Zo’n 5,5 miljoen jaar geleden verdween plots 70 procent van het water in de Middellandse Zee. Wat overbleef was een gigantisch zoutbekken. Het was tot nu toe een raadsel hoe al dat zout zich zo snel kon ophopen. Onderzoekers hebben nu aan de hand van chloorisotopen ontdekt wat er is gebeurd.
De Messiniaanse Crisis vond om precies te zijn plaats tussen 5,97 en 5,33 miljoen jaar geleden tijdens het geologische tijdvak Messinien, vandaar de naam. Oorzaak was de afsluiting van de Straat van Gibraltar, waardoor er geen water meer de Middellandse Zee instroomde.
Een héle berg zout
Maar liefst een miljoen kubieke kilometer zout hoopte zich op in het Middellandse Zeegebied. Dankzij analyse van de chloorisotopen in zout dat uit de zeebodem is gehaald, hebben wetenschappers nu de twee fasen van dit extreme verdampingsproces kunnen identificeren. “Isotopen zijn atomen van een bepaald element, bijvoorbeeld chloor, met hetzelfde chemische gedrag maar met een iets andere atoommassa. De twee chloorisotopen die we hier bespreken zijn ³⁷Cl en ³⁵Cl, met respectievelijke atoommassa’s van 37 en 35″, zo legt onderzoeker Vanni Aloisi van het Franse Institut de physique du globe de Paris uit aan Scientias.nl.
“Hoewel beide chloorisotopen haliet (NaCl) vormen door chemische neerslag uit verdampend zeewater, wordt de zware isotoop ³⁷Cl bij voorkeur opgenomen in het ophopende zout. Hoe sneller het zout uit het opgeloste zeewater in vaste zoutafzettingen wordt omgezet, des te groter is het isotopeneffect van ³⁷Cl. Dit biedt ons een soort ‘snelheidsmeter’ voor de zoutafzetting in de Middellandse Zee tijdens de Messiniaanse Crisis. Zo kunnen we ook dalingen in het zeeniveau van de Middellandse Zee detecteren, omdat dergelijke gebeurtenissen de zoutafzetting met een factor tien versnellen, iets dat duidelijk zichtbaar is in de chloorisotopen.”
De eerste fase
Tijdens de eerste fase, die ongeveer 35.000 jaar duurde, vond de zoutafzetting alleen plaats in het oostelijke deel van de Middellandse Zee. Dit werd veroorzaakt door de beperking van de wateruitstroom naar de Atlantische Oceaan. “Ooit werd aangenomen dat grote zoutafzettingen alleen konden ontstaan in lagunes in droge klimaten, omdat dit de enige gebieden in deze tijd zijn waarin verdampingszouten in substantiële hoeveelheden neerslaan”, legt Aloisi uit. “De ontdekking van de zogenaamde Middellandse Zee-zoutreus door oceaanboringen in de vroege jaren 70 stelde geologen echter voor een groot probleem: hoe is het mogelijk dat 1 miljoen kubieke kilometer zout zich kon ophopen in zo’n relatief klein zeebekken dat gemiddeld maar 2 tot 3 kilometer diep is?”
Aloisi, wiens studie in Nature verscheen, heeft wel een antwoord: “De Straat van Gibraltar wordt gekenmerkt door een tweerichtingsstroom van water: minder zout Atlantisch oppervlaktewater stroomt de Middellandse Zee binnen, terwijl dieper, zouter Middellandse Zeewater naar de Atlantische Oceaan stroomt. Toen de Straat van Gibraltar door tektonische bewegingen werd opgetild, werd de diepe, zoute uitstroom van de Middellandse Zee als eerste beïnvloed. Naarmate deze uitstroom afnam, raakte steeds meer zout gevangen in de zee, waardoor het zoutgehalte van de watermassa toenam. Uiteindelijk raakte de Middellandse Zee – nog steeds gevuld met water tot het niveau van de oceaan – verzadigd en begon het zout zich op te hopen in het oostelijke bekken, dat het meest geconcentreerd was van de twee. Dit scenario werd in de jaren 2000 al voorgesteld op basis van modellen. Wij hebben bewijs geleverd, gebaseerd op chloorisotopen in zout, ondersteund door verdere modellering, dat dit scenario inderdaad plaatsvond tijdens de eerste fase van zoutaccumulatie.”
De tweede fase
Tijdens de tweede fase vond deze zoutophoping plaats in het hele Middellandse Zeegebied. Dit werd veroorzaakt door een snelle, minder dan 10.000 jaar durende, verdamping. “Naarmate de drempel van Gibraltar verder werd opgetild, werd deze eerste fase gevolgd door een volledige scheiding van de Middellandse Zee van de Atlantische Oceaan, wat leidde tot een verlaging van het zeeniveau van de Middellandse Zee met 0,85 kilometer in het westen en tussen de 1,7 en 2,1 kilometer in het oostelijke bekken”, legt de wetenschapper uit. Daardoor verloor het Middellandse Zeegebied uiteindelijk tot wel 70 procent van al het water.
Deze spectaculaire daling van het zeeniveau moet wel gevolgen hebben gehad voor zowel de dieren als het landschap rond de Middellandse Zee. De gebeurtenis veroorzaakte lokale vulkaanuitbarstingen door de ontlasting van de aardkorst en leidde waarschijnlijk tot wereldwijde klimaateffecten door de enorme depressie die door de daling van het zeeniveau werd veroorzaakt.
Snelle verdamping
“Toen de Middellandse Zee 70 procent van haar watermassa verloor door verdamping, werd een enorme belasting van de lithosfeer van het Middellandse Zeegebied – de stijve buitenste laag van de aarde – weggenomen. Deze decompressie resulteerde in de vorming van magma in de onderliggende mantel en maakte het gemakkelijker voor het magma om door de vaste gesteenten van de lithosfeer omhoog te komen en aan het oppervlak uit te barsten. Dit werd voor het eerst voorgesteld door collega’s om de verhoogde frequentie van vulkaanuitbarstingen in het pan-Middellandse Zeegebied tijdens de Messiniaanse Crisis te verklaren. Onze studie, die een groot verlies van watermassa uit de Middellandse Zee aantoont, maakt dit scenario nog waarschijnlijker.”
Nog sneller herstel
Gek genoeg, herstelde de Middellandse Zee zich nog veel sneller dan ze verdampte. “De crisis eindigde 5,33 miljoen jaar geleden, waarschijnlijk door een combinatie van een stijging van de zeespiegel en tektonische verlaging van de Straat van Gibraltar. Op dat moment, toen het Atlantische water die drempel doorbrak, werd de Middellandse Zee in heel korte tijd weer gevuld – modellen schatten dat dit mogelijk slechts twee jaar heeft geduurd.”
De studie was uiteindelijk een knap staaltje wetenschap. “Het meest opwindend was het moment waarop de resultaten van de chloorisotoopmetingen uit de massaspectrometer kwamen – het apparaat dat isotoopsamenstellingen meet – en duidelijk werd dat er twee verschillende fases waren tijdens de zoutafzetting. Om van daaruit de omvang van de zeespiegeldaling in te schatten, kostte een jaar extra studie, met de nodige ups en downs zoals vaak gebeurt in wetenschappelijk onderzoek. Maar we zijn erg blij dat ons werk uiteindelijk leidde tot een duidelijk scenario voor de zoutaccumulatie tijdens de Messiniaanse Crisis”, klinkt het tot besluit.
