinio, 2016)

En las salinas el agua marina se transforma por evaporación en una salmuera concentrada hasta que los iones llegan a la saturación y acaban cristalizando formando sales. En 1849, el químico italiano J. Usiglio experimentó con este proceso y observó que, aunque el mar contiene diez veces más halita (sal común) que yeso, es éste el que precipita antes, debido a su menor solubilidad. Esto podía explicar la abundancia de yeso en los yacimientos costeros del Mediterráneo.

Karl Mayer-Eymar (1826-1907), un paleontólogo suizo, puso fecha a las sales circunmediterráneas a partir de fósiles que encontró junto a ellas y en 1867 bautizó aquel período con el nombre de Messiniense, por la región italiana de Messina, uno de los yacimientos de sal más conocidos en la época. Hoy sabemos que el periodo Messiniense tiene una edad de unos 6 millones de años, la época de los primeros homínidos. Pero la formación de esos depósitos sigue siendo un enigma.

¿Llegó el Mediterráneo realmente a secarse? La presencia masiva de sal puede ser explicada por una reducción prolongada de la comunicación con el océano, que impediría la mezcla con las aguas Atlánticas y la concentración progresiva de la sal, como en una salina. Para esto no es necesario un descenso del nivel del Mediterráneo por evaporación: el agua evaporada pudo en principio ser repuesta continuamente con la entrada de agua atlántica, como ocurre en la actualidad a través de Gibraltar.

Ondas de gravedad producidas por la entrada en el Mediterráneo de agua Atlántica a través del Estrecho de Gibraltar. Como en la era Messiniense, el Mediterráneo actual es hídricamente deficitario (recibe menos agua de los ríos y la lluvia de la que evapora), lo que se compensa con esta corriente.
Date: 06.03.2004 Credit: NASA Johnson Space Center - Earth Sciences and Image Analysis (NASA-JSC-ES&IA)

Pero en 1961, una campaña de prospección sísmica (consistente en enviar vibraciones al fondo del mar y recoger su eco para visualizar las capas de los sedimentos del suelo marino) reveló un reflector acústico a unos 100-200 metros bajo el suelo marino. Fue bautizado como el reflector M. El reflector M se detectaba en las zonas del Mediterráneo de más de 1400 metros de profundidad, sugiriendo que esa capa fue depositada de manera uniforme y simultánea en algún momento en el pasado. En 1970, el reflector M fue perforado en el Sitio 124 (cerca de Mallorca, pero a gran profundidad) del programa DSDP (Deep Sea Drilling Program), desde el buque Glomar Challenger y bajo la supervisión de los científicos William Ryan (geofísico) y Kenneth J. Hsu (sedimentólogo). Al llegar a la misteriosa capa, el taladro comenzó a vibrar y se atascó. Cuando subieron la broca sólo recuperaron algunos algunos restos sueltos de roca, de apariencia decepcionante. Pero Ryan y Hsu, junto con la paleontóloga Maria Bianca Cita pronto reconocieron algunas propiedades interesantes.

Los restos contenían una mezcla de cantos basálticos, piedra caliza blanca, cristales transparentes de yeso y microfósiles. Habían foraminíferos de aguas poco profundas, pero también pequeñas conchas de moluscos. De acuerdo con Cita esos organismos estaban poco desarrollados, tal vez como respuesta a condiciones ambientales extremas. Ryan y Hsü vieron que los clastos de basalto eran cantos rodados y guijarros traídos por ríos, que la piedra caliza y el yeso podían ser restos de una sabkha (una especie de salina natural como las que se encuentran hoy en día en Túnez) y que los microfósiles pudieron haber habitado un lago hipersalino. La perforación parecía haber alcanzado por primera vez en en fondo del Mediterráneo los depósitos coetáneos a las sales que se observan en tierra firme.

Distribución de sales Messinienses en el Mediterráneo (Rouchy & Carusso, 2004). Rojo: halita; Azul: Yeso.

Poco antes, unos pozos excavados para la construcción de la presa del Nilo en Asuán habían producido un resultado aún más sorprendente: Unos 1000 km río arriba de Alejandría, el Nilo circulaba sobre un antiguo valle de unos cientos de metros de profundidad, ahora cubierto de sedimentos posteriores a la Crisis Messiniense.

Esquema de los resultados de las perforaciones en Aswan (Egipto) hecho por Chumakov en 1967, que muestra el valle excavado en el valle del Nilo. 

El Nilo erosionó por tanto su propio lecho y se encajó en él hasta quedar muy por debajo del actual nivel del mar. Eso sólo se puede explicar si, o bien el nivel del Mediterráneo hubiera descendido muy por debajo del actual, o bien todo el nordeste de África se hubiera levantado unos cientos de metros. Pero lo segundo resulta geológicamente aún más inverosímil que lo primero. Además, pocos años más tarde se encontraron pruebas aún más esclarecedoras: en los deltas del Nilo y del Ródano se habían excavado en el mismo periodo gargantas de más de un kilómetro de profundidad, comparables al Cañón del Colorado actual solo que ahora están cubiertas por sedimentos deltaicos más recientes. Estas gargantas messinienses se han identificado ahora en muchos ríos del Mediterráneo, que muestran además que cuanto mayor era el caudal del río, más excavó su propio delta durante el periodo Messiniense. Para cualquier geomorfólogo la interpretación sería clara: hace 6 millones de años, durante el Messiniense, el nivel del Mediterráneo descendió entre uno y dos kilómetros por debajo del actual.

La hipótesis de la desecación causó una intensa discusión entre la comunidad científica que todavía hoy continúa. Hay que tener en cuenta que cualquier teoría sobre la Crisis Salina del Messiniense ayudaría a explicar otros depósitos salinos aún mayores pero peor conocidos, ocurridos en periodos geológicos más remotos. Pero sobretodo, procesos tan extraordinarios como éste se topan de frente con uno de los principios históricos de la geología: el gradualismo. Este pilar de la investigación geológica establece que el presente debe ser la clave para el pasado y que la Tierra ha evolucionado por acción de los mismos procesos que vemos hoy en día (erosión, movimiento de fallas, etc) durante largos periodos de tiempo. Pero la magnitud y escala de la crisis Messiniense no tiene parangón en la Tierra actual. 

Otra dificultad para que fuera aceptada la hipótesis de la desecación es que ésta abría casi tantos interrogantes como los que cerraba, algo que no agrada en ciencia, donde prima la simplicidad. Por ejemplo, conforme aumentó la calidad y cantidad de la prospección sísmica, quedó patente que el  grosor de las sales era enorme, en muchos lugares superior a un kilómetro. En Sorbas (Almería, ver primera foto), sólo los yesos tienen un grosor de 120 metros, lo que a priori requeriría la evaporación de una columna de agua de 40 kilómetros. Pero el Mediterráneo tiene una profundidad media de sólo 1.6 km.

Para poder comprender mejor la crisis salina es necesario conocer un poco de la formación del Mediterráneo y las circunstacias en las que se produjo.

[capítulo siguiente: El progreso de la crisis]