סימולציות דה-גלציאליות חולפות מפענחות את הגורמים להיווצרות סאפרופלים בים התיכון

כשים שטוף שמש הפך לאזור מת במעמקים

היום הים התיכון הוא יעד תיירותי פופולרי, אבל לא כל כך מזמן מי המעמקים שלו הפכו כמעט ללא חמצן, ויצרו קרקעות כהות ועשירות בחומר אורגני הנקראות סאפרופלים. הבנת האופן בו התרחשה ההתמרה הזו היא לא רק סקרנות על ימים קדומים: היא חושפת כיצד שינויים איטיים בגובה פני הים, במזג האוויר ובחיים על פני המים יכולים לעצב מחדש מערכות אקולוגיות ימיתיות שלמות לאורך אלפי שנים, ומספקת רמזים לאופן שבו האוקיינוסים המודרניים עשויים להגיב להתחממות המתמשכת.

מעבדה טבעית לשינויים אקלימיים בעבר

הים התיכון מתואר לעתים קרובות כאוקיינוס מיניאטורי, קשור בדאון למערכות המונסון של אפריקה ולמזג אוויר אירופי. מאחר שהוא כמעט סגור והחלפת המים עם האוקיינוס האטלנטי מתבצעת רק דרך מצר גיברלטאר הצר, הוא מגיב בחוזקה לשינויים בגשם, בזרימת הנהרות וברמת הים העולמית. ליבות משקעים מהרצפה הימית חושפות פרקים חוזרים במהלך 450,000 השנים האחרונות שבהן מי המעמקים איבדו חמצן ונוצרו שכבות סאפרופל כהות. האחרון מביניהן, שכונה S1, הופיע בין כש-10,800 ל-6,100 שנים לפני זמננו, בדיוק בזמן שצפון אפריקה עברה את שלב הלחות והשפע המכונה התקופה הלחה של אפריקה. מדענים חשדו זמן רב שמונסונים אפריקאים חזקים יותר וזרימת נהרות מוגברת שיחקו תפקיד מפתח, אך עד כה היה קשה להפריד בין ההשפעות המשולבות של עליית פני הים, שינויים בטמפרטורה וכניסות של מזון (נוטריינטים).

להשמיע מחדש את המסת הקרח הגדולה של עידן הקרח האחרון

כדי לפרק את המניעים הללו, המחברים השתמשו במודל מחשב מפורט המדמה גם תנועות מים וגם כימיה בתלת־ממד ברחבי הים התיכון כולו מהשיא של המקסימום הקרחוני האחרון לפני 21,000 שנים ועד 1949 לספירה. בשיא עידן הקרח האחרון רמת הים הייתה נמוכה בהרבה והחיבור לאטלנטי היה רדוד יותר, ובכל זאת המים העמוקים במזרח הים התיכון נותרו מאווררים היטב ועשירים בחמצן. טמפרטורות קרות האטו את פירוק החומר האורגני השוקע, מה שאיפשר לצבור נוטריינטים בבקעה, אך רמות החמצן היו דומות לאלה של ימינו, כך שסאפרופלים לא יכלו עדיין להיווצר. כשהאקלים החל להתחמם וגושי הקרח נמסו, רמת הים עלתה וצפיפות מי השטח ירדה בהדרגה. זה החליש את סירקולציית ההיפוך שמחדשת בדרך כלל את השכבות העמוקות עם מים טריים ומואסרים בחמצן, והכין את הבמה—אלפי שנים מראש—להפסד חמצן בעומק.

כיצד נהרות, חום ומים עומדים פעלו יחד

בין כ-15,000 ל-7,000 שנים לפני זמננו, כמה תהליכים התיישרו. עליית הימים העמיקה את מצר גיברלטאר, מה שהגדיל את חילופי המים עם האטלנטי אך הקטין את הזמן שמי השטח בילו בהתאדות בתוך האגן, מה שעקב כך החליש את נטייתם לשקוע. במקביל, מי המסת הקרח שזרמו לאוקיינוס האטלנטי ולים התיכון הקטינו את המליחות, ובכך ייצבו עוד יותר את עמודת המים. כאשר החלה התקופה הלחה של אפריקה, נהרות חזקים יותר—ובייחוד הנילוס—הכילו הרבה יותר נוטריינטים לאגן המזרחי. החיים על פני המים שגשגו וחלקיקים אורגניים רבים יותר גששו אל תוך הפנים הימי. מכיוון שמי המעמקים היו עדיין יחסית קרים, מיקרובים פירקו את החומר הזה לאט יותר ובעומקים גדולים יותר, וצרכו חמצן בדיוק במקום שבו חידוש בשל ערבוב כבר הושתק. בסימולציות, רמות החמצן מתחת לכ-1000 מטר ירדו בהדרגה, ובין כ-10,400 ל-7,000 שנים לפני זמננו המזרח העמוק של הים התיכון הפך לא-חמצני, בעוד זרם הפחמן האורגני לקרקעית עלה בסדר גודל, בהתאמה לרשומות המשקעים של סאפרופל S1.

בדיקת חשודים אחרים ושעון השינויים

החוקרים הריצו ניסויי "מה-אם" נוספים כדי להפריד בין השפעות פיזיקליות לביולוגיות. כשכיבו את העשרת הנוטריינטים הנוספת מן הנהרות האפריקאים אך שמרו על האקלים המשתנה ועל רמת הים, מי המעמקים נותרו מאווררים: שינויים פיזיקליים בלבד הסבירו כמעט חצי מהירידה בחמצן שנצפתה אך לא דחפו את המערכת לאנוקסיה מלאה. לעומת זאת, הוספת כניסות מזון חזקות לים תיכון בעל מאפיינים מודרניים עם מי מעמקים חמימים ופחות צפופים כמעט ולא הורידה את החמצן, מכיוון שערבוב ער ופעילות מיקרוביאלית מהירה פירקו את החומר האורגני גבוה יותר בעמודת המים. ניסוי נפרד של הצפה מתוקה מוצעת ממימי הים השחור הראה רק השפעה מינורית וקצרה על חמצן המעמקים. מודל ליניארי פשוט אישר כי היווצרות סאפרופל דורשת גם תקופה ארוכה של גידול ביציבות העמודה וגם אספקה מצטברת גדולה של חומר אורגני המגיע לשכבות העמוקות, כשטמפרטורות קרות מסייעות לכך שהחומר ישקע לעומק רב יותר לפני פירוקו.

מה האירוע העתיק הזה אומר לנו על העתיד

המחקר מסכם כי הטריגר הראשי לסאפרופל S1 היה העלייה ההדרגתית בציפה של מי השטח—מונעת על ידי עליית פני הים לאחר הדה־גלציה והתחממות—שהחלישה את האוורור העמוק זמן רב לפני שהמשקעים תיעדו שינוי כלשהו. העשרת הנוטריינטים הנשאבה בנהרות במהלך התקופה ההלחה של אפריקה, שפעלה על ים עמוק כעת עומד וקר, הטתה את המערכת למצב א-חמצני ממושך ובנתה את השכבה העבה העשירה בחומר אורגני שאנו רואים היום. מים מתוקים נוספים מן הים השחור לא נדרשו. בעתיד מחומם, לטענת המחברים, אזורי "מתים" עמוקים דומים בים התיכון אינם צפויים להיווצר במהירות: אפילו עם יצירת יציבות חזקה יותר, המעבר לאנוקסיה ייקח אלפי שנים, ומים חמימים נוטים לרכז את פירוק החומר האורגני בשכבות פני הים המאווררות היטב. סיפורה של סאפרופל S1 מדגיש אפוא כיצד שינויים איטיים ומסובכים בגובה פני הים, בסירקולציה ובביולוגיה מעצבים את המעמקים לאורך קני זמן גאולוגיים.

ציטוט: Six, K.D., Mikolajewicz, U. & Schmiedl, G. Transient deglacial simulations unravel the causes of Mediterranean sapropel formation. Commun Earth Environ 7, 258 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03290-9

מילות מפתח: ים תיכון, סאפרופל, דה-גלציה, חמצן באוקיינוס, התקופה הלחה של אפריקה