Транзиентные дегляциальные моделирования раскрывают причины образования сапропелей в Средиземном море

Когда солнечное море превратилось в зону мёртвых глубин

Сегодня Средиземное море — популярное место для отдыха, но не так давно его глубинные воды почти лишались кислорода, образуя толстые тёмные органически богатые илы, называемые сапропелями. Понимание того, как произошла эта трансформация, важно не только как любопытный факт о древних морях: оно показывает, как медленные изменения уровня моря, климата и жизни в поверхностных водах могут постепенно перестроить целые морские экосистемы на тысячелетних масштабах и даёт подсказки о том, как современные океаны могут реагировать на продолжающееся потепление.

Естественная лаборатория прошлых климатических изменений

Средиземное море часто описывают как уменьшенный океан, тесно связанный и с африканскими муссонными системами, и с европейской погодой. Поскольку оно почти замкнуто и обменивается водой с Атлантикой только через узкий Гибралтарский пролив, оно сильно реагирует на изменения осадков, речного стока и глобального уровня моря. Осадочные керны со дна показывают повторяющиеся эпизоды за последние 450 000 лет, когда глубинные воды теряли кислород и формировались тёмные слои сапропелей. Последний из них, называемый S1, появился примерно между 10 800 и 6 100 годами назад, как раз в период, когда Северная Африка переживала пышную, более влажную фазу, известную как Африканский влажный период. Учёные давно подозревали, что усиление африканских муссонов и возрастание речного стока сыграли ключевую роль, но до сих пор было трудно отделить совокупные эффекты подъёма уровня моря, изменений температуры и поступления питательных веществ.

Проигрывая большой таяние последнего ледникового периода

Чтобы распутать эти факторы, авторы использовали детальную компьютерную модель, которая симулирует как движение воды, так и её химию в трёх измерениях по всему Средиземному морю с момента Последнего максимума оледенения 21 000 лет назад до 1949 года н.э. В разгар последнего льда уровень моря был значительно ниже, и связь с Атлантикой была мельче, однако глубины восточной части Средиземного моря оставались хорошо вентилируемыми и богатыми кислородом. Холодные температуры замедляли разложение тонущего органического материала, что позволяло питательным веществам накапливаться в пучине, но уровни кислорода были сопоставимы с современными, поэтому сапропели ещё не могли образоваться. По мере потепления климата и таяния ледяных щитов уровень моря поднимался, и плотность поверхностных вод постепенно снижалась. Это ослабляло пере-вертывающее циркулирование, которое обычно обновляет глубокие слои свежей, насыщенной кислородом водой, что создавало предпосылки — за тысячи лет до фактического падения кислорода в глубине.

Как реки, тепло и неподвижные воды сработали вместе

Примерно между 15 000 и 7 000 лет назад совпало несколько процессов. Поднимающийся уровень моря углубил Гибралтарский пролив, увеличив обмен с Атлантикой, но сократил время, в течение которого поверхностные воды испарялись внутри бассейна, что ослабляло их склонность к опусканию. Одновременно талые воды, поступавшие в Северную Атлантику и Средиземное море, понижали солёность, дополнительно стабилизируя водную колонку. С началом Африканского влажного периода усилившиеся реки — особенно Нил — доставляли в восточную часть бассейна значительно больше питательных веществ. Поверхностная биота процветала, и больше органических частиц оседало в толщу океана. Поскольку глубинные воды оставались относительно холодными, микробы разлагали этот материал медленнее и глубже, потребляя кислород там, где его пополнение смешением уже было подавлено. В моделях уровни кислорода ниже примерно 1000 метров постепенно падали, и примерно между 10 400 и 7 000 лет назад глубокая восточная часть Средиземного моря стала аноксичной, в то время как поток органического углерода к дну увеличился на порядок, что согласуется с осадочными записями сапропеля S1.

Проверка других подозреваемых и механизм времени

Исследователи провели дополнительные «что если» эксперименты, чтобы разделить физические и биологические влияния. Когда они отключили дополнительное обогащение питательными веществами от африканских рек, но сохранили тот же изменяющийся климат и уровень моря, глубинные воды оставались насыщенными кислородом: одни только физические изменения объясняли почти половину наблюдаемого падения кислорода, но не довели систему до полной аноксии. И наоборот, добавление сильных поступлений питательных веществ в современно-подобное Средиземное море с более тёплой, менее плотной глубиной едва снизило кислород, потому что интенсивное перемешивание и более быстрая микробная активность разлагали органику выше в водной колонке. Отдельная проверка гипотезы о приливном притоке пресной воды из Чёрного моря показала лишь незначительный, кратковременный эффект на глубинный кислород. Простая линейная модель подтвердила, что образование сапропеля требует одновременно длительного периода нарастания стратификации и большого кумулятивного поступления органического вещества в глубокие слои, причём холодные температуры способствуют тому, что этот материал тонет глубже, прежде чем разложится.

Что это древнее событие говорит нам о будущем

В исследовании делается вывод, что первичным триггером формирования сапропеля S1 было постепенное увеличение плавучести поверхностных вод — вызванное дегляциальным подъёмом уровня моря и потеплением — что ослабило глубокую вентиляцию задолго до записей в осадках. Усиленное поступление речных питательных веществ во время Африканского влажного периода, действуя на уже застойное и холодное глубокое море, переломило систему в продолжительное аноксичное состояние и накопило ту толстую органически обогащённую прослойку, которую мы наблюдаем сегодня. Дополнительная пресная вода из Чёрного моря не была необходима. В условиях будущего потепления, по мнению авторов, возникновение аналогичных глубоких «зон мёртвых» в Средиземном море вряд ли произойдёт быстро: даже при усилении стратификации переход к аноксии занял бы тысячи лет, а более тёплые воды склонны ограничивать разложение органики хорошо вентилируемыми поверхностными слоями. Сага о сапропеле S1 подчёркивает, как медленные, переплетённые изменения уровня моря, циркуляции и биологии формируют глубокий океан на геологическом времени.”}

Цитирование: 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

Ключевые слова: Средиземное море, сапропель, дегляциация, кислород в океане, Африканский влажный период