Największy potop w dziejach Ziemi?
Przywykliśmy do tego, że Ziemia jest łagodną i przewidywalną planetą. Owszem, sroży się i zsyła na nas rozmaite żywioły naturalne, czasami groźne i zabójcze, ale oszczędza nam megakatastrof. Nie zawsze jednak było tak sielankowo. Dramatyczne wydarzenia, o których tu będzie mowa, nastąpiły 5,3 mln lat temu. Był to ważny moment w najnowszych dziejach geologicznych globu – skończył się miocen, który zapisał się jako epoka wielkich przemian w krajobrazie. To w miocenie na wszystkich kontynentach wyrosły młode, strzeliste pasma górskie – od Himalajów i Alp po Andy i Góry Skaliste. Planeta po raz kolejny odmieniła wtedy swoje oblicze. Po nerwowym geologicznie miocenie przyszedł spokojny i niepozorny pliocen, w którym większych globalnych korekt w krajobrazie lądów już nie było.
Jednakże sam początek pliocenu do spokojnych nie należał, przynajmniej w naszej części globu, gdzie w niewiarygodnie krótkim czasie zostało wskrzeszone olbrzymie morze, nad które dziś tak chętnie jeżdżą nasi rodacy, aby zażywać kąpieli słonecznych. Naukowcy zrekonstruowali przebieg tamtych dramatycznych zdarzeń, gdy poziom wody w powracającym do życia zbiorniku podnosił się w tempie kilku metrów na dobę. Wyobraźmy to sobie. Oto najwyższy obecnie budynek świata – wieżowiec Burdż Chalifa w Dubaju, liczący ponad 800 m – zostaje zalany wodą w półtora roku. Właśnie odnaleziono kluczowy dowód na ową megapowódź sprzed ponad 5 mln lat. Natrafiono na niego na dnie morskim w pobliżu Cieśniny Maltańskiej – płytkiego kanału oddzielającego Maltę od południowo-wschodniego skrawka Sycylii.
Autorami odkrycia są geofizycy i geolodzy z międzynarodowego zespołu, którym kierował Aaron Micallef z L-Università ta’ Malta. Był on kierownikiem finansowanego przez Unię Europejską projektu o nazwie SCARP. Celem Micallefa i jego współpracowników było dokładne zbadanie niezwykłej podwodnej struktury, która ciągnie się na wschód od Cieśniny Maltańskiej i Sycylii na długości 250 km.
To klif podmorski zwany Skarpą Maltańską (ang. Malta Escarpment), jeden z największych na świecie. Dno morskie opada tu raptownie na głębokość 4 km, przechodząc w otchłań basenu Morza Jońskiego. Do tej pory wiedziano o Skarpie niewiele ze względu na niezwykle skomplikowaną topografię dna. Micallef zebrał grupę badaczy z Hiszpanii, Włoch, Niemiec i Francji, a za zdobyte fundusze zorganizował w ciągu czterech lat kilka wypraw z wykorzystaniem bezzałogowych pojazdów podwodnych wyposażonych w kamery, sprzęt do pobierania próbek z dna oraz instrumenty pomiarowe.
Wachlarz na dnie morza
Główny cel tych badań był do bólu praktyczny. Olbrzymie strome zbocza Skarpy Maltańskiej mogą być matecznikiem wielkich podwodnych osuwisk, a te z kolei grożą powstaniem niebezpiecznych fal tsunami. Micallef i jego współpracownicy postanowili skatalogować podejrzane miejsca i ocenić, na ile duże jest ryzyko osuwania się skał w obrębie klifu. Takie cele praktyczne mają oczywiście swoje znaczenie, nie mówiąc już o tym, że łatwiej znajduje się na nie fundusze, ale naukowcy nie byliby sobą, gdyby przede wszystkim nie kierowała nimi ciekawość. Wapienny klif o wysokości prawie 4 km to dla geologa nie lada gratka. Pozwala na zrekonstruowanie warstwa po warstwie dawnej historii geologicznej tego rejonu. A ta była zadziwiająco burzliwa, co okazało się, gdy badacze sięgnęli po metodę pomiarów zwaną sejsmiką refleksyjną. W uproszczeniu polega ona na emitowaniu fali akustycznej, a następnie rejestrowaniu sygnałów odbitych od poszczególnych warstw geologicznych. Do rejestracji służą czujniki drgań, a analiza zebranych danych pozwala zrekonstruować budowę geologiczną terenu.
– Niespodziewanie natrafiliśmy na grubą warstwę chaotycznie ułożonych osadów, głównie głazów i kamyków, mającą kształt olbrzymiego wachlarza, którego najwęższa część sąsiadowała ze Skarpą Maltańską. Postanowiliśmy zobaczyć, jak duży jest ten wachlarz. Okazało się, że ciągnie się daleko na wschód, ku głębinom Morza Jońskiego, na dystansie aż 160 km. Tam właśnie osiąga maksymalną szerokość blisko 90 km. Pomiary sejsmiczne wykazały, że grubość osadów tworzących ten wachlarz sięga prawie kilometra. Pobraliśmy wiele próbek, popłynęliśmy jeszcze raz, aby sporządzić dodatkowe przekroje geologiczne dna, wykonaliśmy datowania skał. Wtedy nabraliśmy przekonania, że natrafiliśmy na osady, które są śladem po olbrzymiej powodzi sprzed 5,3 mln lat – opowiada Micallef. Artykuł opisujący badania jego zespołu trafił w marcu do „Nature Scientific Reports”.
Ten wielki potop ma już od dawna swoją nazwę – geologowie zwą go powodzią zanklu, od nazwy najniższego piętra geologicznego epoki plioceńskiej. Hipoteza olbrzymiej powodzi, dzięki której odrodziło się Morze Śródziemne, liczy co najmniej cztery dekady. Zaczęło się od wierceń w dnie morskim, wykonanych w 1970 r. przez amerykański statek badawczy „Glomar Challenger”. Dotarł on do olbrzymich warstw gipsu, anhydrytu i soli kamiennej ukrytych pod najmłodszymi osadami, pochodzącymi sprzed 5 mln lat. Wtedy po raz pierwszy zdano sobie sprawę z tego, że dawno, dawno temu Morze Śródziemne mogło wyparować. Początkowo nikomu nie mieściło się to w głowie. Nie tylko rozum, ale i wyobraźnia z trudem akceptowały taką hipotezę.
Kierownicy tamtej ekspedycji, Kenneth Hsü i William Ryan, doszli do wniosku, że akwen musiał wysychać wielokrotnie, za każdym razem pozostawiając nową warstwę soli dostarczonej przez Atlantyk. Pierwszy z badaczy napisał zresztą na ten temat książkę („The Mediterranean Was a Desert”, 1983). Nie mieli racji. Późniejsi badacze doszli do wniosku, że Morze Śródziemne znikło tylko raz, zmieniając się w największy w dziejach Ziemi zbiornik solanki. Oto miejsce olbrzymiego morza zajęła olbrzymia pustynna depresja. Jedną z konsekwencji tej katastrofy było wytrącenie się na dnie zbiornika gigantycznych ilości związków soli. Ich objętość szacuje się na 1 mln km3. Jak obliczyli badacze, stanowiło to ok. 6% wszystkich związków soli rozpuszczonych w ziemskich oceanach. Jak mogło do tego dojść? To jedna z dwóch zagadek, nad której rozwiązaniem głowiono się od dawna. Jest i druga: co sprawiło, że morze powróciło?
Raz do góry, raz do dołu
Dekadę temu grupa badaczy holenderskich pod kierunkiem Roba Goversa z Universiteit Utrecht przedstawiła własne wyjaśnienie zagadki najpierw zniknięcia, a następnie wskrzeszenia Morza Śródziemnego. Ich zdaniem główną siłą sprawczą kryzysu była izostazja, czyli powolny pionowy ruch kontynentów, który doprowadził do wydźwignięcia się części lądów wokół Morza Śródziemnego. W rezultacie utworzyły one barierę, która blisko 6 mln lat temu odseparowała ten akwen od Atlantyku. W owych czasach Cieśniny Gibraltarskiej, przynajmniej takiej, jaką znamy obecnie, jeszcze nie było. Afrykańskie góry Rif i europejskie Góry Betyckie stykały się ze sobą, tworząc łukowato wygięte pasmo otaczające z trzech stron najbardziej na zachód wysuniętą część akwenu. Ta bariera zniknęła kilkaset tysięcy lat później, czyli właśnie przed 5,3 mln lat – także dzięki ruchom skorupy ziemskiej, tyle że tym razem głównie poziomym.
Jak wiemy, Afryka powoli, ale konsekwentnie prze na północ. Na jej drodze stoi nasz kontynent. W wyniku kolizji z Europą afrykańska płyta litosfery zaczyna się zapadać w głąb planety. Takie zderzenia nie przebiegają, rzecz jasna, łagodnie. Zespół Goversa, interpretując wyniki badań sejsmicznych przeprowadzonych w tym regionie, doszedł do wniosku, że tonąca pod Europą w ziemskim płaszczu Afryka doprowadziła do obniżenia się lądu i powstania Cieśniny Gibraltarskiej. Wody Atlantyku wlały się wtedy z impetem do gigantycznej depresji o głębokości ponad 2 km, wypełnionej grubą na kilometr warstwą ewaporatów (skał powstałych w wyniku wyparowania wody): gipsów, anhydrytów, dolomitów i na końcu soli kamiennej. Ta ostatnia wykrystalizowała, kiedy z dawnego morza pozostały już tylko płytkie baseny solankowe. Ponowne otwarcie skalnych wrót pomiędzy Atlantykiem a Morzem Śródziemnym, czy raczej tym, co z niego zostało, zakończyło okres izolacji i intensywnego parowania nazwany messyńskim kryzysem solnym. Messyńskim dlatego, że opisywane tu wydarzenia nastąpiły pod koniec messynu – ostatniego piętra niespokojnej epoki mioceńskiej.
Geofizycy z Utrechtu naszkicowali prawdopodobną sekwencję zdarzeń, które doprowadziły do zakończenia tego kryzysu, ale w szczegóły się nie wdawali. Tymczasem pomiędzy badaczami wybuchł spór, jak właściwie doszło do odrodzenia się Morza Śródziemnego. Czy rzeczywiście decydującą rolę odegrała geologia, jak chciał Govers, czy też – jak uważało wielu – w owym czasie doszło do bardzo wyraźnego podniesienia się poziomu oceanów i potężniejący Atlantyk po prostu przelał się przez lądowy przesmyk gibraltarski? Hipotez było zresztą więcej. Według jednej z nich to rzeki wydrążyły w skałach w rejonie Gibraltaru kanion, którym ocean wdarł się do Morza Śródziemnego. Według innej morze zawdzięcza swoje drugie życie powrotowi wilgotnego klimatu i rzekom, które napełniły wodą depresję.
Płynie tysiąc Amazonek
Najbardziej śmiałą wizję zaproponował Daniel García-Castellanos, geolog morski z Instituto de Ciencias de La Tierra w Barcelonie. W 2009 r. na łamach czasopisma „Nature” przedstawił hipotezę gigantycznego potopu, który w krótkim czasie przywrócił do życia Morze Śródziemne. Hiszpański badacz twierdził, że w nowo powstałej Cieśninie Gibraltarskiej utworzyła się gigantyczna kaskada. Atlantyk runął po niej w dół i zaczął stopniowo wypełniać depresję. To była powódź, jakiej na planecie dawno nie widziano, być może największa w jej dziejach. Z pewnością największa znana naukowcom.
García-Castellanos twierdził, że olbrzymia depresja zapełniła się wodą w ciągu zaledwie kilku lat. W tym tempie Bałtyk powstałby w mniej niż tydzień. Na potwierdzenie swojej teorii naukowiec z Barcelony przedstawił wyniki analizy rdzeni wydobytych z dna morskiego w pobliżu Cieśniny Gibraltarskiej. Na wschód od niej znalazł olbrzymią rynnę o długości 200 km, powstałą dokładnie 5,3 mln lat temu, a następnie zagrzebaną w młodszych osadach (dlatego dziś jest ukryta pod dnem). Właśnie pomiary tej rynny oraz analizy hydrograficzne wykonane z wykorzystaniem modeli matematycznych doprowadziły naukowca do wniosku, że powrót morza nastąpił w dramatycznych okolicznościach. García-Castellanos sypał kolejnymi liczbami, od których zapierało dech w piersiach. Twierdził, że przesmykiem o szerokości 14 km – tyle w najwęższym miejscu ma Cieśnina Gibraltarska – przelewało się w sekundę 100 bln l atlantyckiej wody. Dla porównania, Amazonka – największa rzeka świata – odprowadza do oceanu średnio 150 mln l wody na sekundę, tyle że ona ma przy ujściu ponad 100 km. Wówczas znacznie węższym kanałem musiało się przecisnąć kilkaset Amazonek. Naukowiec dowodził, że atlantycka woda nie utworzyła jednego wielkiego wodospadu, ale pędziła w dół, pokonując kolejne progi z zawrotną prędkością ponad 100 km/h. Przypominała rwący górski strumień, tyle że powiększony miliony razy.
Od tego momentu Morze Śródziemne było przywracane do życia etapami. Najpierw zreanimowana została jego zachodnia część – od Cieśniny Gibraltarskiej do Cieśniny Sycylijskiej. Ta druga oddziela Sycylię od tunezyjskiego półwyspu Al-Watan al-Kibli, należącego oczywiście już do kontynentu afrykańskiego. Gdybyśmy wypompowali wodę ze współczesnego Morza Śródziemnego, dostrzeglibyśmy, że Cieśnina Sycylijska tworzy wysoki próg, który od wschodu urywa się przepaścią Skarpy Maltańskiej. Atlantycka woda mogła pokonać tę naturalną barierę dopiero, gdy zachodnia połówka była już prawie pełna. Wtedy właśnie doszło do powstania potężnego wachlarza osadów powodziowych. Kiedy Micallef na nie natrafił, jedną z pierwszych osób, które o tym powiadomił, był García-Castellanos. Obaj badacze natychmiast nawiązali współpracę.
Półtora kilometra w dół
– Już na pierwszy rzut oka widać było, że warstwy te, choć grube na setki metrów, zostały utworzone w bardzo krótkim czasie przez jakąś potężną siłę. Te głazy i kamienie, chaotycznie przemieszane, bez składu i ładu, bez wątpienia były zapisem jakiegoś olbrzymiego kataklizmu – opowiada García-Castellanos, który jest współautorem artykułu w „Nature Scientific Reports”. Badacze wzięli pod uwagę różne scenariusze, np. taki, że osady są pozostałością po serii potężnych tsunami lub też po wielkich osuwiskach uruchomionych erupcjami niedalekiej przecież Etny. Odrzucili je jednak z braku przekonujących dowodów. – W końcu po wykonaniu wielu rygorystycznych analiz ostała się tylko jedna hipoteza: megapotopu – mówi García-Castellanos. Najważniejsze dowody były dwa. Po pierwsze, wachlarzowata warstwa namierzona przez zespół Micallefa leżała bezpośrednio na ewaporatach z okresu messyńskiego kryzysu solnego. Po drugie, jej wiek był dokładnie taki sam jak wiek rynny, którą García-Castellanos znalazł dekadę wcześniej w pobliżu Gibraltaru.
Hiszpański badacz nie kryje radości. Kiedy w 2009 r. opublikował swoją śmiałą hipotezę, krytycy kręcili nosami, domagając się pokazania dowodu w postaci warstw osadów powstałych podczas megapotopu. Teraz może im zaprezentować ten dowód. – Dziś wydaje mi się oczywiste, że właśnie tu należało prowadzić poszukiwania. Woda przelewająca się przez próg Cieśniny Sycylijskiej intensywnie go niszczyła, a materiał porwany podczas erozji porzucała zaraz za progiem. Podobnie dzieje się w przypadku każdej rzeki, która po pokonaniu przełomu natychmiast rozlewa się, zwalnia, traci część siły transportującej i pozbywa się nadwyżki niesionego materiału – tłumaczy hiszpański badacz.
To jednak nie była zwykła rzeka. Naukowcy wyliczyli, że atlantyckie wody, przelewające się z zachodniej do wschodniej połówki Morza Śródziemnego, pędziły z prędkością 160 km/h, najpierw drążąc kaniony o głębokości do 0,5 km, następnie lecąc w dół z wysokości 1,5 km. Oczywiście w miarę podnoszenia się lustra wody we wschodniej części akwenu wysokość tych wodospadów szybko malała. – Znikły w ciągu kilku lat. Były zjawiskiem niewyobrażalnie potężnym, niemającym współczesnego odpowiednika, ale też epizodycznym – zauważa Micallef.
Epizodyczne nie były natomiast konsekwencje tego megakataklizmu. Morze Śródziemne jest pozostałością po oceanie Tetyda, który istniał, zanim Afryka i Półwysep Arabski zetknęły się z Azją i przybliżyły do Europy. Stało się to kilkanaście milionów lat temu. Potem natura postanowiła go unicestwić, a na końcu jednak darować mu drugie życie. Na jak długo? Dziś jego być albo nie być zależy od regularnych dostaw świeżej atlantyckiej wody, która napływa wąziutką Cieśniną Gibraltarską. Samo morze traci bowiem zasoby tak intensywnie w wyniku parowania, że to, co dopływa do niego rzekami oraz spada pod postacią deszczu, nie jest w stanie wyrównać strat. – Niewykluczone więc, że za kilka milionów lat sytuacja się powtórzy. Afryka uparcie zbliża się do Europy i pewnego dnia łączność z oceanem może zostać znów przerwana, a wtedy Morze Śródziemne przejdzie do historii. Geologiczne młyny mielą powoli, ale finał ich pracy bywa zdumiewająco gwałtowny – mówi García-Castellanos.
Andrzej Hołdys
dziennikarz popularyzujący nauki o Ziemi, współpracownik „Wiedzy i Życia”