Мессинский кризис солёности. Гибралтарская дуга
Из-за чего именно прервалась связь Средиземного моря с Атлантикой достоверно неизвестно.
Во время последних оледенений уровень океана падал где-то метров на 120, но Гибралтар при этом не пересох. А в конце миоцена уровень Мирового океана изменялся всего лишь на 10-20 метров (см. Figure 4 в PDF; попозже будут и другие данные). По данным циклостратиграфии (см. раздел О стратиграфии) в конце миоцена прошёл ледниковый период в интервале с 6.26 до 5.50 миллионов лет назад (источник): он начался за 300 тысяч лет до начала Мессинского кризиса солёности, а завершился за 170 тысяч лет до его конца. В общем, Мессинский кризис не был вызван падением уровня океана из-за оледенения.
И принципиальных изменений в Средиземноморском климате тогда не было: да, климат был сухой и жаркий (xerothermic), но так было и до, и во время, и после Мессинского кризиса.
Поэтому причины как начала, так и завершения кризиса ищутся в тектонике. При этом гипотезы должны учитывать дополнительную сложность - ведь чтобы сформировать отложения солей толщиной в полтора - три с половиной километра нужно, чтобы в Средиземное море регулярно или постоянно поступала морской воды.
В разделе Тетис и Паратетис есть картинка «Европа в позднем миоцене» (отсюда) и на ней показан целый архипелаг на месте Гибралтарского пролива. Этот архипелаг формировал две системы проливов, которые связывали Средиземное море с Атлантикой до Мессинского кризиса: 1) Испанский Портал или Бетский Коридор (от Бетика) и 2) марокканский, Рифский Коридор (горы Эр-Риф; не Рифей). В одном совершенно серьёзном видео так и предлагалось: вместо слова «коридор» использовать слово «архипелаг». Но как эти коридоры не называй, от них остались морские отложения и рифы, найденные на суше в Испании и Марокко.
Тему рифов не удалось проработать, видимо, материала в ней не очень много. Знаю, что остатки позднемиоценовых рифов есть в Испании, а пару дельных картинок можно найти здесь. Была ещё хорошая схема того, как рифы развиваются и отмирают в зависимости от глубины моря, но она где-то потерялась, да и места для неё нет. И это - всё, что мне попалось.
Остатки Бетского коридора - это целый комплект бывших морских впадин, когда-то заполнявшихся осадочными отложениями и эвапоритами, а ныне ставших сушей. Считается, что Бетский коридор закрылся в конце Тортонского века - середине Мессинского века. Например, на картинке внизу видим, что в котловинах Lorca и Fortuna - эвапориты Тортонского века. А источник, говоря об этих эвапоритах (7.8-7.6 Ma), вводит нечасто встречающийся термин Tortonian salinity crisis.
В Рифском коридоре проводилось исследование пыльцы наземных растений - палинология - и цист (циста - покоящаяся форма) перидиниевых водорослей (они же динофлагелля́ты) и количественных соотношений между ними. Из результатов видно (PDF), что подъём начался на стыке Тортонского и Мессинского веков; во время Мессинского кризиса коридор был мелководен, а к концу кризиса прошёл резкий подъём. Об этом же сообщает источник: мелководные отложения миоцена ныне находятся на высоте 850-1200 метров над уровнем моря, а здесь глубина Рифского коридора на начало миоцена оценивается в 600-800 метров. А этот источник считает, что Гибралтарский пролив был вырезан в конце Мессинского века потоком, текшим из Атлантического океана, а на дне Альборанского моря остались каньоны с тех пор. И, таким образом, пролив не имеет отношения к Бетскому порталу и Рифскому коридору.
Выглядели же Бетский и Рифский коридоры примерно так (картинка взята отсюда):
На картинке вверху Гибралтарский пролив закрыт. Как уже говорил, в таких реконструкциях накопление слоёв соли требует постоянной или периодической подпитки Средиземного моря морской водой, потому что объём соли, накопленный в Средиземном море, требует испарения воды из примерно 50 Средиземных морей (PDF).
При этом, если мы говорим о повторном открытии Гибралтара (или другого пролива), то это значит, что перешеек, который разделял Атлантический океан и Средиземное моря, был прорван Атлантическими водами не один раз и, может быть, катастрофически. И тут же вопрос: а почему постоянный пролив появился только в последний раз? Короче, био- и циклостратиграфические исследования тоже не подтверждают идею периодической подпитки Средиземного моря водой из Атлантики.
А ещё на картинке видим вулканический пояс 500 на 200 километров на границе западной (мелководной) и восточной частей Альборанского моря. Этот вулканический пояс породила субдукция, которая идёт под Гибралтарским проливом. Задуговой бассейн - это восточный Альборан, а аккреционная призма накапливается с Атлантической стороны. Линия перегиба нижней плиты постоянно отодвигается к западу. Но где тут жёлоб - непонятно.
А на картинке внизу (из abstract) - разрез, проведенный из Атлантики (слева) через Гибралтарский пролив в Альборанское море. Слева направо движется толстый белый слой, круто изгибающийся вниз - это остатки океанической коры океана Тетис; в источниках попадалось, что слэб уходит вниз почти вертикально. В правой части белым слоем изображена континентальная кора мелководной части Альборанского моря; она движется налево; см. суперкороткий youtube о том, как Гибралтарская дуга развивалась во времени. Разноцветные круги - это гипоцентры землетрясений; размер кругов отражает магнитуду землетрясения; цветом, очевидно, закодирована глубина землетрясений. Судя по картинке, землетрясения концентрируются в местах, где океаническая кора изгибается, а континентальная - растягивается. Этот же источник считает, что известное Лиссабонское землетрясение 1755 года (вики) с цунами и оценкой магнитуды в 8.5-9 произошло именно в этой зоне субдукции.
Слэб, сжимаемый Евразией и Африкой, видимо, оборвался (мне попадалось мнение, что это случилось в Бетском коридоре) и падает вниз (1): здесь сказано, что в регионе Альборанского моря нет землетрясений в диапазоне 200-600 километров глубины и это подтверждает гипотезу оборвавшегося слэба.
На субдуцирующую кору действуют две силы: слэб тянет её вниз, а мантия и оставшаяся часть коры порождают силу сопротивления. Поэтому, когда слэб обрывается и исчезает сила, с ним связанная, кора подскакивает вверх - скорость подъёма оценивается от 0.25 до 2.25 миллиметров в год (источник) - перекрывает Гибралтарский пролив и устраивает нам Мессинский кризис солёности. Именно этот сценарий не слишком внятно показан в видео на вики-странице Мессинский пик солёности.
Ещё одна гипотеза (отсюда) - расслоение океанической коры. В этом варианте нижний слой коры отпадает и это тоже подбрасывает верхний слой с оценкой скорости подъёма на границе тортона и мессиния в 5 мм в год (см. картинку), а ныне затопленные вулканы Альборанского моря переходят от субдукционного типа вулканизма к внутриплитному, что отражается в химическом составе извергнутых лав.
Интересно, что есть работа, где описывается сценарий окончания кризиса: слэб, погружаясь, нагружает верхнюю плиту, из-за чего весь регион погружается и Средиземное море вновь заполняется водой.
Так что, в-основном, по-видимому, считается, что во время Мессинского кризиса Гибралтарский пролив был открыт, как на КДПВ - это картинка из PDF. Такие гипотезы вынуждены решать другой вопрос: как ограничить поступление воды в Средиземное море, чтобы оно высохло (ну, почти). Например, в источнике (PDF) проводят численное моделирование: как тектонический подъём и эрозия могли соперничать друг с другом, чтобы получился сниженный приток воды из Атлантического океана. Где-то мне попадалось, что нужный объём соли в высыхающее Средиземное море мог поставлять канал шириной пять километров и глубиной всего 3 метра; неясно, сколько времени должен был такой канал работать. В другой работе (abstract) высчитали, что при ширине 13 километров (это ширина Гибралтарского пролива сегодня), падение уровня Средиземного моря начинается тогда, когда уровень воды над дном Гибралтарского пролива становится меньше двух метров.
Есть ещё одна тема. На картинке (PDF) звёздочками показаны находки миоценовых африканских и европейских млекопитающих. Мне попадались упоминания найденных в Испании миоценовых африканских одногорбых верблюдов, а этот источник упоминает найденных там же гиппопотамов. Кроме того, на картинке значками разных форм помечены места находок ящериц (lizards), жуков (beetles) и саламандр (newts), а цвета значков кодирует время, к которому отнесена каждая находка. Сокращения на картинке: GS - Гибралтарский пролив, EAB - Восточно-Альборанский бассейн, BAB - Балеаро-Алжирский бассейн, MSCR - морское убежище (refuge) Мессинского кризиса солёности.
Так вот, при постоянно открытом Гибралтарском проливе нужен мост, через который шёл обмен наземной фауной между Евразией и Африкой. На эту роль выдвигается та самая цепь вулканов, ныне затопленная морем и находящаяся на глубине порядка 1000 метров.
И раз уж говорим о живности, высохшее дно Средиземного моря, по-видимому, открыло путь сухопутным животным на острова. Изоляция на этих островах во время (?) и по окончании кризиса, породила ранее мне не попадавшегося гигантского кролика на Менорке; см. youtube (en). Известные карликовые слоны Сицилии и других средиземноморских островов - это более позднее явление.
Картинка вверху напоминает ещё об одной подтеме: отсутствие эвапоритов в западной части Альборанского моря. Но всё ещё круче: там просто нет верхнемессинских отложений. Этот факт - обязательный пункт всех гипотез заполнения Средиземного моря после того, как кризис закончился.
В следующем разделе - о состоянии изучения Мессинского кризиса на нынешнее время.
Примечания.
(1) ↑ О реконструкции истории этой зоны субдукции можно почитать в этой работе (en).