Sapropeles Submarinos y Cambio climático

A la luz de los estudios de cambio climático, están rescatándose del olvido ciertos estudios que con anterioridad no despertaron el interés más que a unos pocos especialistas de disciplinas muy concretas. Muchos de ellos conciernen a la edafología, como es el caso de los permafrost y los sapropeles. Eso si, ahora se venden como si fueran verdaderos hallazgos. Lamentable praxis la de muchos colegas. ¿Porque ahora estos temas se ponen de moda, cuando no son más que viejos vinos en nuevas botellas? Simplemente porque para poder publicar con mayor facilidad hay que trabajar en ciencias sexy o mediáticas, como la llaman algunos. Pues bien los dos temas citados entre otros muchos, son muy conocidos por los expertos en ciencias del suelo. El problema con los conceptos de sapropeles y el permafrost es que no se utilizan exactamente con la misma acepción en todas las disciplinas. De hecho, aparecen sobre la tierra emergida (dominio de los  geólogos, edafólogos y limnólogos) pero también en los sedimentos marinos (oceanógrafos y glaciólogos). Hoy hablaremos de los sapropeles del este del Mediterráneo, así como de su relación con los cambios climáticos del pasado.

Mapa de los sapropeles en el Mediterráneo

Como ya señalamos en un post anterior sobre

los tipos de humus subacuáticos:

Sapropel: material de color negro muy rico en materia orgánica formados sobre sedimentos de lagos que están sujetos a condiciones reductoras o anóxicas (falta de oxígeno) durante gran parte del año. En consecuencia, abundan las moléculas en estado reducido, como el metano y el sulfuro de hidrógeno. Por estas razones, las comunidades macro-bentónicas son muy pobres o prácticamente ausentes. Los coprolitos también son escasos. Debido a la presencia de las dos sustancias aludidas, su olor es desagradablemente putrefacto.

Ya editamos varios post sobre sapropeles y permafrost, y aun nos quedan algunos por colgar en la Web: Repasemos algunos de ellos.

Tipos de Humus Subacuáticos

Sapropeles y la Materia Orgánica de los Suelos Subacuáticos o en este Otro:

Suelos Helados y Crioturbación: Criosoles o Gelisoles

EL Secuestro de Carbono en los Suelos Árticos. Una Bomba de Relojería para el Calentamiento Climático

Erosión de los Continentes y Fertilización de los Océanos: Conexiones Planetarias

Concepto de Permafrost y Suelos Helados. ¿Cual es la Diferencia?

Vayamos pues al asunto que hoy nos ocupa. Los sedimentos del Mar Mediterráneo, como también los del Mar Negro y seguramente otros, atesoran un registro el los que alteran horizontes ricos en materia orgánica, conocidos por sapropeles, con otros pobres en ella. Tales estructuras parecen haber estado relacionadas con las variaciones orbitales del planeta conocidas como oscilaciones de Milankovitch, que son también las que dan origen a los periodos glaciares e interglaciares. Tampoco debemos descartar que tales procesos cíclicos puedan producirse por otras causas. Se ha venido tradicionalmente considerando que la deposición de las capas y horizontes de Sapropel coincidían con los denominados mínimos de precesión, en el contexto de las aludidas oscilaciones. Del mismo modo, se debate si la anoxia (falta de oxigeno) que parece estar relacionada con ellos, se debe a la acción de cambios de la circulación oceánica que daban lugar a una mayor estratificación de los océanos (por lo cual las aguas profundas agotaban su oxígeno) y/o por un mero aumento de productividad primaria del las aguas superficiales (más cantidad de materia orgánica depositada en el fondo que se traduciría en un mayor consumo de oxígeno con vistas a su descomposición, hasta que se constituyera en un factor limitante para mineralizar todo el carbono orgánico que contienen).

Testigo de Sapropel adjunto a la noticia. Fuente: Science Daily

Fuera cual fueran las razones, el resultado es la acumulación de ingentes cantidades de materia orgánica en los suelos oceánicos que, en caso de descomponerse, emitirían una ingente cantidad de CO2 a la atmósfera. Y esta es la razón por la cual los sapropeles despiertan el interés actual en parte de la comunidad científica. Obviamente, las técnicas más recientes hacen uso de isótopos estables que permiten reconstruir “paleo-termómetros” que nos informan con mayor precisión de los climas del pasado que hace algunas décadas (por ejemplo, al analizar los elementos traza, así como los isótopos de oxígeno y carbono de los foraminíferos bénticos). Obviamente el arsenal instrumental disponible con vistas a su estudio es mucho mayor.     

Abundante información sobre los sapropeles del Mediterráneo puede encontrarse en el siguiente enlace. En este otro, editado por el CSIC, se narra la historia de los sapropeles, así como de los depósitos carbonosos a los que dieron origen, al menos desde el Cretácico.

Como veréis abajo, el 29 de septiembre de 2008, el boletín de noticias Sciencedaily publico una noticia cuyo título era trivial y el hecho archiconocido (una vez más redescubriendo la dinamita): “Carencia de Oxigeno en la superficie de los fondos del este del mar Mediterráneo” (traducido libremente del Suahili).  También es cierto que desconozco si algunos de los detalles que aportan son novedosos, aunque no el conjunto del texto.

Los autores señalan que la formación del Sapropel coincide con periodos húmedos, mientras que los depósitos más minerales con los secos. Por lo tanto, la hipótesis que defienden consistiría en que una elevada productividad primaria provocaría la deposición de una ingente cantidad de necromasa en el piso oceánico que terminaría por generar anoxia. Ya os hemos comentado en numerosos post que tal deficiencia en oxigeno genera la ralentización de la mineralización de la materia orgánica, tanto en los suelos emergidos, como en los cuerpos de agua continentales y en los oceánicos. Nada nuevo bajo el sol.

Por lo tanto, la estructura de las columnas estratigráficas de los fondos oceánicos muestran también las alternancias entre periodos húmedos (Sapropel) y secos (capas con poco materia orgánica) que coinciden con los ciclos de mayor y menor productividad ecológica de los que hablamos con anterioridad.  El último episodio ocurrió hace 5700-9800 años, y el lecho afectado (según los autores) a más de 1800 metros de profundidad.  Por favor que alguien me explique, a falta de poder leer el artículo original, cual es la novedad, ya que alguna habrá si se ha publicado en Nature. Por esta razón, y al margen de la noticia de Sciencedaily, os he incluido otras dos más, con vistas a que comprobéis que los hechos mencionados ya eran bien conocidos desde hace tiempo.  Así, en el segundo ejemplo, que resulta ser el resumen de un artículo publicado mayoritariamente por investigadores españoles, se nos dice que los periodos húmedos coincidían con la deposición en los fondos de sedimentos fluviales, mientras que en los secos la forma de las partículas minerales revela un proceso de erosión-deposición eólica. Tal hecho parece indicarnos que, al norte de África, alternaron periodos en los que los paisajes disfrutaron de una exuberante vegetación, gracias al incremento de las lluvias estivales de origen monzónico, con otros más secos en los que la vegetación precedente era sustituida por otra más árida e incluso desértica, más o menos como ocurre en la actualidad. Tales hechos también fueron reconocidos hace décadas, como relataremos a su debido tiempo en otro post. El resto del artículo de los Españoles llega a las mismas conclusiones que las presentadas por los expertos de la Universidad de Utrecht, ¡dos años después! Finalmente en el tercer estudio se defiende que el incremento de la descarga de agua dulce generó lo que “debo” entender por una estratificación de las aguas, o al menos una relantización, en la circulación marina. Es obvio que no soy experto en la materia, ya que no detecto la espectaculares aportaciones de los holandeses, a no ser que el tema sea un tanto más oscuro.

En cualquier caso, se trata de eventos que se retrotraen miles de años atrás y no son idiosincrásicos del mediterráneo, por cuanto parecen haberse detectado en otros lares, incluso con anterioridad a la emergencia del Mar Mediterráneo. Del último enlace he extraído una foto de cómo tales estructuras son preservadas cuando los sedimentos llegan a formar parte de los márgenes continentales de la placa tectónica euro-asiática por el empuje de la africana. En otras palabras, podemos verlos en las secuencias estratigráficas de las tierras emergidas. Pero aquí ya entramos, lo quieran algunos edafólogos o no, en el ámbito de la “paleoedafología”.    

Sapropeles y salinidad en el Mediterráneo

Juan José Ibáñez

No Oxygen In Eastern Mediterranean Bottom-water

ScienceDaily (Sep. 29, 2008) — Research from Utrecht University shows that there is an organic-rich bed of sediment in the floor of the Eastern Mediterranean. This bed formed over a period of about 4000 years under oxygen-free bottom-water conditions.

A wet climatic period was responsible for the phenomenon. According to climate scenarios, the climate may become wetter in this area, potentially giving rise again to a period of oxygen-free bottom-water.

Alternating organic-rich and organic-poor beds have been deposited on the floor of the Eastern Mediterranean. These deposits coincide with the alternation of wet and dry climatic periods. Researchers believe that the organic-rich beds, called sapropels, can originate in two ways:

1.       More organisms live in the surface water because, for example, rivers introduce more nutrients. As a result, more organisms sink to the bottom when they die.

2.       The organic material is better preserved. If dead organisms sink to an oxygen-free bottom, the organic material breaks down less well.

Sapropel

Gert de Lange investigated the most recently developed bed, sapropel S1. This bed formed between 9800 and 5700 years ago. At that time, an increased influx of fresh water during a wet climatic period led to the formation of this organic-rich bed. This formation occurred simultaneously over the entire Eastern Mediterranean at water depths of more than 200 metres. During this 4100-year period, the deep Eastern Mediterranean was found to be devoid of oxygen at water depths below 1800 metres. Going upward from this depth level, the organic content of sapropel S1 decreases corresponding to an increasing average oxygen content and concomitant breakdown of the organic material.

This research shows that there is a high chance of finding organic-rich deposits in an environment devoid of oxygen. Climate change may contribute to the formation of organic-rich beds. Besides sequestering large quantities of CO₂, these separated beds can also be converted into oil over the course of time.

This research forms part of the PASS project, a marine programme in the Eastern Mediterranean. NWO Earth and Life Sciences financed the necessary logistics, such as ship and equipment lease via the National Research Cruise Programme. These results are published in the September issue of Nature Geoscience.

Pliocene–Holocene evolution of depositional conditions in the eastern Mediterranean: Role of anoxia vs. productivity at time of sapropel deposition

D. Gallego-Torres, , F. Martínez-Ruiz, A. Paytan, F.J. Jiménez-Espejo, and M. Ortega-Huertas

Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, CSIC-Universidad de Granada, Facultad de Ciencias, Campus Fuentenueva, 18002 Granada, Spain bDepartment of Geological and Environmental Sciences, Stanford University, Stanford CA 94305-2115, USA cDepartamento de Mineralogía y Petrología, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada, Campus Fuentenueva, 18002 Granada, Spain

Abstract

A multiproxy geochemical study of nine sapropel layers from ODP Hole 964A, ODP Leg 160 in the eastern Mediterranean spanning the Pliocene–Holocene time interval provides new insights into the evolution of sapropel deposition. Paleoenvironmental proxies were used for reconstruction of productivity (Ba derived from marine barite), oxygen conditions (trace metal ratios) and sedimentary regime (clay minerals, detrital elements). These proxies reveal a significant increase in river runoff relative to decreasing aeolian input during sapropel deposition over the whole time interval. Ba excess supports the argument that a significant increase in export productivity is the main triggering mechanism for sapropel deposition, although preservation also played an important role. Furthermore, major differences exist in depositional conditions, including both oxygenation and productivity since the Pliocene. Productivity fluctuated substantially and was higher during the Pliocene and Pleistocene than during the Holocene; at the same time decreasing oxygen availability parallels the enhanced productivity. Dysoxic to anoxic conditions appear to coincide with marine productivity maxima, thus suggesting that oxygen depletion may be linked to greater consumption rather than restricted circulation. This correspondence supports the hypothesis that productivity fluctuations resulting from climate oscillations were the main cause of enhanced organic matter contents and also a main controlling factor for reduced oxygen availability

Sapropeles en Sicilia hace nueve millones de

años hoy emergidos por la tectónica de placas

Sapropels in the Mediterranean Sea: A study with climate models.

Sapropels are cyclic, dark coloured, organic-rich layers deposited on the bottom of the Mediterranean Sea (Fig. 3.12). They are formed during anoxic conditions caused by astronomically induced climate oscillations. The sapropel record is dominated by precession (date of perihelion), but also an obliquity (tilt of the Earth’s rotational axis) signal has been found. Despite their ubiquitous presence and numerous studies the paleoclimatic orgin of sapropels is not fully understood. The most accepted hypothesis for the formation of sapropels is enhanced discharge of the river Nile caused by an intensified African summer monsoon. The increased supply of fresh water weakens (or even stops) the deep water formation resulting in a decease of the ventilation of the deep water. This causes anoxic conditions that result in the formation of sapropels.