Pod dnem Morza Śródziemnego leży kilometr soli. Została, gdy morze odcięło się od Atlantyku

W 1970 roku statek wiertniczy Glomar Challenger wiercił dno Morza Śródziemnego. Ponad trzy kilometry pod lustrem wody, tam gdzie spodziewano się zwykłego mułu, wiertło wyciągnęło gips, przezroczystą sól kamienną i scementowany piasek z wąskim pęknięciem, jakby ktoś rozciął go od góry. Pod najgłębszymi basenami morza leży warstwa soli gruba na kilometr. Skąd się wzięła w morzu, które dziś jest pełne wody?

Wiertło trafiło w sól, a nie w muł

Trzynasta wyprawa programu wierceń oceanicznych miała rozpoznać zwykłą budowę osadów. Zamiast tego ekipa natrafiła na serie gipsu i anhydrytu z guzkami przypominającymi struktury z nadbrzeżnych solnisk Zatoki Perskiej, a niżej na warstwy soli kamiennej z domieszką soli potasowych i magnezowych. W jednej z próbek górna powierzchnia warstwy piaskowca była ścięta i poprzecinana szczeliną głęboką na 3,5 centymetra, taką, jaka powstaje, gdy osad wysycha i kurczy się ^[1].

Do tego doszły skamieniałości, które nie pasowały do głębokiego morza: drobne muszle organizmów żyjących na płytkich, ciepłych i czasem mało słonych wodach. Kiedy w 1973 roku opublikowano raporty z wyprawy, przyjęto je z niedowierzaniem. Baseny Morza Śródziemnego mają dziś dwa do czterech kilometrów głębokości. Pomysł, że stały prawie puste, brzmiał absurdalnie.

Skąd kilometr soli na dnie morza

Sól nie znika razem z wodą. Kiedy basen traci połączenie z oceanem, a parowanie przewyższa dopływ, woda gęstnieje i zaczyna oddawać rozpuszczone w niej związki w ustalonej kolejności. Najpierw wytrącają się węglany, potem gips, na końcu sól kuchenna i sole potasowo-magnezowe, które wymagają najbardziej stężonej solanki. Osad rośnie warstwa po warstwie, a woda, która wyparowała, jest tracona bezpowrotnie.

W basenach Morza Śródziemnego osady te mają od jednego do dwóch kilometrów miąższości, a miejscami do trzech ^[2]. W sycylijskim basenie Caltanissetta można policzyć kilkanaście kolejnych pokładów gipsu, każdy z kryształami stojącymi pionowo, i prześledzić ten sam zestaw warstw na przestrzeni ponad 80 kilometrów. To nie jest cienka skorupa z wyschniętej kałuży. To zapis wielokrotnie powtarzanego cyklu: napływ wody, odparowanie, osad.

Modelowe obliczenia pokazują skalę problemu. Powstanie samej soli kamiennej o takiej grubości wymagało wytrącenia ponad miliona kilometrów sześciennych halitu. Sole zgromadzone w basenie odpowiadają około pięciu procentom całej soli rozpuszczonej w dzisiejszym oceanie. Pojedyncza, szczelnie zamknięta misa takiej ilości nie dostarczy. Woda z solą musiała dopływać z Atlantyku wielokrotnie, a przejście między oceanem i morzem otwierało się i zamykało przez setki tysięcy lat.

Ile wody ubyło

Szacunki schodzą się co do rzędu wielkości, nie co do centymetra. Autorzy analizy osadów z wierceń, po uwzględnieniu podnoszenia się dna po ustąpieniu ciężaru wody, dostali obniżenie lustra około 2000 metrów w basenie zachodnim i około 2900 metrów we wschodnim. Inny przegląd prac podaje przedział od 1300 do 2400 metrów.

Niezależne świadectwo zostawiły rzeki. W dolinie Rodanu wiercenia odsłoniły ponad kilometr morskich osadów plioceńskich wypełniających starszą, wyciętą erozyjnie dolinę. Nil, jakieś 1200 kilometrów od dzisiejszego ujścia, wyciął w granicie koryto na więcej niż 100 metrów, a potem wypełnił je mułem. Rzeka wcina się tak głęboko tylko wtedy, gdy ma do tego podstawę, czyli znacznie niżej położone ujście. Radziecki geolog Iwan Czumakow szacował na tej podstawie spadek lustra morza na 1000 do 1500 metrów. Zwrócił też uwagę, że powódź, która potem wypełniła te doliny, musiała być gwałtowna, bo inaczej nie zamieniłaby ich w zatoki.

Sól nie dowodzi, że dno było pustynią

Sól nie mówi jednak jednej prostej historii. Brom, który wchodzi w miejsce chloru w krysztale soli, jest czułym zapisem stężenia solanki. W próbkach z wierceń jego zawartość skacze gwałtownie między warstwami grubymi na półtora centymetra. W głębokim zbiorniku takiego skoku nie byłoby widać, bo odparowanie cienkiej warstwy solanki nie zmienia jej stężenia w wykrywalny sposób. Takie wahania pasują raczej do płytkiej sadzawki, w której poziom wody spada o kilka metrów i natychmiast zmienia się zestaw wytrącanych soli.

Inne oznaczenia mówią coś odwrotnego. Tłuszczowe cząsteczki archeonów i bakterii zachowane w solach pozwalają oszacować temperaturę i zasolenie wody powierzchniowej. Wychodzi 25 do 28 stopni Celsjusza i zasolenie od 26 do 34 jednostek, czyli normalna woda morska, a nie solanka ^[3]. Autorzy tej pracy wyciągają wniosek, że nad solą stała głęboka, gęsta warstwa solanki, a na niej normalna woda morska, która parowała i dostarczała składników. Zwracają też uwagę na coś, co ogranicza każdy taki wniosek: wiertła weszły w sole na głębokość najwyżej 160 metrów, czyli około dziesięciu procent całego profilu. Reszta jest znana tylko z obrazowania sejsmicznego.

Oba obrazy można pogodzić. Nie trzeba wybierać między pustynią a pełnym morzem, jeśli basen był misą z gęstą solanką na dnie i normalną wodą u góry, a jego poziom zależał od tego, jak szeroko otwarte było przejście do Atlantyku. Badacze opisujący powódź końcową zakładają właśnie taki zbiornik: woda wpadająca przez próg trafiała do głębokiej solanki.

Powrót wody: kanał, grzbiety i brekcja

Kryzys skończył się 5,33 miliona lat temu, ale nie przez powolne sączenie. W rejonie Cieśniny Gibraltarskiej sejsmika pokazała zakopany kanał erozyjny długi na 390 kilometrów, wycięty w osadach i skale, z którego usunięto około 1000 kilometrów sześciennych materiału. W zachodnim basenie jońskim leży natomiast ciało osadowe o objętości około 1500 kilometrów sześciennych i grubości do 860 metrów, zbudowane z chaotycznie wymieszanego materiału. Jego autorzy uznali je za największy znany osad po powodzi katastrofalnej na Ziemi ^[4].

Najlepszy dowód jest jednak na lądzie, na Sycylii. Na płaskowyżu na południowy wschód od wyspy leży ponad 300 wydłużonych grzbietów, średnio 640 metrów długości i 40 metrów wysokości, ustawionych w jednym kierunku. Na ich szczytach zalega brekcja, czyli scementowana mieszanina obtoczonych i ostrokrawędzistych odłamków, a pod nią widać struktury, które powstają, gdy osad jest jeszcze mokry i zostaje gwałtownie dociśnięty. Grzbiety przechodzą w zakopany kanał szeroki na 20 kilometrów, a ten prowadzi do podmorskiego Kanionu Noto, którego głowa ma kształt amfiteatru i szerokość 6 kilometrów. Model hydrodynamiczny pokazuje, że wyrzeźbienie kanału i kanionu podniosło prędkość przepływu z około 20 do ponad 30 metrów na sekundę ^[5].

Skala robi wrażenie nawet na tle innych wielkich powodzi. Szacunki zrzutu wahają się od 68 do 100 sverdrupów, czyli od 68 do 100 milionów metrów sześciennych na sekundę, a czas napełniania basenu ocenia się na od 2 do 16 lat. To od trzystu do pięciuset razy więcej, niż wynosi średni przepływ Amazonki. Porównanie ma jednak granicę: liczby pochodzą z modeli, a nie z pomiaru, i zależą od założonej rzeźby terenu sprzed pięciu milionów lat.

Spór o to, jak puste było dno

Po pięćdziesięciu latach wierceń i setkach prac nikt nie kwestionuje, że Morze Śródziemne straciło połączenie z oceanem i że straciło większość wody. Sporne zostaje, jak pusty był basen i jak szybko wracał. Recenzja z 2023 roku, napisana przez jednego z autorów hipotezy o wyschnięciu, broni jej za pomocą izotopów tlenu, węgla, siarki, deuteru i strontu. Według niej dane z osadów brzegowych i z basenów potwierdzają, że morze wysychało co najmniej raz prawie do końca. Prace oparte na wskaźnikach organicznych pokazują z kolei, że woda powierzchniowa przez długi czas pozostawała normalna, a sól krystalizowała w głębokiej solance.

Obie wersje zgadzają się w tym, że poziom morza spadł o kilometr lub więcej i że sól została. Różnią się w tym, co działo się na powierzchni: czy odsłonięte dno było gorącym, suchym płaskowyżem, czy leżała na nim warstwa gęstej solanki pod cienką warstwą wody.

Ta sól nadal tam jest i nadal się porusza. W obrazowaniu sejsmicznym warstwa halitu jest pofałdowana i poprzebijana strukturami, które wyglądają jak lodowce, bo sól pod naciskiem osadów płynie. Wiercenia w niej się zatrzymują, a to, co leży pod spodem, znamy głównie z kształtu fal sejsmicznych. Historia Morza Śródziemnego jest więc zapisana w skale, którą można czytać, ale nie można przez nią przewiercić się do końca.

Źródła

1. William B. F. Ryan, „50th anniversary review of the Mediterranean desiccation hypothesis”, La Rivista del Nuovo Cimento 46, 163-291, 13 czerwca 2023. https://link.springer.com/article/10.1007/s40766-023-00042-9
2. William B. F. Ryan, „Modeling the magnitude and timing of evaporative drawdown during the Messinian salinity crisis”, 2008. http://app.geomapapp.org/data/focus_sites/Mediterranean/Messinian/Ryan_Messinian_Stratigraphy_2008.pdf
3. Ellen C. Christeleit, Mark T. Brandon, Daniel L. Zhuang, „Evidence for deep-water deposition of abyssal Mediterranean evaporites during the Messinian salinity crisis”, Earth and Planetary Science Letters 427, 2015. https://campuspress.yale.edu/markbrandon/files/2016/01/Christeleit2015Earth-and-Planetary-Science-Letters_Evidence-for-deep-water-deposition-of-abyssal-Mediterranean-evaporites-during-the-Messinian-salinity-crisis-1d927rs.pdf
4. Aaron Micallef, Angelo Camerlenghi, Daniel Garcia-Castellanos i in., „Evidence of the Zanclean megaflood in the eastern Mediterranean Basin”, Scientific Reports 8, 1078, 18 stycznia 2018. https://doi.org/10.1038/s41598-018-19446-3
5. Aaron Micallef, Giovanni Barreca, Christian Hübscher i in., „Land-to-sea indicators of the Zanclean megaflood”, Communications Earth & Environment 5, 28 grudnia 2024. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01972-w
6. Zdjęcie: NASA / Scott Kelly, „ISS-44 Strait of Gibraltar”, domena publiczna, kadr 16:9. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ISS-44_Strait_of_Gibraltar.jpg