В мессинском кризисе солености (также называемом мессинским событием , а на его последней стадии — событием Лаго Маре ) Средиземное море вошло в цикл частичного или почти полного высыхания (высыхания) на протяжении всей последней части мессинского века миоценовой эпохи , с 5,96 до 5,33 млн лет назад. Он закончился Занклским потопом , когда Атлантика вернула себе бассейн. [1] [2]
Образцы осадков из-под глубокого морского дна Средиземного моря, включающие эвапоритовые минералы, почвы и ископаемые растения, показывают, что предшественник Гибралтарского пролива закрылся около 5,96 миллионов лет назад, отгородив Средиземное море от Атлантики. [6] Это привело к периоду частичного высыхания Средиземного моря, первому из нескольких таких периодов в позднем миоцене. [7] После того, как пролив закрылся в последний раз около 5,6 млн лет назад, в целом сухой климат региона в то время почти полностью высушил Средиземноморский бассейн в течение тысячи лет. Это массивное высыхание оставило глубокий сухой бассейн, достигающий от 3 до 5 км (от 1,9 до 3,1 мили) в глубину ниже нормального уровня моря, с несколькими гиперсолеными карманами, похожими на сегодняшнее Мертвое море . Затем, около 5,5 млн лет назад, более влажные климатические условия привели к тому, что бассейн получил больше пресной воды из рек , постепенно заполняя и разбавляя гиперсоленые озера в более крупные карманы солоноватой воды (очень похожие на сегодняшнее Каспийское море ). Мессинский кризис солености закончился тем, что Гибралтарский пролив наконец снова открылся 5,33 млн лет назад, когда Атлантика быстро заполнила Средиземноморский бассейн в так называемом Занклском потопе . [8]
Даже сегодня Средиземное море значительно более соленое , чем Северная Атлантика , из-за его почти полной изоляции Гибралтарским проливом и высокой скорости испарения . Если Гибралтарский пролив снова закроется (что, вероятно, произойдет в ближайшем будущем по геологическим меркам ), Средиземное море в основном испарится примерно за тысячу лет, после чего продолжающееся движение Африки на север может полностью уничтожить Средиземноморье .
Только приток атлантической воды поддерживает нынешний уровень Средиземного моря. Когда он был перекрыт где-то между 6,5 и 6 MYBP, чистые потери от испарения достигли скорости около 3300 кубических километров в год. При такой скорости 3,7 миллиона кубических километров воды в бассейне высохнут едва ли более чем за тысячу лет, оставив обширный слой соли толщиной в несколько десятков метров и подняв уровень мирового моря примерно на 12 метров. [9]
В 19 веке швейцарский геолог и палеонтолог Карл Майер-Эймар (1826–1907) изучал окаменелости, залегающие между гипсоносными , солоноватыми и пресноводными осадочными слоями, и определил, что они были отложены непосредственно перед концом миоценовой эпохи. В 1867 году он назвал этот период мессинским в честь города Мессина на Сицилии , Италия. [10] С тех пор несколько других слоев эвапоритов, богатых солью и гипсом, по всему Средиземноморскому региону были датированы тем же периодом. [11]
Сейсмическая разведка Средиземноморского бассейна в 1961 году выявила геологическую особенность примерно на 100–200 м (330–660 футов) ниже морского дна. Эта особенность, названная отражателем M , близко следовала контурам современного морского дна, предполагая, что она была заложена равномерно и последовательно в какой-то момент в прошлом. Происхождение этого слоя в значительной степени интерпретировалось как связанное с отложением соли. Однако были предложены различные интерпретации возраста соли и ее отложения.
Ранее Денизо в 1952 году [12] и Руджиери в 1967 году [13] предполагали, что этот слой имеет позднемиоценовый возраст , и тот же Руджиери ввел термин «мессинский кризис солености» .
Новые и высококачественные сейсмические данные по M-рефлектору были получены в Средиземноморском бассейне в 1970 году. [14] В то же время соль была отобрана во время 13-го этапа Программы глубоководного бурения, проводимой с Glomar Challenger под руководством соруководителей Уильяма Б. Ф. Райана и Кеннета Дж. Сю . Эти отложения были впервые датированы и интерпретированы как продукты глубоководного бассейна мессинского кризиса солености.
Первое бурение мессинской соли в более глубоких частях Средиземного моря произошло летом 1970 года, когда геологи на борту Glomar Challenger подняли керны, содержащие гравий арыков и красные и зеленые пойменные илы; а также гипс , ангидрит , каменную соль и различные другие эвапоритовые минералы, которые часто образуются при высыхании рассола или морской воды, включая в нескольких местах поташ , оставшийся там, где высохли последние горькие, богатые минералами воды. Один керн содержал перенесенное ветром косослойное отложение глубоководного фораминиферового ила, который высох в пыль и был разнесен по жаркой сухой абиссальной равнине песчаными бурями , смешанный с кварцевым песком, принесенным ветром с близлежащих континентов, и оказавшийся в рассоле , залегшем между двумя слоями галита . Эти слои чередовались со слоями, содержащими морские окаменелости, что указывает на последовательность периодов высыхания и затопления.
Массовое присутствие соли не требует высыхания моря. [15] Главным доказательством испарительного истощения Средиземного моря являются остатки многих (ныне затопленных) каньонов , которые были прорезаны в бортах сухого средиземноморского бассейна реками, текущими вниз к абиссальной равнине . [16] [17] Например, Нил опустил свое русло до 200 метров (660 футов) ниже уровня моря в Асуане (где Иван С. Чумаков нашел морских плиоценовых фораминифер в 1967 году) и на 2500 м (8200 футов) ниже уровня моря к северу от Каира . [18]
Во многих местах Средиземноморья были обнаружены окаменелые трещины, где илистый осадок высох и потрескался под воздействием солнечного света и засухи. В серии Западного Средиземноморья наличие пелагических илов, перемежающихся с эвапоритами, предполагает, что эта область неоднократно затапливалась и осушалась на протяжении 700 000 лет. [19]
На основе палеомагнитного датирования мессинских отложений, которые с тех пор были подняты над уровнем моря тектонической активностью, кризис солености начался в одно и то же время по всему Средиземноморскому бассейну, 5,96 ± 0,02 млн лет назад. Этот эпизод охватывает вторую часть того, что называется «мессинским» веком миоценовой эпохи . Этот век характеризовался несколькими этапами тектонической активности и колебаниями уровня моря, а также эрозионными и осадочными событиями, все более или менее взаимосвязанными (van Dijk et al., 1998). [20]
Средиземноморско-Атлантический пролив снова и снова плотно закрывался, и Средиземное море, в первый раз, а затем неоднократно, частично пересыхало. Бассейн был окончательно изолирован от Атлантического океана на более длительный период, между 5,59 и 5,33 миллионами лет назад, что привело к большому или меньшему (в зависимости от применяемой научной модели ) понижению уровня Средиземного моря. Во время начальных, очень сухих стадий (5,6–5,5 млн лет назад) наблюдалась обширная эрозия, создавшая несколько огромных систем каньонов [16] [17] (некоторые из которых по масштабу напоминали Большой каньон ) вокруг Средиземного моря. Более поздние стадии (5,50–5,33 млн лет назад) отмечены циклическим отложением эвапорита в большой бассейн «озеро-море» (событие «Lago Mare»).
Около 5,33 миллионов лет назад, в начале занклийской эры (в начале плиоценовой эпохи), барьер в Гибралтарском проливе прорвался в последний раз, что привело к повторному затоплению Средиземноморского бассейна во время занклийского потопа ; [21] [22] способствуя дестабилизации склона. [23] С тех пор бассейн не пересыхал.
Количество мессинских солей оценивается примерно в4 × 10 18 кг (но эта оценка может быть уменьшена на 50–75 %, когда появится больше информации [24] ) и более 1 миллиона кубических километров, [25] в 50 раз больше количества соли, обычно содержащейся в водах Средиземного моря. Это предполагает либо последовательность высыханий, либо длительный период гиперсолености , в течение которого поступающая из Атлантического океана вода испарялась, при этом уровень средиземноморского рассола был аналогичен уровню Атлантического. Природа слоев убедительно указывает на несколько циклов полного высыхания и повторного наполнения Средиземного моря (Gargani and Rigollet, 2007 [7] ), причем периоды высыхания коррелируют с периодами более низких глобальных температур ; которые, следовательно, были более сухими в Средиземноморском регионе. [ необходима цитата ] Каждое повторное заполнение предположительно было вызвано отверстием входа морской воды, либо тектоническим путем , либо рекой, текущей на восток ниже уровня моря в «Средиземноморскую впадину», прорезая свою долину назад на запад, пока она не впустила море, подобно речному захвату . Последнее повторное заполнение произошло на границе миоцена и плиоцена , когда Гибралтарский пролив широко раскрылся навсегда. [22] После тщательного изучения керна скважины 124 Кеннет Дж. Хсу обнаружил, что:
Самый старый осадок каждого цикла либо откладывался в глубоком море, либо в большом солоноватом озере. Тонкие осадки, отложившиеся на тихом или глубоком дне, имели совершенно ровную слоистость. По мере высыхания бассейна и уменьшения глубины воды слоистость становилась более нерегулярной из-за увеличивающегося волнения. Строматолит образовался тогда, когда место отложения попало в приливную зону. Приливная равнина в конечном итоге обнажилась в результате окончательного высыхания, в это время ангидрит осаждался соленой грунтовой водой, подстилающей сабхи . Внезапно морская вода переливалась через Гибралтарский пролив , или из восточноевропейского озера происходил необычный приток солоноватой воды. Затем Балеарская абиссальная равнина снова оказывалась под водой. Таким образом, ангидрит из проволочной сетки внезапно оказывался погребенным под тонким илом, принесенным следующим потопом. [26]
Исследования с тех пор показали, что цикл высыхания-затопления мог повторяться несколько раз [27] [28] в течение последних 630 000 лет эпохи миоцена. Это могло бы объяснить большое количество отложенной соли. Однако недавние исследования показывают, что повторное высыхание и затопление маловероятны с геодинамической точки зрения. [29] [30]
Остаются некоторые важные вопросы относительно начала кризиса в центральном Средиземноморском бассейне. Геометрическая физическая связь между эвапоритовыми сериями, выявленными в пограничных бассейнах, доступных для полевых исследований, таких как пустыня Табернас и бассейн Сорбас , и эвапоритовыми сериями центральных бассейнов никогда не была установлена.
Используя концепцию осаждения как в мелких, так и в глубоких бассейнах в течение мессинского века (т.е. предполагая, что оба типа бассейнов существовали в этот период), очевидны две основные группы: одна, которая благоприятствует синхронному осаждению (изображение c) первых эвапоритов во всех бассейнах до основной фазы эрозии; [31] и другая, которая благоприятствует диахронному осаждению (изображение a) эвапоритов в течение более чем одной фазы высыхания, которая сначала затронула бы краевые бассейны, а затем и центральные бассейны. [8]
Другая школа предполагает, что высыхание было синхронным, но произошло в основном в более мелких бассейнах. Эта модель предполагает, что уровень моря во всем средиземноморском бассейне упал одновременно, но только более мелкие бассейны высохли достаточно, чтобы отложить соляные пласты. См. изображение b.
Как подчеркивалось в работе ван Дейка (1992) [32] и ван Дейка и др. (1998) [20], история высыхания и эрозии была сложным взаимодействием с тектоническими подъемами и опусканиями, а также эрозионными эпизодами. Они также снова задавались вопросом, как и некоторые предыдущие авторы, были ли бассейны, которые сейчас наблюдаются как «глубокие», на самом деле также глубокими во время мессинского эпизода, и дали разные названия сценариям конечных членов, описанным выше.
Для различения этих гипотез требуется калибровка гипсовых отложений. Гипс является первой солью (сульфатом кальция), которая отложилась из высыхающего бассейна. Магнитостратиграфия предлагает широкое ограничение по времени, но не дает точных деталей. Поэтому для сравнения дат отложений используется циклостратиграфия . Типичное исследование случая сравнивает гипсовые эвапориты в главном средиземноморском бассейне с эвапоритами бассейна Сорбас , меньшего бассейна на флангах Средиземного моря, который сейчас обнажается на юге Испании . Предполагается, что взаимосвязь между этими двумя бассейнами представляет собой взаимосвязи более широкого региона.
Недавние исследования опирались на циклостратиграфию для корреляции нижележащих мергелевых пластов, которые, по-видимому, уступили место гипсу в одно и то же время в обоих бассейнах. [33]
Сторонники этой гипотезы утверждают, что циклические изменения в составе пластов астрономически настроены, и величину пластов можно откалибровать, чтобы показать, что они были одновременными — сильный аргумент. Чтобы опровергнуть это, необходимо предложить альтернативный механизм образования этих циклических полос или того, что эрозия случайно удалила как раз нужное количество осадка повсюду до того, как отложился гипс. Сторонники утверждают, что гипс отложился непосредственно над коррелированными слоями мергеля и обвалился в них, создав видимость несогласного контакта. [33] Однако их оппоненты ухватываются за это кажущееся несогласие и утверждают, что бассейн Сорбас был обнажен — следовательно, подвергался эрозии — в то время как Средиземное море откладывало эвапориты. Это привело бы к тому, что бассейн Сорбас был заполнен эвапоритами 5,5 миллионов лет назад (млн лет назад), по сравнению с основным бассейном 5,96 млн лет назад. [34] [35] ).
Недавние работы выявили предэвапоритовую фазу, соответствующую заметному эрозионному кризису (также называемому « мессинским эрозионным кризисом »; завершение несогласной осадочной последовательности «Mes-1» по Ван Дейку, 1992) [32], вызванной значительным сокращением уровня средиземноморской воды. [36]
Предполагая, что это крупное понижение соответствует крупному мессинскому понижению, они пришли к выводу, что средиземноморская батиметрия значительно уменьшилась до осаждения эвапоритов центральных бассейнов. Что касается этих работ, то глубоководное образование кажется маловероятным. Предположение о том, что эвапориты центрального бассейна частично отложились под высокой батиметрией и до основной фазы эрозии, должно подразумевать наблюдение крупного детритного события над эвапоритами в бассейне. Такая геометрия осадконакопления не наблюдалась на данных. Эта теория соответствует одному из сценариев конечного члена, обсуждаемых ван Дейком и др. [20]
Было рассмотрено несколько возможных причин серии мессинских кризисов. Хотя по всем фронтам существуют разногласия, наиболее общее мнение, похоже, сходится во мнении, что климат сыграл свою роль в периодическом заполнении и опустошении бассейнов, и что тектонические факторы, должно быть, сыграли свою роль в контроле высоты порогов, ограничивающих поток между Атлантикой и Средиземным морем. [37] Однако масштабы и степень этих эффектов широко открыты для интерпретации. [20]
В любом случае, причины закрытия и изоляции Средиземного моря от Атлантического океана следует искать в районе, где сейчас находится Гибралтарский пролив , местонахождение одной из тектонических границ между Африканской плитой и Европейской плитой и ее южными фрагментами, такими как Иберийская плита . Эта пограничная зона характеризуется дугообразной тектонической особенностью, Гибралтарской дугой , которая включает южную Испанию и северную Африку . В современной области Средиземного моря находятся три таких дугообразных пояса: Гибралтарская дуга , Калабрийская дуга и Эгейская дуга . Кинематика и динамика этой границы плиты и Гибралтарской дуги в позднем миоцене тесно связаны с причинами мессинского кризиса солености. Тектонические движения могли закрыть и вновь открыть проходы, поскольку регион, где находилась связь с Атлантическим океаном, пронизан сдвиговыми разломами и вращающимися блоками континентальной коры. Поскольку разломы приспособили региональное сжатие, вызванное сближением Африки с Евразией , география региона могла измениться достаточно, чтобы открыть и закрыть морские пути. Однако точную тектоническую активность, стоящую за движением, можно интерпретировать несколькими способами. [38]
Любая модель должна объяснять различные особенности местности:
Существуют три конкурирующие геодинамические модели, которые могут соответствовать этим данным, модели, которые обсуждались в равной степени для других дугообразных образований в Средиземноморье: [39]
Из них только первая модель, вызывающая откат, кажется, объясняет наблюдаемые вращения. Однако ее трудно сопоставить с историями давления и температуры некоторых метаморфических пород . [45]
Это привело к некоторым интересным комбинациям моделей, которые на первый взгляд казались странными, в попытках приблизиться к истинному положению дел. [46] [47]
Изменения климата почти наверняка должны быть вызваны для объяснения периодической природы событий. Они происходят в прохладные периоды циклов Миланковича , когда меньше солнечной энергии достигало северного полушария. Это приводило к меньшему испарению Северной Атлантики, следовательно, к меньшему количеству осадков над Средиземноморьем. Это могло бы лишить бассейн водоснабжения из рек и привести к его высыханию. [ необходима цитата ]
Гляциоэвстатические падения уровня моря с амплитудой около 10 метров (33 фута), которые начались примерно 6,14 млн лет назад, вероятно, были ответственны за модуляцию связи между Средиземноморьем и Атлантикой. Одно особенно крупное гляциоэвстатическое колебание, падение уровня моря примерно на 30 метров (98 футов), произошло около 5,26 млн лет назад, около границы миоцена и плиоцена. [48]
Климат абиссальной равнины во время засухи неизвестен. На Земле нет ситуации, напрямую сопоставимой с сухим Средиземноморьем, и, таким образом, невозможно узнать его климат путем прямого наблюдения за сопоставимыми географическими условиями. Моделирование с использованием модели общей циркуляции может указать на физически последовательные реакции на высыхание. [49] Нет единого мнения относительно того, высохло ли Средиземное море полностью; кажется наиболее вероятным, что по крайней мере три или четыре крупных соленых озера на абиссальных равнинах оставались все время. Степень высыхания очень трудно оценить из-за отражательной сейсмической природы соляных пластов и сложности бурения кернов, что затрудняет картирование их толщины.
Атмосферные силы можно изучить, чтобы прийти к предположению о климате. Поскольку ветры дули через «Средиземноморскую впадину », они нагревались или охлаждались адиабатически с высотой. В пустом Средиземноморском бассейне летние температуры, вероятно, были бы чрезвычайно высокими. В первом приближении, используя сухой адиабатический градиент около 10 °C (18 °F) на километр, максимально возможная температура области на 4 км (2,5 мили) ниже уровня моря будет примерно на 40 °C (72 °F) теплее, чем на уровне моря. При этом экстремальном предположении максимумы будут около 80 °C (176 °F) в самых низких точках сухой абиссальной равнины , не допуская никакой постоянной жизни, кроме экстремофилов . Кроме того, высота 3–5 км (2–3 мили) ниже уровня моря приведет к давлению воздуха от 1,45 до 1,71 атм (от 1102 до 1300 мм рт. ст.), что еще больше увеличит тепловой стресс. Однако эти простые оценки, вероятно, слишком экстремальны. Эксперименты с моделью общей циркуляции Мерфи и др. 2009 года [49] показали, что в условиях полного высыхания Средиземноморский бассейн прогреется до 15 °C (27 °F) летом и на 4 °C (7,2 °F) зимой, в то время как для пониженной водной поверхности температура повысится всего на 4 °C (7,2 °F) летом и на 5 °C (9,0 °F) зимой. Кроме того, результаты моделирования показали, что глобальная стационарная волновая реакция на введение топографической депрессии вызывает закономерности потепления и охлаждения до 4 °C (7,2 °F) по всему Северному полушарию.
Сегодня испарение со Средиземного моря поставляет влагу, которая выпадает фронтальными штормами, но без такой влаги средиземноморский климат , который мы ассоциируем с Италией, Грецией и Левантом , был бы ограничен Пиренейским полуостровом и западным Магрибом . Климат во всем центральном и восточном бассейне Средиземноморья и прилегающих регионах на севере и востоке был бы суше даже выше современного уровня моря. Восточные Альпы , Балканы и Венгерская равнина также были бы намного суше, чем сегодня, даже если бы преобладали западные ветры, как сейчас. [ необходима цитата ] Однако океан Паратетис обеспечивал водой район севернее Средиземноморского бассейна. Валахско-Понтийский и Венгерский бассейны были под водой в миоцене, изменяя климат того, что сейчас является Балканами и другими районами к северу от Средиземноморского бассейна. Паннонское море было источником воды к северу от Средиземноморского бассейна до среднего плейстоцена, прежде чем стать Венгерской равниной. Ведутся споры о том, имели ли воды Валахско-Понтийского бассейна (и, возможно, связанного с ним Паннонского моря) доступ (и, таким образом, приносили воду) хотя бы в восточный Средиземноморский бассейн в определенные периоды миоцена.
Мессинский кризис солености привел к массовому вымиранию морских рыб и другой морской фауны, обитающей в бассейне. [50] [51] [52] Современный градиент биоразнообразия Средиземноморья, где разнообразие уменьшается к востоку, развился после кризиса. [53] Фауна наземных млекопитающих Средиземноморья также понесла потери разнообразия. [54] Из-за слияния Пиренейского полуострова и Северной Африки произошел фаунистический обмен между двумя регионами. [55] Кризис также привел к расселению наземных животных на отдаленные участки суши, такие как Балеарские острова , где несколько видов животных, таких как козел-антилопа Myotragus , продолжали оставаться изолированными до голоцена , более 5 миллионов лет спустя. [56]
Представление о полной безводности Средиземного моря имеет некоторые следствия.
Существует мнение, что в мессинский период Красное море соединялось в районе Суэца со Средиземным морем, но не было соединено с Индийским океаном и высохло вместе со Средиземным морем. [63]
Когда Гибралтарский пролив был в конечном итоге прорван, Атлантический океан вылил бы огромный объем воды через то, что предположительно было бы относительно узким каналом. Это пополнение было предусмотрено как результат большого водопада выше, чем современный водопад Анхель на 979 м (3212 футов), и гораздо более мощного, чем водопады Игуасу или Ниагарский водопад , но недавние исследования подземных сооружений в Гибралтарском проливе показывают, что канал затопления спускался довольно постепенно к сухому Средиземноморью. [22]
Огромное количество неотсортированного мусора, вымытого мощным катастрофическим наводнением, было обнаружено на морском дне к юго-востоку от южного угла Сицилии . Предполагается, что оно было отложено наводнением Занкл. [64]
остаток Тетиса соединился с Атлантикой, примерно по линии того, что должно было стать Гибралтарским проливом. Около 5,96 миллионов лет назад этот разрыв закрылся, положив начало так называемому Мессинскому кризису солености, который продолжался более полумиллиона лет, прежде чем Атлантика снова воссоединилась со Средиземноморьем.