メッシニアン塩分危機

メッシニアン塩分危機（メッシニアン事件とも呼ばれ、その最新段階ではラゴ・マーレ事件とも呼ばれる） では、地中海は中新世のメッシニアン時代後半、596万年前から533万年前（百万年前）にかけて、部分的またはほぼ完全な乾燥（干上がり）のサイクルに入った。このサイクルは、大西洋が盆地を埋め立てたザンクリアンの洪水で終わった。 ^{[1] [2]}

地中海深海底から採取された堆積物のサンプルには、蒸発岩鉱物、土壌、化石植物などが含まれており、約596万年前にジブラルタル海峡の前身が閉じられ、地中海が大西洋から遮断されたことが示されている。^[6]これにより、地中海が部分的に乾燥する時期が訪れ、後期中新世に数回続いた同様の時期の最初のものとなった。^[7]約560万年前に海峡が最後に閉じた後、当時のこの地域の概して乾燥した気候により、1000年以内に地中海盆地はほぼ完全に干上がった。この大規模な乾燥によって、通常の海面下3～5kmの深さに達する深い乾燥盆地が残り、今日の死海に似た高塩分地域がいくつかあった。その後、約550万年前、より湿潤な気候条件により、盆地は河川からより多くの淡水を受け取るようになり、次第に塩分濃度の高い湖が満たされて薄まり、より大きな汽水のポケット（今日のカスピ海のような）になりました。メッシニアンの塩分危機は、533万年前にジブラルタル海峡がようやく再開し、ザンクリーン洪水として知られる大西洋の水が地中海盆地を急速に満たしたことで終わりました。^[8]

現在でも、地中海はジブラルタル海峡によってほぼ孤立しており、蒸発率も高いため、北大西洋よりもかなり塩分濃度が高い。ジブラルタル海峡が再び閉鎖されれば（地質学的には近い将来に起こりそうだが）、地中海は1000年ほどでほとんど蒸発し、その後アフリカ大陸が北上し続けると地中海は完全に消滅するかもしれない。

現在の地中海の水位を維持しているのは大西洋からの流入だけです。650万年前から600万年前の間に流入が止まったとき、蒸発による純損失は年間約3,300立方キロメートルでした。この割合でいくと、盆地の370万立方キロメートルの水は1000年ちょっとで干上がり、数十メートルの厚さの塩の層が残り、世界の海面は約12メートル上昇します。^[9]

19世紀、スイスの地質学者で古生物学者のカール・マイヤー＝アイマール（1826-1907）は、石膏を含む汽水および淡水堆積層の間に埋もれた化石を研究し、それらが中新世の終わりの直前に堆積したものだと特定した。1867年、彼はイタリアのシチリア島にあるメッシーナ市にちなんで、この時代をメッシニアンと名付けた。^[10]それ以来、地中海地域全体で塩分と石膏を豊富に含む他のいくつかの蒸発岩層が同じ時代のものとされている。^[11]

1961 年に地中海盆地で地震探査が行われ、海底下約 100 ～ 200 メートル (330 ～ 660 フィート) の地質学的特徴が明らかになりました。M反射層と呼ばれるこの特徴は、現在の海底の輪郭に密接に沿っており、過去のある時点で均一かつ一貫して堆積したことを示しています。この層の起源は、主に塩の堆積に関連するものと解釈されています。ただし、塩とその堆積の年代については、さまざまな解釈が提案されています。

1952年のデニゾット^[12]と1967年のルッジェリ^{[13]による以前の提案では、この地層は後期中}新世のものであると提唱されており、同じルッジェリはメッシニアン塩分危機という用語を作り出した。

1970年に地中海盆地でM反射面に関する新しい高品質の地震データが取得されました。^[14]同時に、ウィリアム・B・F・ライアンとケネス・J・スーの共同主任科学者の監督の下、グロマー・チャレンジャー号から実施された深海掘削プログラムの第13レグ中に、塩のコアが採取されました。これらの堆積物は、メッシニアン塩分危機の深海盆産物として初めて年代測定され、解釈されました。

地中海の深部でメッシニアン岩塩層が初めて掘削されたのは 1970 年の夏で、グロマー チャレンジャー号に乗船した地質学者が掘削コアを持ち帰ったときで、その中にはアロヨの砂利や赤色と緑色の氾濫原シルト、石膏、無水石膏、岩塩、そして塩水や海水が乾燥して形成されることが多い蒸発岩鉱物(いくつかの場所ではカリ塩分を含む) が含まれていた。これらは、最後の苦くてミネラル豊富な水が干上がった場所に残されたものだった。ある掘削コアには、深海有孔虫の軟泥が風で運ばれた斜層堆積物が含まれていた。この軟泥は乾燥して塵となり、砂嵐によって熱く乾燥した深海平原に吹き飛ばされ、近くの大陸から吹き寄せられた石英砂と混ざり、 2 層の岩塩層に挟まれた塩水湖にたどり着いた。これらの層は海洋化石を含む層と交互になっており、乾燥と氾濫の期間が続いたことを示している。

塩分が大量に存在しても、海が乾燥する必要はない。^[15]地中海の水位が蒸発によって低下した主な証拠は、深海平原に流れ込む河川によって乾燥した地中海盆地の側面に削り取られた、多くの（現在は水没している）峡谷の跡である。^{[16] [17]}例えば、ナイル川はアスワン（イヴァン・S・チュマコフが1967年に鮮新世の海洋有孔虫を発見した場所）で川床を海面下200メートル（660フィート）まで削り、カイロのすぐ北では海面下2,500メートル（8,200フィート）まで削った。^[18]

地中海の多くの場所では、泥質の堆積物が日光や干ばつで乾燥して割れた場所に化石化した亀裂が発見されている。西地中海の層では、蒸発岩の中に遠洋性の軟泥が混じっていることから、この地域は70万年以上にわたって繰り返し洪水と乾燥を繰り返していたことが示唆されている。^[19]

メッシニアン堆積物の古地磁気年代測定によると、メッシニアン堆積物はその後地殻活動によって海面上に持ち上げられ、596 ± 0.02 万年前に地中海盆地全体で同時に塩分危機が始まった。この出来事は、中新世の「メッシニアン」時代と呼ばれる時代の後半にあたる。この時代は、地殻活動と海面変動のいくつかの段階、および侵食と堆積の出来事によって特徴づけられ、すべて多かれ少なかれ相互に関連していた (van Dijk 他、1998)。^[20]

地中海と大西洋を結ぶ海峡は何度も閉ざされ、地中海は初めて、そしてその後も何度も部分的に乾燥しました。最終的に、この盆地は559万年から533万年前の長期間にわたり大西洋から隔離され、その結果、地中海の海面は大きく、あるいは小さく（適用された科学的モデルによって異なる）低下しました。初期の非常に乾燥した段階（560万年から550万年前）には、広範囲にわたる浸食があり、地中海周辺にいくつかの巨大な峡谷システム^{[16] [17] （一部は}グランドキャニオンに匹敵する規模）が形成されました。後期段階（550万年から533万年前）は、大規模な「湖海」盆地（「ラゴマーレ」イベント）への 周期的な蒸発岩の堆積が特徴です。

約533万年前、ザンクリーン時代の始まり（鮮新世の始まり）に、ジブラルタル海峡の障壁が最後にもう一度崩壊し、ザンクリーン洪水で地中海盆地が再び洪水に見舞われました。^{[21] [22]}これにより斜面が不安定になりました。^[23]それ以来、盆地は乾燥していません。

メッシニアン塩の量はおよそ4 × 10 ¹⁸  kg（ただし、より詳しい情報が入手できれば、この推定値は 50 ～ 75% 削減される可能性があります^[24]）、100 万立方キロメートル以上^[25]で、これは地中海の海水に通常含まれる量の 50 倍に相当します。これは、乾燥が続いたか、または長期間にわたって高塩分状態が続いたことを示唆しており、その間に大西洋から流入する水が蒸発し、地中海の塩水位は大西洋と同程度でした。地層の性質は、地中海が完全に干上がって再び満たされるサイクルを数回繰り返していたことを強く示しており (Gargani および Rigollet、2007 ^{[7] )、乾燥期間は}地球全体の気温が低い期間と相関しており、そのため地中海地域ではより乾燥していました。^[要出典]それぞれの再充填は、おそらく海水の流入口が地殻構造的に開いたか、または海面下を東に流れる川が「地中海シンク」に流れ込み、谷底を西に切り崩して海水が流入したことによって起こったものと考えられている。これは河川捕獲に似ている。最後の再充填は中新世と鮮新世の境界で、ジブラルタル海峡が永久に大きく開いたときである。^[22]ケネス・J・スーは、ホール124のコアを詳細に調査した結果、次のことを発見した。

各サイクルの最も古い堆積物は、深海または大きな汽水湖に堆積した。静かなまたは深い底に堆積した細かい堆積物は、完全に均一な層状をしていた。盆地が干上がり、水深が浅くなると、波のかき混ぜが強くなり、層状はより不規則になった。堆積場所が潮間帯内にあると、ストロマトライトが形成された。干潟は最終的に最終的な乾燥によって露出し、その時にサブカの下にある塩分を含んだ地下水によって無水石膏が沈殿した。突然、海水がジブラルタル海峡に溢れ出したり、東ヨーロッパの湖から汽水が異常に流入したりした。バレアレス諸島の深海平原は再び水没した。金網状の無水石膏は、次の大洪水によって運ばれた細かい泥の下に突然埋もれた。^[26]

それ以降の研究では、中新世の最後の63万年間に乾燥と洪水のサイクルが数回繰り返された可能性があることが示唆されている^{[27] [28]}。これは大量の塩が堆積したことを説明できるかもしれない。しかし、最近の研究では、地球力学的観点から乾燥と洪水の繰り返しはありそうにないことが示されている。^{[29] [30]}

地中海盆地中央部における危機の始まりに関しては、いくつかの大きな疑問が残っている。タベルナス砂漠やソルバス盆地など、現地調査が可能な辺縁盆地で確認された蒸発岩系列と、中央盆地の蒸発岩系列との間の幾何学的物理的つながりは、これまで明らかにされていない。

メッシニアン期の浅い盆地と深い盆地の両方に堆積があったという概念を用いると（つまり、この時期に両方の盆地タイプが存在していたと仮定すると）、2つの主要なグループ分けが明らかになる。1つは、侵食の主要段階の前にすべての盆地で最初の蒸発岩が同期して堆積した（図c）ことを支持するグループ分けである。 ^[31]そしてもう1つは、最初に縁辺盆地に影響を与え、後に中央盆地に影響を与えたであろう、複数の乾燥段階を経た蒸発岩の通時的な堆積（図a）を支持するグループ分けである。^[8]

別の学派は、乾燥は同時に起こったが、主に浅い盆地で起こったと示唆している。このモデルは、地中海盆地全体の海面が一度に下がったが、浅い盆地だけが塩床を堆積させるほど乾燥していたことを示唆している。図 b を参照。

^{van Dijk (1992) [32]} と van Dijk et al. (1998) ^[20]の研究で強調されているように、乾燥と侵食の歴史は、地殻隆起と沈降、侵食エピソードと複雑に相互作用していました。彼らはまた、以前の著者が行ったように、現在「深い」と観察されている盆地がメッシニアン期にも実際に深かったかどうかを再び疑問視し、上記のエンドメンバーシナリオに別の名前を付けました。

これらの仮説を区別するには、石膏堆積物の較正が必要です。石膏は、乾燥盆地から堆積した最初の塩（硫酸カルシウム）です。磁気層序は、時期について大まかな制約を提供しますが、細かい詳細は提供しません。したがって、堆積物の年代を比較するには、サイクロストラティグラフィーに依存します。典型的なケーススタディでは、地中海の主要盆地の石膏蒸発岩と、現在スペイン南部に露出している地中海の側面にある小さな盆地であるソルバス盆地の石膏蒸発岩を比較します。これら 2 つの盆地の関係は、より広い地域の関係を表すものと想定されています。

最近の研究では、サイクロストラティグラフィーを利用して、その下の泥灰岩層を相関させており、両盆地で泥灰岩層が全く同じ時期に石膏に取って代わられたと考えられる。^[33]

この仮説の支持者は、層組成の周期的変動は天文学的に調整されており、層の大きさを較正してそれらが同時期のものであったことを示すことができると主張している。これは強力な議論である。これを反駁するためには、これらの周期的な帯を生成する別のメカニズムを提案するか、石膏が堆積する前に侵食によって偶然に適切な量の堆積物があらゆる場所で除去されたことを提案する必要がある。支持者は、石膏は相関する泥灰岩層の真上に堆積し、それらの層に沈み込み、不整合接触のように見えるようにしたと主張している。^[33]しかし、反対者はこの明らかな不整合にとらわれ、地中海が蒸発岩を堆積している間にソルバス盆地が露出した、つまり侵食されたと主張している。そうすると、ソルバス盆地は550万年前（Ma）に蒸発岩で満たされ、メイン盆地は596 Maになるということになる。^{[34] [35]}）。

最近の研究では、地中海の海水が大幅に減少したことに対応した、顕著な侵食危機（「メッシニアン侵食危機」とも呼ばれる。1992年のvan Dijkの「Mes-1」不整合堆積層の終焉）^[32]に対応する蒸発岩以前の段階が強調されている。^[36]

この大規模な水位低下がメッシニアン期の大規模な水位低下と一致すると仮定すると、中央盆地の蒸発岩が堆積する前に地中海の水深が大幅に減少したと結論付けられました。これらの研究に関して、深海形成はありそうにありません。中央盆地の蒸発岩が浸食の主要段階の前に高水深下で部分的に堆積したという仮定は、盆地の蒸発岩の上に大規模なデトリティック イベントが観測されたことを意味します。このような堆積形状はデータで観察されていません。この理論は、van Dijk らが議論したエンド メンバー シナリオの 1 つに対応します。^[20]

メッシニアン危機の一連の原因はいくつか考えられてきた。あらゆる面で意見の相違があるが、最も一般的な見解は、気候が盆地の周期的な満水と空を強制する役割を果たし、地殻変動要因が大西洋と地中海の間の流れを制限する岩床の高さを制御する役割を果たしたに違いないということである。^[37]しかし、これらの影響の大きさと範囲は、解釈の余地が広い。^[20]

いずれにせよ、地中海が大西洋から閉ざされ孤立した原因は、現在ジブラルタル海峡がある地域、つまりアフリカプレートとヨーロッパプレートおよびその南側の断片であるイベリアプレートの間の構造境界の 1 つの場所に見出されなければならない。この境界帯は弧状の構造的特徴、ジブラルタル弧によって特徴付けられ、スペイン南部とアフリカ北部が含まれる。今日の地中海地域には、ジブラルタル弧、カラブリア弧、エーゲ海弧の 3 つの弧状ベルトがある。後期中新世におけるこのプレート境界とジブラルタル弧の運動学と動力学は、メッシニアン塩分危機の原因と密接に関係している。大西洋との接続があった地域には横ずれ断層と回転する大陸地殻のブロックが遍在しているため、構造運動によって通路が閉じたり再び開いたりした可能性がある。断層運動は、アフリカ大陸とユーラシア大陸の収束によって引き起こされた地域的な圧縮を吸収したため、その地域の地形は海路を開閉できるほど変化した可能性がある。しかし、その動きの背後にある正確な地殻変動は、さまざまな方法で解釈できる。^[38]

どのモデルも、その地域のさまざまな特徴を説明する必要があります。

• 短縮と伸長は同時に近接して発生し、堆積層と断層活動との関係は隆起と沈降の速度を非常に正確に制限する。
• 断層に囲まれた大陸ブロックは回転しているのが観察されることが多い。
• リソスフェアの深さと構造は、地震活動の記録やトモグラフィーによって制限されている。
• 火成岩の組成は多様であり、これによって沈み込みの位置と範囲が制限されます。

データに適合する可能性のある3つの競合する地質力学モデルがあり、地中海の他の弧状地形についても同様に議論されてきた。^[39]

• 移動する沈み込み帯が、周期的な地域的な隆起を引き起こした可能性がある。火山岩の変化は、テチス海の縁にある沈み込み帯が西に巻き戻り、地中海西部の下にあるマグマの化学組成と密度を変えた可能性があることを示唆している。 ^[40]しかし、これでは盆地の周期的な空洞化と再充填を説明することはできない。
• 同様の特徴は、地域的な層間剥離^[41]やリソスフェア全体の層の喪失によっても説明できる。^[42]
• デブロッビング、すなわち岩石圏マントルの「塊」の消失と、それに続く（密度の高いマントルの「アンカー」を失った）上部の地殻の上方移動も、観測された現象を引き起こした可能性がある^[43]が、「デブロッビング」仮説の妥当性は疑問視されている。^[44]

これらのうち、ロールバックを前提とした最初のモデルのみが、観測された回転を説明できるようである。しかし、このモデルをいくつかの変成岩の圧力と温度の履歴に当てはめるのは困難である。^[45]

これにより、一見奇妙に見えたモデルを興味深い形で組み合わせ、真の状況に近づこうとする試みが生まれました。^{[46] [47]}

こうした現象の周期性を説明するには、気候の変化がほぼ間違いなく原因である。ミランコビッチ周期の寒冷期に発生し、北半球に到達する太陽​​エネルギーが減少する。このため北大西洋の蒸発量が減り、地中海の降雨量も減少した。このため、流域は河川からの水供給が不足し、乾燥化が進んだと考えられる。^[要出典]

約614万年前に始まった、振幅約10メートル（33フィート）の氷河性海面低下は、地中海と大西洋の接続を調節する役割を果たした可能性が高い。特に大きな氷河性海面変動の1つである約30メートル（98フィート）の海面低下は、約526万年前に中新世と鮮新世の境界付近で発生した。^[48]

干ばつ時の深海平原の気候は不明である。地球上には乾燥した地中海と直接比較できる状況はなく、したがって、比較可能な地理的設定を直接観察してもその気候を知ることはできない。一般循環モデルを使用したシミュレーションでは、乾燥に対する物理的に一貫した反応を示すことができる。^{[49]地中海が完全に干上がったかどうかについてはコンセンサスが得られていないが、}深海平原には常に少なくとも3つまたは4つの大きな塩水湖が残っていた可能性が高いと思われる。塩床の地震反射特性と、コア掘削の難しさによりその厚さを測ることが困難であるため、乾燥の程度を判断するのは非常に難しい。

大気の力を研究することで、気候について推測することができます。風が「地中海シンク」を吹き抜けると、高度に応じて断熱的に加熱または冷却されます。何もない地中海盆地では、夏の気温はおそらく非常に高かったでしょう。最初の近似値として、1キロメートルあたり約10°C（18°F）の乾燥断熱 減率を使用すると、海面下4km（2.5マイル）の領域の最大可能気温は、海面よりも約40°C（72°F）高くなります。この極端な仮定では、最高気温は乾燥した深海平原の最も低い地点で約80°C（176°F）になり、極限環境生物以外の恒久的な生命は存在しません。さらに、高度が海抜マイナス3～5km (2～3マイル) になると、気圧は1.45～1.71 atm (1102～1300 mmHg) となり、熱ストレスがさらに増大します。しかし、これらの単純な推定値は極端すぎる可能性があります。Murphyらによる2009年の大気大循環モデル実験^[49]では、完全に乾燥した状態では、地中海盆地は夏に最大15 °C (27 °F)、冬に4 °C (7.2 °F) 温暖化するのに対し、水面が凹んでいる場合は、夏に約4 °C (7.2 °F)、冬に5 °C (9.0 °F) しか温暖化しないことが示されました。さらに、モデルの結果は、地形的凹地の導入に対する全球定在波応答により、北半球全体で最大4 °C (7.2 °F) の温暖化と冷却のパターンが生じることを 示し

今日では、地中海からの蒸発によって前線による嵐で降る水分が供給されているが、そのような水分がなければ、イタリア、ギリシャ、レバント地方に見られる地中海性気候は、イベリア半島と西マグレブに限られていただろう。地中海の中央部と東部盆地全体、および北と東の周辺地域の気候は、現代の海面より上でも乾燥していただろう。東アルプス、バルカン半島、ハンガリー平原も、偏西風が現在のように優勢であったとしても、現在よりもはるかに乾燥していただろう。^[要出典]しかし、パラテチス海は地中海盆地の北の地域に水を供給していた。ワラキア・ポントス盆地とハンガリー盆地は中新世には水面下にあったため、現在のバルカン半島や地中海盆地の北の他の地域の気候が変化した。パンノニア海は、ハンガリー平原になる前、中期更新世まで地中海盆地の北側の水源であった。ワラキア・ポントス盆地（およびおそらくはつながっているパンノニア海）の水が、中新世の時期に少なくとも東地中海盆地にアクセス（つまり水を運んでいた）していたかどうかについては議論がある。

メッシニアン塩分危機は、海水魚や海水浴場固有の他の海洋動物の大規模な絶滅をもたらした。^{[50] [51] [52]}地中海の現在の生物多様性勾配は、東に向かうにつれて多様性が減少するが、この危機の後に形成されたものである。^[53]イベリア半島と北アフリカの融合により、 2つの地域間で動物相の交流が起こった。^{[54]この危機により、陸生動物が}バレアレス諸島などの遠隔地の陸地に分散するようになり、ヤギレイヨウのミオトラガスなどいくつかの動物種は、 500万年以上後の完新世まで隔離されたままとなった。 ^[55]

地中海が完全に水のない状態になるという考えには、いくつかの必然的な結果が伴う。

• 当時、ジブラルタル海峡は開通していませんでしたが、他の海路 (現在のシエラネバダ山脈またはベエティカ山脈がある北のベティカ回廊、または現在のリフ山脈がある南のリフ回廊) が地中海と大西洋を結んでいました。これらの海路は閉鎖され、盆地は外洋から隔離されたに違いありません。
• 高い塩分濃度は多くの既知の生物にとって耐えられないものであり、流域の大部分の生物多様性を減少させる要因となっている^[56]。^[50]
• 盆地の標高が低いため、断熱加熱により夏は非常に暑かったと思われますが、これは35℃（95℉）以上の水温でのみ堆積する無水石膏の存在によって裏付けられています。 ^{[57] [58]}
• 盆地に流れ込む河川は、川床をはるかに深く削っていたと考えられる（ナイル川の場合、カイロの地下峡谷が示すように、少なくともさらに2,400メートル（7,900フィート））^{[59] [60]}ローヌ渓谷でも同様である。^[61]

メッシニアン期には、紅海はスエズで地中海とつながっていたが、インド洋とはつながっておらず、地中海とともに干上がったという説がある。^[62]

ジブラルタル海峡が最終的に決壊したとき、大西洋はおそらく比較的狭い水路を通って大量の水を注ぎ込んだであろう。この水が再び満たされると、現在のエンジェルフォール（979メートル、3,212フィート）よりも高く、イグアスの滝やナイアガラの滝よりもはるかに迫力のある大きな滝になると予想されていたが、ジブラルタル海峡の地下構造に関する最近の研究では、洪水の水路は乾燥した地中海までかなり緩やかに下がっていたことが明らかになっている。^[22]

シチリア島南端の南東の海底で、大規模な洪水によって流された未分類の残骸の巨大な堆積物が発見されました。これはザンクレン洪水によって堆積したものと疑われています。^[63]

• メッシニアン蒸発岩
• アトラントロパ

• ケネス・J・スー（1987年）「地中海は砂漠だった：グロマー・チャレンジャー号の航海」プリンストン大学出版局。ISBN 978-0-691-02406-6。
• Roveri; et al. (2008). 「地中海地域におけるメッシニアン期末イベントの高解像度地層学的枠組み」(PDF) . Stratigraphy . 5 (3–4): 323–342. doi :10.29041/strat.05.3.08. 2012-01-21 にオリジナル(PDF)からアーカイブ。

• ウィキメディア・コモンズのメッシニアン塩分危機に関連するメディア
• アリゾナ大学: 地質学 212、講義 17:「地中海が干上がったとき」(2006 年 7 月 16 日アクセス)

1. イアン・ウェスト著「メッシニアン塩分危機」（インターネットアーカイブコピー）
2. ロブ・バトラーによるシチリア島のメッシニアンの歴史。アーカイブ
3. メッシニアンオンライン