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메시나절 염분 위기

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목차

1. 개요

메시나절 염분 위기는 약 596만 년 전부터 533만 년 전까지 지중해가 대서양과 격리되어 염도가 급격히 상승하고, 지중해 분지가 부분적으로 또는 완전히 말라붙었던 지질학적 사건이다. 이 사건은 19세기 스위스 지질학자 칼 마이어-아이마르가 명명했으며, 지중해 지역의 증발암층 발견과 심해 시추를 통해 그 증거가 확인되었다. 지브롤터 해협의 지형 변화와 기후 변화가 복합적으로 작용하여 발생했으며, 지중해 생태계에 대규모 멸종을 초래하고 지형을 변화시켰다. 이 위기는 지중해와 대서양을 잇는 지브롤터 해협이 다시 열리면서 발생한 잔클레절 홍수로 종결되었다.

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메시나절 염분 위기
개요
메시나절 염분 위기의 주요 단계 다이어그램
메시나절 염분 위기의 주요 단계 다이어그램
위치지중해
기간메시나절 (596만 년 전 ~ 533만 년 전)
원인지브롤터 해협 폐쇄
결과지중해의 부분적 또는 완전한 증발, 대량의 증발암 퇴적
지질학적 배경
시기신생대 신제3기 미오세 후기 (메시나절)
기간596만 년 전 ~ 533만 년 전 (Ma)
지리적 범위지중해 분지
사건 개요
원인아프리카판과 유라시아판의 충돌로 인한 베티스 해협 (지브롤터 해협)의 폐쇄.
과정지중해로의 대서양 해수 유입 차단.
증발량이 유입량을 초과하여 지중해 수위 급감.
염도 증가 및 증발암 (주로 할라이트) 퇴적.
지중해 분지의 부분적 또는 완전한 건조.
결과두꺼운 증발암층 형성 (지중해 해저).
해양 생태계의 대규모 변화 및 멸종.
주변 지역 기후 변화.
주요 단계
1단계지브롤터 해협의 간헐적 폐쇄 및 지중해 수위 변동.
2단계지중해 분지의 염도 증가 및 석고 퇴적.
3단계지중해의 급격한 건조 및 할라이트를 포함한 대규모 증발암 퇴적.
4단계플라이오세 잔클레안 시대에 대서양 해수 유입으로 지중해 재건.
증거
지질학적 증거지중해 해저에서 발견되는 두꺼운 증발암층.
고생물학적 증거당시 지중해에 살았던 생물들의 화석 기록 변화.
퇴적학적 증거메시나절 동안 형성된 퇴적층의 특징.
논쟁점
지중해 완전 건조 여부일부 학자들은 지중해가 완전히 말랐다고 주장하는 반면, 다른 학자들은 부분적으로만 건조되었다고 주장한다.
지브롤터 해협 폐쇄 메커니즘정확한 폐쇄 메커니즘과 시기에 대한 논쟁이 존재한다.
기후 및 생태계 영향
기후 변화지중해 건조는 주변 지역의 기후에 큰 영향을 미쳤을 것으로 추정된다.
생태계 변화해양 생물 멸종 및 새로운 육상 생태계 형성.
고유종많은 고유종이 멸종했다.
기타 정보
참고 문헌다양한 학술 논문 및 연구 자료 존재.
관련 용어증발암, 할라이트, 석고, 지브롤터 해협, 메시나절, 잔클레안
관련 사건잔클레안 홍수

2. 명칭 및 초기 증거

메시나절이라는 명칭은 19세기 스위스의 지질학자이자 고생물학자인 카를 마이어-아이마르가 이탈리아 시칠리아의 메시나 지역에서 특정 지질 시대의 퇴적층을 연구하며 처음 사용했다.[10][68] 이 시기의 주요 지질학적 증거는 지중해 전역에서 발견되는 석고와 암염이 풍부한 증발암 층이다.[11] 또한, 1970년 심해 굴착선 글로마 챌린저호가 지중해 심해저를 굴착하여 증발암과 석고를 직접 발견함으로써, 과거 지중해가 말라붙거나 염호를 형성했을 가능성을 뒷받침하는 초기 증거가 확보되었다.[69]

2. 1. 명칭의 유래

19세기에 스위스의 지질학자이자 고생물학자인 카를 마이어-아이마르(Karl Mayer-Eymar, 1826–1907)는 석고를 포함하고 기수 및 담수 퇴적층 사이에 묻힌 화석을 연구했다. 그는 이 지층이 마이오세 말기 직전에 퇴적된 것으로 확인했다.[10][68] 1867년, 마이어-아이마르는 이 시기를 이탈리아 시칠리아의 도시 메시나의 이름을 따서 '''메시나절'''(Messinian)이라고 명명했다.[10] 이후 지중해 지역 전반에 걸쳐 암염과 석고가 풍부한 여러 다른 증발암 층이 메시나절과 같은 시기에 형성된 것으로 밝혀졌다.[11][68]

2. 2. 초기 증거 발견

19세기 스위스의 지질학자이자 고생물학자인 카를 마이어-아이마르(Karl Mayer-Eymar, 1826–1907)는 석고를 함유하고 기수 및 담수 퇴적층 사이에 묻힌 화석을 연구했다. 그는 이 퇴적층이 마이오세 말 직전에 형성된 것으로 확인하고, 1867년 이 시기를 이탈리아 시칠리아의 도시 메시나의 이름을 따 '''메시나절'''(Messinian)이라고 명명했다.[10][68] 이후 지중해 지역 전반에 걸쳐 염분과 석고가 풍부한 여러 증발암 지층이 같은 시기에 형성된 것으로 밝혀졌다.[11]

1970년에는 심해 굴착선 글로마 챌린저(Glomar Challenger)호가 지중해 심해저를 굴착하여 해수 증발로 형성된 증발암과 석고를 발견했다. 이는 과거 지중해가 일시적으로 말라붙거나 염호를 형성했을 가능성을 강력하게 뒷받침하는 증거가 되었다.[69]

3. 추가 증거 및 확인

메시나절 염분 위기 가설은 이후 다양한 연구를 통해 확인된 증거들로 뒷받침된다. 1961년 지진 탐사에서 발견된 'M 반사체'는 지중해 해저 아래 광범위한 염분 퇴적층의 존재를 처음 시사했고[14], 1970년 심해 시추 프로그램에서 ''글로마 챌린저'' 호가 채취한 시추 코어는 증발암의 존재와 건조 및 홍수 기간의 반복을 직접적으로 증명했다.[69]

또한, 나일강 등 주요 강들이 낮아진 해수면에 맞춰 지중해 분지 가장자리에 깊은 협곡을 형성한 흔적[16][17][18], 그리고 햇빛과 가뭄으로 인해 진흙 퇴적물이 말라 갈라진 흔적(화석화된 건열)의 발견[19] 등은 당시 지중해가 겪었던 극적인 환경 변화를 보여주는 중요한 증거이다. 이러한 지질학적 증거들은 19세기 스위스의 지질학자 카를 마이어아이마르가 처음 '메시나절'로 명명한[68] 시기에 지중해가 고립되어 염분 위기를 겪었다는 가설을 강력하게 지지한다.

3. 1. 지진 탐사

1961년 지중해 분지에 대한 지진 탐사를 통해 해저면에서 100m에서 200m 아래에 있는 지질학적 특징이 드러났다. 이 특징은 'M 반사체'로 명명되었으며, 현재 해저면의 윤곽을 거의 따라가 과거 어느 시점에 균일하고 일관되게 쌓였음을 시사했다. 이 층의 기원은 주로 염분 퇴적과 관련 있는 것으로 해석되었으나, 염의 연대와 퇴적 방식에 대해서는 다양한 해석이 제기되었다.

1952년 데니조[12]와 1967년 루지에리[13]는 이 층이 후기 마이오세 시대의 것이라고 제안했으며, 루지에리는 '메시나 절 염분 위기'라는 용어를 처음 사용했다.

1970년 지중해 분지에서 M 반사체에 대한 새롭고 고품질의 지진 데이터가 확보되었다.[14] 같은 해, 윌리엄 B.F. 라이언(William B.F. Ryan)과 케네스 J. 허(Kenneth J. Hsu) 공동 책임 과학자의 감독 아래 ''글로마 챌린저'' 호에서 수행된 심해 시추 프로그램(Leg 13) 동안 염 시료를 채취했다. 이 퇴적물은 처음으로 메시나 절 염분 위기의 심해 분지 산물로 연대가 측정되고 해석되었다.

증발의 결과로 해저에 형성된 석고 원뿔. 의 해수 증발은 약 의 석고를 침전시킨다.


소르바스 분지 (예사레스 멤버)의 석고 형성 규모. 위로 자라는 원뿔은 (퇴적물 내에서가 아닌) 해저에서의 침전을 시사한다.


지중해의 더 깊은 부분에서 메시나 염에 대한 첫 시추는 1970년 여름에 이루어졌다. 당시 ''글로마 챌린저'' 호에 탑승한 지질학자들은 아로요 자갈, 붉은색 및 녹색 범람원 실트와 함께 석고, 무수석고, 암염, 그리고 염수 또는 해수의 건조 과정에서 형성되는 다양한 증발암 광물을 포함하는 시추 코어를 확보했다. 일부 지역에서는 마지막으로 남은 미네랄이 풍부한 물이 마르면서 형성된 칼륨염(potash)도 발견되었다.[12] 한 시추 코어에는 뜨겁고 건조한 심해 평원에서 먼지 폭풍에 의해 날아온 사층 퇴적물이 포함되어 있었다. 이는 건조된 심해 유공충 점액이 근처 대륙에서 날아온 석영 모래와 섞여 두 개의 할라이트 층 사이에 끼인 염수 호수에 쌓인 것으로 해석되었다. 이러한 층들이 해양 화석을 포함하는 층들과 번갈아 나타나는 것은 건조와 홍수 기간이 반복되었음을 보여준다.

막대한 양의 염이 존재한다고 해서 반드시 바다가 완전히 말라붙었다는 의미는 아니다.[15] 지중해의 증발로 인한 수위 하강의 주요 증거는, 건조된 지중해 분지 가장자리를 따라 심해 평원으로 흘러들던 강들이 깎아 만든 수많은 (현재는 물에 잠긴) 협곡의 흔적에서 발견된다.[16][17] 예를 들어, 나일강은 아스완 (1967년 이반 S. 추마코프가 해양 플라이오세 유공충을 발견한 지점)에서 해수면 아래 200m까지, 카이로 바로 북쪽에서는 해수면 아래 2500m까지 지형을 침식했다.[18]

지중해 여러 지역에서는 햇빛과 가뭄으로 인해 진흙 퇴적물이 건조되고 갈라진 흔적(건열)이 화석화된 채 발견되었다. 서부 지중해의 퇴적층에서는 증발암 내에 해양 점액이 층을 이루고 있는 것이 관찰되는데, 이는 이 지역이 70만 년 이상 동안 반복적으로 홍수와 건조를 겪었음을 시사한다.[19]

3. 2. 심해 시추 프로그램

1961년 지중해 분지에 대한 지진 탐사를 통해 해저면 아래 100m에서 200m 깊이에 특정한 지질학적 특징이 발견되었다. 이 특징은 'M 반사체'로 명명되었으며, 해저면의 윤곽을 거의 따라 분포하여 과거 어느 시점에 균일하게 퇴적되었음을 시사했다. 이 층의 기원은 주로 염분 퇴적과 관련 있는 것으로 해석되었으나, 정확한 연대와 퇴적 과정에 대해서는 다양한 의견이 제기되었다. 19세기 스위스의 지질학자이자 고생물학자인 칼 마이어 에이머(Karl Mayer-Eymar)는 석고층 사이의 화석을 조사하여 이 층이 마이오세 말기의 것임을 밝혀내고, 시칠리아의 도시 메시나의 이름을 따 '메시나절'로 명명했다.[68] 이후 1952년 데니조[12]와 1967년 루지에리[13]는 이 층이 후기 마이오세 시대의 것이라고 제안했으며, 루지에리는 '메시나절 염분 위기'라는 용어를 만들었다.[13]

1970년 지중해 분지의 M 반사체에 대한 새롭고 고품질의 지진 데이터가 확보되었다.[14] 같은 해 여름, 심해 시추 프로그램(DSDP)의 레그 13(Leg 13) 탐사가 윌리엄 B.F. 라이언(William B.F. Ryan)과 케네스 J. 허(Kenneth J. Hsu) 공동 책임 과학자의 감독 아래 심해 굴착선 글로마 챌린저 호에 의해 수행되었다. 이 탐사에서 M 반사체로부터 염을 포함한 시추 코어를 처음으로 채취했으며, 이 퇴적물은 처음으로 메시나절 염분 위기의 심해 분지 산물로 연대 측정 및 해석되었다.[14][69]

글로마 챌린저 호가 가져온 시추 코어에는 다양한 종류의 퇴적물이 포함되어 있었다. 여기에는 아로요 자갈, 붉은색 및 녹색 범람원 실트뿐만 아니라, 석고, 무수석고, 암염 등 염수나 해수가 건조되면서 형성되는 다양한 증발암 광물이 포함되었다. 일부 지역에서는 마지막으로 남은, 미네랄이 풍부한 물(쓴물)이 마르면서 남겨진 칼륨 염(potash)도 발견되었다.

특히 한 시추 코어에서는 뜨겁고 건조한 심해 평원 환경의 증거가 발견되었다. 근처 대륙에서 먼지 폭풍에 의해 날아온 석영 모래와 섞인, 바람에 날린 유공충 점액(사층 퇴적물)이 건조된 심해의 염수 호수에 쌓여 두 개의 암염 층 사이에 끼어 있는 것이 발견되었다. 이러한 건조 환경 퇴적층들이 해양 화석을 포함하는 층들과 번갈아 나타나는 것은 지중해가 메시나절 동안 건조와 홍수 기간을 반복했음을 시사한다. 서부 지중해의 시추 코어에서는 증발암 내에 해양 점액이 층을 이루고 있는 것이 발견되었는데, 이는 이 지역이 70만 년 이상 반복적으로 홍수와 건조를 겪었음을 시사한다.[19] 이러한 심해 시추 결과는 지중해가 완전히 말라붙거나 염호 상태로 변했던 메시나절 염분 위기 가설을 강력하게 뒷받침하는 증거가 되었다.[69]

3. 3. 다양한 증거들

19세기 스위스의 지질학자이자 고생물학자인 카를 마이어아이마르는 석고층 사이의 화석을 조사하여 중신세 말기의 것으로 동정하고, 시칠리아의 도시 메시나의 이름을 따 '메시나절'로 명명했다[68]。 이후의 연대 측정 연구에서도 지중해 일대의 암염과 석고를 포함하는 지층은 모두 같은 시기의 것으로 밝혀졌다.

1952년 데니조[12]와 1967년 루지에리[13]는 이 층이 후기 마이오세 시대의 것이라고 제안했으며, 특히 루지에리는 '메시나절 염분 위기'라는 용어를 처음 사용했다.

1961년 지중해 분지에 대한 지진 탐사를 통해 해저면에서 100m ~ 200m 아래에 있는 지질학적 특징이 드러났다. 이 특징은 'M 반사체'로 명명되었으며, 현재 해저면의 윤곽을 거의 따라가 과거 어느 시점에 균일하고 일관되게 쌓였다는 것을 시사했다. 이 층의 기원은 주로 염분 퇴적과 관련이 있는 것으로 해석되었지만, 염의 연대와 퇴적 방식에 대해서는 다양한 해석이 제기되었다.

1970년, 지중해 분지에서 M 반사체에 대한 새롭고 고품질의 지진 데이터가 확보되었다.[14] 같은 해 여름, 윌리엄 B.F. 라이언(William B.F. Ryan)과 케네스 J. 허(Kenneth J. Hsu) 공동 책임 과학자의 감독 하에 ''글로마 챌린저'' 호에서 수행된 심해 시추 프로그램(DSDP) 레그 13(Leg 13) 동안 염 퇴적물이 처음으로 코어링되었다. 이 퇴적물은 메시나절 염분 위기 동안 심해 분지에서 형성된 산물로 연대 측정 및 해석되었다.[69]

''글로마 챌린저'' 호가 가져온 시추 코어에는 아로요 자갈, 붉은색 및 녹색 범람원 실트뿐만 아니라, 석고, 무수석고, 암염, 그리고 염수 또는 해수의 건조로부터 형성되는 다양한 다른 증발암 광물이 포함되어 있었다. 몇몇 지역에서는 마지막으로 남은 미네랄이 풍부한 물이 말라붙으며 남겨진 칼륨(potash)도 발견되었다. 한 시추 코어에서는 뜨겁고 건조한 심해 평원에서 먼지 폭풍에 의해 날아온 유공충 점액이 발견되었는데, 이는 근처 대륙에서 날아온 석영 모래와 섞여 두 개의 할라이트 층 사이에 끼인 염수 호수에 퇴적된, 바람에 날린 사층 구조를 보였다. 이러한 증발암 층들이 해양 화석을 포함하는 층들과 번갈아 나타나는 것은 지중해가 건조와 홍수를 반복했음을 시사한다.

막대한 양의 염 퇴적물이 존재한다고 해서 반드시 바다가 완전히 말라붙었다는 의미는 아니다.[15] 지중해의 수위가 증발로 인해 크게 낮아졌다는 주요 증거 중 하나는, 건조된 지중해 분지 가장자리에서 심해 평원으로 흘러들던 강들에 의해 파인 수많은 (현재는 물에 잠긴) 협곡의 존재이다.[16][17] 예를 들어, 나일강은 아스완 근처(1967년 이반 S. 추마코프가 해양 플라이오세 유공충을 발견한 지점)에서는 당시 해수면보다 200m 아래까지, 카이로 바로 북쪽에서는 해수면 아래 2500m까지 강바닥을 침식시킨 흔적이 발견되었다.[18]

또한, 지중해 여러 지역에서 햇빛과 가뭄에 의해 진흙 퇴적물이 건조되고 갈라진 흔적(화석화된 건열)이 발견되었다. 서부 지중해의 퇴적층에서는 증발암 내에 해양 점액이 층을 이루고 있는 것이 관찰되는데, 이는 이 지역이 약 70만 년 이상 동안 반복적으로 홍수와 건조를 겪었음을 시사한다.[19]

4. 연대기

빨간 실선: 현재 해안선
'''S''' 스페인 소르바스 분지
'''R''' 리페안 회랑
'''B''' 베틱 회랑
'''G''' 지브롤터 해협
'''M''' 지중해]]

고지자기 자료 분석에 따르면, 메시나절 염분 위기는 596 ± 0.02만 년 전 지중해 분지 전체에서 동시에 시작되었다. 이 사건은 미오세 시대의 "메시나절" 후반부에 해당하며, 이 시기는 여러 단계의 구조 활동, 해수면 변동, 그리고 이와 관련된 침식 및 퇴적 사건들로 특징지어진다.[37]

위기 동안 지중해와 대서양을 잇는 해협이 여러 차례 닫히면서, 지중해는 역사상 처음으로 부분적인 건조를 반복해서 겪었다. 특히 559만 년 전에서 533만 년 전 사이에는 대서양으로부터 완전히 격리되어, 과학 모델에 따라 정도의 차이는 있지만 지중해 해수면이 크게 낮아졌다. 초기 건조 단계(560만~550만 년 전)에는 광범위한 침식이 일어나 지중해 주변에 거대한 협곡들이 형성되었으며,[16][17] 일부는 그랜드 캐니언과 비슷한 규모였다. 후기 단계(550만~533만 년 전)에는 거대한 "호수-바다"(Lago Mare) 환경에서 증발암이 주기적으로 쌓이는 순환 퇴적이 나타났다.

약 533만 년 전, 플리오세 시대의 시작인 잔클레절 초기에 지브롤터 해협의 장벽이 마지막으로 무너지면서 잔클레 홍수가 발생하여 지중해 분지가 다시 물로 가득 찼다.[20][21] 이 과정에서 해저 경사면의 불안정성이 촉진되기도 했다.[22] 이 사건 이후 지중해 분지는 다시는 마르지 않았다.

4. 1. 발생 시기

빨간 실선은 현재 해안선을 나타낸다.
'''S''' 스페인 소르바스 분지
'''R''' 리페안 회랑
'''B''' 베틱 회랑
'''G''' 지브롤터 해협
'''M''' 지중해]]

고지자기 자료를 바탕으로 분석한 결과, 메시나절 퇴적물은 단층 활동에 의해 해수면 위로 올라왔으며, 염분 위기는 596 ± 0.02만 년 전 지중해 분지 전체에서 동시에 시작된 것으로 보인다. 이 사건은 미오세 시대의 '메시나절'이라고 불리는 시기의 후반부에 해당한다. 이 시기는 여러 단계의 구조 활동과 해수면 변동, 그리고 이와 관련된 침식 및 퇴적 사건들이 복합적으로 나타나는 특징을 가진다(van Dijk et al., 1998).[37]

지중해와 대서양을 연결하는 해협은 여러 차례 닫혔고, 이로 인해 지중해는 역사상 처음으로, 그리고 반복적으로 부분적인 건조 상태를 겪었다. 특히 559만 년 전에서 533만 년 전 사이의 기간 동안 분지는 대서양으로부터 완전히 격리되었다. 이는 적용된 과학적 모델에 따라 정도의 차이는 있지만, 지중해 해수면의 상당한 하강을 초래했다. 위기의 초기 단계인 매우 건조했던 시기(560만 ~ 550만 년 전)에는 광범위한 침식이 발생하여 지중해 주변에 몇몇 거대한 협곡 시스템[16][17]이 만들어졌는데, 일부는 그랜드 캐니언과 비슷한 규모였다. 이후 후기 단계(550만 ~ 533만 년 전)에는 거대한 '호수-바다' 분지("라고 마레" 사건)에서 증발암이 주기적으로 퇴적되는 순환 증발암 퇴적이 특징적으로 나타났다.

약 533만 년 전, 플리오세 시대의 시작인 잔클레절 초기에 지브롤터 해협의 장벽이 마지막으로 무너지면서 잔클레 홍수가 발생하여 지중해 분지가 다시 물에 잠겼다.[20][21] 이 과정에서 경사면의 불안정성이 촉진되기도 했다.[22] 이 홍수 이후 지중해 분지는 다시 건조되지 않았다.

19세기 스위스의 지질학자이자 고생물학자인 칼 마이어-아이마르는 석고층 사이에서 발견된 화석을 조사하여 이 지층이 미오세 말기의 것임을 밝혀내고, 시칠리아의 도시 메시나의 이름을 따 '메시나절(Messinian)'로 명명했다.[68] 이후의 연대 측정 연구에서도 지중해 전역의 암염과 석고를 포함하는 지층이 모두 같은 시기에 형성되었음이 확인되었다.

1970년에는 심해 굴착 계획(DSDP)의 탐사선글로마 챌린저호가 조사를 통해 해수 증발로 형성된 증발암과 석고를 발견함으로써, 지중해가 과거에 일시적으로 마르거나 염호를 형성했다는 가설을 뒷받침했다.[69]

4. 2. 주요 단계

미오세 지중해 서쪽 끝의 고지리 재구성. 북쪽은 왼쪽. '''S''': 소르바스 분지, '''R''': 리페안 회랑, '''B''': 베틱 회랑, '''G''': 지브롤터 해협, '''M''': 지중해


고지자기 자료에 따르면, 단층 활동으로 융기한 메시나절 퇴적물 분석 결과, 염분 위기는 596 ± 0.02만 년 전 지중해 분지 전체에서 동시에 시작되었다. 이 사건은 미오세 "메시나절" 시대의 후반부를 형성한다. 이 시기는 여러 단계의 구조 활동, 해수면 변동, 그리고 이와 연관된 침식 및 퇴적 사건들로 특징지어진다.[37]

지중해와 대서양을 연결하는 해협은 여러 차례 폐쇄되었고, 지중해는 처음으로, 그리고 반복적으로 부분적인 건조를 겪었다. 특히 559만 년 전에서 533만 년 전 사이의 기간 동안 분지는 대서양으로부터 완전히 격리되었다. 이는 적용된 과학적 모델에 따라 차이는 있지만, 지중해 해수면의 상당한 하강을 야기했다. 초기 건조 단계(560만 ~ 550만 년 전)에는 광범위한 침식 작용이 일어나 지중해 주변부에 몇몇 거대한 협곡 시스템[16][17](일부는 그랜드 캐니언과 유사한 규모)이 형성되었다. 이후 후기 단계(550만 ~ 533만 년 전)는 거대한 "호수-바다"(Lago Mare) 분지에서 주기적인 증발암 퇴적이 반복되는 특징을 보인다.

약 533만 년 전, 잔클레절(플리오세의 시작)이 시작되면서 지브롤터 해협의 장벽이 최종적으로 붕괴되었다. 이로 인해 발생한 잔클레 홍수는 지중해 분지를 급격히 다시 채웠으며,[20][21] 이는 해저 경사면의 불안정화를 촉진하기도 했다.[22] 이 사건 이후 지중해 분지는 다시 건조 상태를 겪지 않았다.

4. 3. 주기성

범례: 빨간색 실선 - 현재 해안선
'''S''' 스페인 소르바스 분지
'''R''' 리페안 회랑
'''B''' 베틱 회랑
'''G''' 지브롤터 해협
'''M''' 지중해||||왼쪽]]

고지자기 자료를 통해 분석한 메시나절 퇴적물은 단층 활동에 의해 해수면 위로 올라왔으며, 염분 위기는 596±2만 년 전 지중해 분지 전체에서 동시에 시작된 것으로 보인다. 이 사건은 미오세 시대의 "메시나절"이라 불리는 시기의 후반부에 해당한다. 이 시기는 여러 단계의 구조 활동, 해수면 변동, 그리고 이와 관련된 침식 및 퇴적 사건들로 특징지어진다.[37]

지중해와 대서양을 잇는 해협은 여러 차례 닫혔고, 이로 인해 지중해는 부분적으로 마르는 과정을 반복했다. 특히 559만 년 전에서 533만 년 전 사이의 긴 기간 동안 분지는 대서양으로부터 완전히 격리되었다. 이로 인해 지중해 해수면은 적용된 과학적 모델에 따라 크거나 작게 하강했다. 초기 건조 단계(560만~550만 년 전)에는 광범위한 침식이 일어나 지중해 주변에 몇 개의 거대한 협곡 시스템[16][17](일부는 그랜드 캐니언과 비슷한 규모)이 만들어졌다. 후기 단계(550만~533만 년 전)는 거대한 "호수-바다" 분지("라고 마레" 사건)에서 주기적인 증발암 퇴적이 특징적으로 나타난다.

약 533만 년 전, 잔클레 시대(플리오세의 시작)가 시작되면서 지브롤터 해협의 장벽이 마지막으로 무너졌고, 잔클레 홍수로 인해 지중해 분지가 다시 물로 채워졌다.[20][21] 이 과정에서 경사면 불안정화가 촉진되기도 했다.[22] 이후 분지는 다시 마르지 않았다.

메시나절 염분 위기 동안 쌓인 염분의 양은 약 4×1018 kg (400경 킬로그램)으로 추정되지만, 추가 정보에 따라 이 추정치는 50~75% 감소할 수 있다.[23] 부피로는 100만 세제곱킬로미터 이상으로 추산된다.[24] 이는 현재 지중해 해수 염분량의 50배에 달하는 엄청난 양이다. 이는 지중해가 여러 차례 완전히 말랐다가 다시 채워지는 과정을 겪었거나, 대서양에서 유입된 물이 증발하고 지중해 염수 수위가 대서양과 비슷했던 고염분 기간이 길었음을 시사한다. 지층의 특성은 지중해가 여러 번의 건조와 재충전 주기를 겪었음을 강력하게 뒷받침한다(Gargani and Rigollet, 2007[7]). 건조 기간은 더 추운 지구 기온과 관련이 있으며, 이 시기 지중해 지역은 더 건조했던 것으로 보인다. 각 재충전은 구조 활동으로 인해 해수 유입구가 열리거나, 해수면 아래로 흐르던 강이 "지중해 싱크"로 흘러 들어가면서 골짜기 머리를 서쪽으로 깎아내 바닷물이 유입되는 하천 쟁탈과 유사한 방식으로 발생했을 수 있다. 마지막 재충전은 미오세와 플리오세 경계에서 지브롤터 해협이 영구적으로 열리면서 일어났다.[21]

케네스 J. 쉬는 홀 124 코어를 자세히 조사한 결과를 바탕으로 이러한 주기적 변화를 다음과 같이 설명했다.

:각 주기의 가장 오래된 퇴적물은 깊은 바다나 거대한 기수 호수에서 퇴적되었다. 조용하거나 깊은 바닥에 쌓인 미세 퇴적물은 완벽하게 균일한 층리를 이루었다. 분지가 마르고 수심이 얕아짐에 따라 파도의 영향이 커져 층리가 더 불규칙해졌다. 스트로마톨라이트는 퇴적 지점이 조간대에 들어설 때 형성되었다. 조간대 평원은 결국 완전히 마르면서 노출되었고, 이때 사브카 환경 아래의 염수 지하수에 의해 무수석고가 침전되었다. 이후 갑자기 지브롤터 해협을 통해 해수가 쏟아져 들어오거나, 동유럽 호수에서 기수 물이 비정상적으로 유입되었을 것이다. 그러면 발레아레스 제도 심해 평원은 다시 물에 잠기게 된다. 따라서 닭 뼈 모양의 무수석고는 다음 범람으로 유입된 미세한 진흙에 의해 갑자기 묻히게 되었다.[25]

이후 연구들은 건조-홍수 주기가 미오세 후기 63만 년 동안 여러 번 반복되었을 수 있다고 제안하며[26][27], 이것이 막대한 양의 염 퇴적을 설명할 수 있다고 본다. 그러나 최근 연구에서는 반복적인 건조와 홍수가 지구역학적 관점에서 볼 때 가능성이 낮다는 반론도 제기되었다.[28][29]

5. 원인

메시나절 염분 위기의 일련의 사태에 대한 몇 가지 가능한 원인이 고려되었다. 모든 면에서 의견이 일치하지는 않지만, 가장 일반적인 합의는 기후가 주기적인 분지의 채우고 비우는 것을 강요하는 데 역할을 했으며, 대서양과 지중해 사이의 흐름을 제한하는 문턱의 높이를 제어하는 데 구조적 요인이 역할을 했을 것이라는 데에 있는 것으로 보인다.[36] 그러나 이러한 효과의 크기와 범위는 널리 해석의 여지가 있다.[37]

5. 1. 구조적 요인

메시나절 염분 위기의 일련의 사태에 대한 몇 가지 가능한 원인이 고려되었다. 모든 면에서 의견이 일치하지는 않지만, 가장 일반적인 합의는 기후가 주기적인 분지의 채우고 비우는 것을 강요하는 데 역할을 했으며, 대서양과 지중해 사이의 흐름을 제한하는 문턱의 높이를 제어하는 데 구조적 요인이 역할을 했을 것이라는 데에 있는 것으로 보인다.[36] 그러나 이러한 효과의 크기와 범위는 널리 해석의 여지가 있다.[37]

어쨌든, 지중해가 대서양으로부터 닫히고 격리된 원인은 현재 지브롤터 해협이 있는 지역, 즉 아프리카 판과 유럽 판 및 이베리아 판과 같은 남부 조각들 사이의 구조 경계 중 하나에서 찾아야 한다. 이 경계 구역은 남부 스페인과 북아프리카를 포함하는 호 모양의 구조적 특징인 지브롤터 호로 특징지어진다. 현재의 지중해 지역에는 지브롤터 호, 칼라브리아 호, 에게해 호의 세 개의 호 모양 벨트가 있다. 후기 마이오세 동안의 이 판 경계와 지브롤터 호의 운동학과 역학은 메시나절 염분 위기의 원인과 밀접하게 관련되어 있다. 단층 운동은 단층이 주향 이동 단층과 대륙 지각의 회전 블록으로 스며들면서 통로를 닫고 다시 열었을 수 있다. 아프리카가 유라시아와 수렴하면서 발생한 지역 압축을 단층이 수용함에 따라, 이 지역의 지형이 해로를 열고 닫을 정도로 변경되었을 수 있다. 그러나 이러한 움직임의 배후에 있는 정확한 구조적 활동은 여러 가지 방식으로 해석될 수 있다.[38]

어떤 모델이라도 이 지역의 다양한 특징을 설명해야 한다.

  • 단축과 확장이 동시에 근접하게 발생한다. 퇴적 시퀀스와 단층 활동과의 관계는 융기와 침강의 속도를 매우 정확하게 제한한다.
  • 단층으로 경계가 지어진 대륙 블록은 종종 회전하는 것으로 관찰될 수 있다.
  • 암권의 깊이와 구조는 지진 활동 기록과 토모그래피에 의해 제한된다.
  • 화성암의 구성이 다르며, 이는 섭입의 위치와 범위를 제한한다.


데이터에 맞을 수 있는 세 가지 경쟁적인 지구역학적 모델이 있으며, 이는 지중해의 다른 호 모양 특징에 대해서도 동등하게 논의되었다.[39]

  • 이동하는 섭입대는 주기적인 지역 융기를 일으켰을 수 있다. 화산암의 변화는 테티스 해 가장자리의 섭입대가 서쪽으로 슬래브 롤백되면서 서부 지중해 아래의 마그마의 화학과 밀도를 변화시켰을 수 있음을 시사한다.[40] 그러나 이것은 분지의 주기적인 비움과 채움을 설명하지 못한다.
  • 동일한 특징은 지역적인 박리[41] 또는 전체 암권의 층의 손실로 설명될 수 있다.[42]
  • 암권 맨틀의 "블롭" 손실과 그에 따른 상부 지각의 상승 (밀도가 높은 맨틀 "앵커"를 잃음) 또한 관찰된 현상을 일으켰을 수 있다.[43] "디블로빙" 가설의 타당성은 의문시되어 왔다.[44]


이 중, 롤백을 포함하는 첫 번째 모델만이 관찰된 회전을 설명하는 것으로 보인다. 그러나 일부 변성암의 압력 및 온도 이력을 맞추는 것은 어렵다.[45]

이것은 처음에는 기괴해 보였지만, 진실에 접근하기 위한 시도로 모델들의 흥미로운 조합으로 이어졌다.[46][47]

사건의 주기적인 성격을 설명하기 위해서는 기후 변화가 거의 확실하게 필요하다. 이들은 밀란코비치 주기의 차가운 기간 동안 발생하며, 이때 북반구에 도달하는 태양 에너지가 적었다. 이것은 북대서양의 증발을 감소시켰고, 따라서 지중해에 내리는 강우량이 감소했다. 이것은 강에서 물 공급을 차단하여 분지의 건조를 허용했을 것이다.

약 10m의 진폭을 가진 빙하정압 해수면 하강이 약 6.14 Ma에 시작되어 지중해와 대서양 사이의 연결을 조절했을 가능성이 높다. 특히 중요한 빙하정압 변동으로, 약 30m의 해수면 하강이 마이오세-플라이오세 경계인 약 5.26 Ma에 발생했다.[48]

아프리카 대륙이 북상하여 유럽 대륙과 충돌하여 지브롤터 해협이 막혔다는 설이나, 지브롤터 해협 주변의 해양 지각이 융기하여 해협이 서서히 닫혔다는 설이 있다.[70]

5. 2. 기후 변화

메시나절 염분 위기의 주기적인 성격을 설명하기 위해서는 기후 변화가 중요한 요인으로 작용했을 가능성이 크다. 이러한 사건들은 밀란코비치 주기의 상대적으로 추운 시기와 일치하는데, 이 시기에는 북반구에 도달하는 태양 에너지양이 적었다. 태양 에너지 감소는 북대서양의 증발량을 줄였고, 이는 결과적으로 지중해 지역의 강우량 감소로 이어졌다. 강우량 감소는 강을 통한 담수 유입을 줄여 지중해 분지가 건조해지는 환경을 만들었을 수 있다.

또한, 빙하정압에 따른 해수면 변동도 중요한 역할을 했을 것으로 보인다. 약 614만 년 전에는 약 10m 폭의 해수면 하강이 시작되어 지중해와 대서양 사이의 물 교환에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 특히, 마이오세와 플라이오세의 경계인 약 526만 년 전에는 약 30m에 달하는 상당한 규모의 해수면 하강이 발생했다.[48]

6. 기후와의 관계

메시나절 염분 위기 동안 지중해 심해 평원의 정확한 기후 조건은 알려지지 않았다. 현재 지구상에 유사한 환경이 없어 직접적인 비교 관찰이 불가능하기 때문이다. 따라서 일반 순환 모델과 같은 시뮬레이션을 통해 당시 기후를 추정하는 연구가 진행되고 있다.[49] 지중해가 완전히 말랐는지, 아니면 일부 염수호가 남아있었는지에 대한 논쟁이 있으며, 소금층의 특성으로 인해 정확한 건조 정도를 파악하기 어렵다. 당시 기후 변화는 분지 자체의 극한 환경 조성뿐만 아니라, 주변 지역의 지중해성 기후 분포 변화나 내륙 건조화 등 광범위한 영향을 미쳤을 것으로 추정된다. 또한, 당시 존재했던 파라테티스 해와의 상호작용 등 복합적인 요인들이 기후에 영향을 주었을 가능성이 제기된다.

6. 1. 건조 당시 기후 추정

가뭄 동안 심해 평원의 기후가 어떠했는지는 정확히 알려지지 않았다. 마른 지중해와 직접 비교할 수 있는 환경이 지구상에 없기 때문에, 비슷한 지리적 환경에 대한 직접적인 관찰을 통해 당시 기후를 파악할 수는 없다. 일반 순환 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 건조 현상에 대한 물리적으로 일관된 반응을 추정해 볼 수 있다.[49] 지중해 전체가 완전히 말랐는지에 대해서는 학계의 의견이 일치하지 않는다. 최소한 서너 개의 큰 염수호가 항상 심해 평원에 남아 있었을 가능성이 가장 높다고 여겨진다. 소금층의 강한 반사성 지진 특성과 코어 시추의 어려움 때문에 건조의 정도를 판단하고 소금층의 두께를 정확히 파악하기는 매우 어렵다.

대기 순환 연구를 통해 당시 기후를 추측해 볼 수 있다. 바람이 "지중해 싱크"를 가로질러 불면서 고도 변화에 따라 단열적으로 가열되거나 냉각되었을 것이다. 비어있는 지중해 분지에서는 여름철 온도가 매우 높았을 것으로 예상된다. 예를 들어, 1km 하강 시 약 10°C씩 온도가 상승하는 건조 단열 온도 감률을 적용하면, 해수면보다 4km 아래 지역의 최대 온도는 해수면보다 약 40°C 더 높았을 것이다. 이러한 극단적인 가정 하에서는 건조한 심해 평원의 가장 낮은 지점 온도가 최대 80°C에 가까워져, 영구적인 생명체는 살 수 없고 극한 환경 생물만이 존재했을 가능성이 있다. 또한 해수면 아래 3km에서 5km 깊이의 고도는 1.45~1.71 atm(1102~1300 mmHg)에 달하는 높은 기압을 유발하여 열 스트레스를 더욱 증가시켰을 것이다. 그러나 이러한 단순한 추정은 실제보다 과장되었을 수 있다. Murphy 연구진의 2009년 일반 순환 모델 실험 결과[49]에 따르면, 지중해가 완전히 건조되었을 경우 여름에는 최대 15°C, 겨울에는 4°C까지 온도가 상승했을 것으로 예측된다. 반면, 물 표면이 낮아진 상태였다면 온도는 여름에 약 4°C, 겨울에 약 5°C 정도만 상승했을 것으로 보인다. 또한, 이 모델 결과는 지형적 침강으로 인해 전 세계적인 정지파 반응이 일어나 북반구 주변에 최대 4°C의 온난화 및 냉각 패턴이 발생했을 가능성도 시사한다.

오늘날 지중해의 증발은 전선성 폭풍에 습기를 공급하는 중요한 역할을 하지만, 이러한 습기 공급원이 없었다면 이탈리아, 그리스, 레반트 지역과 연관된 지중해성 기후는 이베리아 반도와 서부 마그레브 지역으로 제한되었을 것이다. 지중해 중앙 및 동부 분지 전체와 그 북쪽 및 동쪽의 주변 지역 기후는 당시 해수면이 현재와 같았더라도 지금보다 더 건조했을 것으로 추정된다. 동 알프스, 발칸 반도, 헝가리 평원 역시 서풍이 우세했더라도 오늘날보다 훨씬 건조했을 것이다. 그러나 당시 지중해 분지 북쪽에는 파라테티스 해가 존재하며 물을 공급했을 가능성이 있다. 왈라키아-폰토스 분지와 헝가리 분지(판노니아 해)는 중신세 동안 물에 잠겨 있었으며, 이는 현재의 발칸 반도 및 지중해 분지 북쪽 다른 지역의 기후에 영향을 미쳤을 수 있다. 판노니아 해는 중기 홍적세까지 지중해 분지 북쪽의 중요한 물 공급원 역할을 하다가 이후 헝가리 평원이 되었다. 왈라키아-폰토스 분지(그리고 아마도 연결된 판노니아 해)의 물이 중신세 동안 적어도 동부 지중해 분지까지 흘러 들어갔는지(즉, 물을 공급했는지)에 대해서는 여전히 논쟁이 진행 중이다.

6. 2. 주변 지역 기후 영향

가뭄 동안 심해 평원의 기후는 정확히 알려져 있지 않다. 현재 지구상에는 마른 지중해와 직접 비교할 수 있는 환경이 없기 때문에, 유사한 지리적 환경에 대한 관찰을 통해 당시 기후를 추정하기 어렵다. 일반 순환 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 건조화에 따른 물리적으로 일관된 기후 반응을 예측해 볼 수 있다.[49] 지중해 전체가 완전히 말랐는지에 대해서는 학계의 의견이 일치하지 않는다. 최소 서너 개의 큰 염수호가 심해 평원에 항상 남아 있었을 가능성이 높다고 여겨진다. 소금층의 지진파 반사 특성과 코어 시추의 어려움으로 인해 건조 정도를 정확히 파악하고 소금층 두께를 측정하기는 매우 어렵다.

대기 순환 연구를 통해 당시 기후를 추측할 수 있다. 바람이 "지중해 싱크"를 통과하면서 고도 변화에 따라 단열적으로 가열되거나 냉각되었을 것으로 추정된다. 비어있는 지중해 분지에서는 여름철 온도가 매우 높았을 것으로 예상된다. 예를 들어, 건조 단열 감률(1km당 약 10°C)을 적용하면, 해수면보다 4km 아래 지역의 최대 온도는 해수면보다 약 40°C 더 높았을 것이다. 이러한 극단적인 가정 하에서는 건조한 심해 평원의 가장 낮은 지점 온도가 80°C에 육박하여, 영구적인 생명체는 살 수 없고 극한 환경 생물만 존재했을 가능성이 있다. 또한, 해수면 아래 3km~5km의 깊이는 1.45~1.71 atm(1102~1300 mmHg)의 기압이 발생하여 열 스트레스를 더욱 증가시켰을 것이다.

그러나 이러한 단순 추정은 지나치게 극단적일 수 있다. Murphy 등[49]의 2009년 일반 순환 모델 실험 결과에 따르면, 완전히 건조된 조건에서 지중해 분지는 여름에 최대 15°C, 겨울에 4°C까지 기온이 상승하는 반면, 물 표면이 낮아진 경우에는 여름에 약 4°C, 겨울에 5°C 정도만 기온이 상승했을 것으로 나타났다. 또한, 이 모델 결과는 지형적 침강이 전 지구적인 정지파 반응을 유발하여 북반구 주변 지역에 최대 4°C 규모의 온난화 및 냉각 패턴을 발생시켰음을 시사했다.

오늘날 지중해의 증발은 주변 지역에 습기를 공급하여 전선성 폭풍우 형성에 기여한다. 그러나 메시나절 염분 위기 동안 이러한 습기 공급이 중단되면서, 현재 이탈리아, 그리스, 레반트 지역에서 나타나는 지중해성 기후는 이베리아 반도와 서부 마그레브 지역으로 제한되었을 것이다. 지중해 중앙 및 동부 분지와 그 북쪽 및 동쪽 주변 지역의 기후는 당시 해수면이 현재와 같았다고 가정하더라도 지금보다 훨씬 건조했을 것이다. 동 알프스, 발칸 반도, 헝가리 평원 역시 서풍이 우세했음에도 불구하고 현재보다 훨씬 건조한 기후였을 것으로 추정된다.

한편, 파라테티스 해는 지중해 분지 북쪽에 물을 공급하는 역할을 했다. 중신세 동안 왈라키아-폰토스 분지와 헝가리 분지(판노니아 해)는 물에 잠겨 있었으며, 이는 현재의 발칸 반도 및 지중해 분지 북쪽 다른 지역의 기후에 영향을 미쳤다. 판노니아 해는 중기 홍적세까지 지중해 분지 북쪽의 물 공급원 역할을 했으며, 이후 헝가리 평원이 되었다. 왈라키아-폰토스 분지(그리고 아마도 연결되었던 판노니아 해)의 물이 중신세 동안 최소한 동부 지중해 분지까지 흘러 들어가 물을 공급했는지 여부에 대해서는 여전히 논쟁이 있다.

7. 영향

메시나절 염분 위기는 지중해 분지의 생태계와 지형에 막대한 영향을 미쳤다. 이 사건은 해양 생물의 대규모 멸종을 유발했으며[50][51][52], 육상 동물의 분포 변화와[55][56] 지중해 주변의 극적인 지형 변화를 초래했다.[60][61][62] 또한 홍해의 환경에도 영향을 미쳤을 가능성이 제기된다.[63] 이러한 영향에 대한 자세한 내용은 아래 하위 섹션에서 다룬다.

7. 1. 생물학적 영향

메시나절 염분 위기는 이 분지에 서식하던 해양 어류와 다른 해양 동물군에게 대규모 멸종을 초래했다.[50][51][52] 현재 지중해의 생물 다양성 기울기(다양성이 동쪽으로 갈수록 감소)는 이 위기 이후에 형성되었다.[53] 지중해의 육상 포유류 동물군 또한 다양성 손실을 겪었다.[54] 이베리아 반도와 북아프리카의 융합으로 인해 두 지역 간에 생물 교환이 발생했다.[55] 또한, 이 위기는 염소영양 '마이오트라구스'와 같은 여러 동물 종이 홀로세까지 5백만 년 이상 고립된 채로 생존하게 된 발레아레스 제도와 같은 외딴 육지로 육상 동물의 확산을 가능하게 했다.[56]

7. 2. 지형 변화

지중해가 완전히 말라붙었다는 가정은 여러 지형 및 환경 변화를 동반했을 것으로 추정된다.

  • 당시 지브롤터 해협은 닫혀 있었던 것으로 보이며, 대신 다른 해로들이 지중해와 대서양을 연결했을 가능성이 있다. 현재의 시에라 네바다 산맥이나 베티코 산맥 자리에 있었던 베틱 회랑, 또는 현재의 리프 산맥 자리에 있었던 리피안 회랑 등이 그 예시다. 이 해로들이 지질학적 변화로 막히면서 지중해 분지는 대양과 완전히 분리되었을 것이다.
  • 분지가 마르면서 염분 농도가 극도로 높아져, 당시 존재했던 많은 생물 종들이 생존하기 어려운 환경이 되었다. 이는 지중해 분지 내 생물 다양성을 크게 감소시키는 결과를 낳았다.[57][50]
  • 해수면보다 훨씬 낮아진 분지 바닥은 여름철에 단열 가열로 인해 매우 뜨거워졌을 것으로 보인다. 이는 35°C 이상의 고온 환경에서만 형성되는 무수석고 퇴적층의 발견으로 뒷받침된다.[58][59]
  • 지중해로 흘러드는 강들은 낮아진 해수면에 맞춰 하상을 더욱 깊게 파고들었다. 예를 들어 나일강은 현재보다 최소 2400m 더 깊은 계곡을 형성했으며, 이는 카이로 지하에 묻혀 있는 거대한 협곡의 흔적으로 확인된다.[60][61] 론강 유역에서도 유사한 깊은 침식 작용이 있었을 것으로 추정된다.[62]


한편, 메시나절 동안 홍해가 수에즈 지역을 통해 지중해와 연결되었으나 인도양과는 단절되어, 지중해와 함께 말라붙었을 것이라는 가설도 제기되었다.[63]

7. 3. 홍해의 위기

메시나절 염분 위기 동안 홍해가 수에즈를 통해 지중해와 연결되어 있었으나, 인도양과는 연결되지 않아 지중해와 함께 건조되었다는 가설이 존재한다.[63][71]

8. 재충수 (잔클레절 홍수)

지브롤터 해협이 마침내 붕괴되었을 때, 대서양은 비교적 좁은 해협을 통해 엄청난 양의 물을 쏟아부었을 것으로 추정된다. 이 유입은 오늘날의 엔젤 폭포(높이 979m)보다 높고 이과수 폭포나 나이아가라 폭포보다 훨씬 강력한 거대한 폭포를 만들어냈을 것이라는 가설이 있다. 그러나 지브롤터 해협의 지하 구조에 대한 최근 연구에 따르면, 범람 채널은 건조된 지중해로 비교적 완만하게 이어졌을 가능성도 제기된다.[21]

한편, 시칠리아 남동쪽 해저에서는 엄청난 양의 분류되지 않은 잔해가 발견되었는데, 이는 대규모의 파괴적인 홍수에 의해 운반된 것으로 보인다. 이 퇴적물은 잔클레절 홍수 당시에 쌓인 것으로 추정된다.[64]

9. 논쟁: 동시성 대 비동시성

메시나절 염분 위기 동안의 증발암 형성 가설.
*a) 비동시적 퇴적: 증발암(분홍색)은 먼저 육지쪽 분지에 퇴적되었고, 지중해(짙은 파란색)의 범위가 출입구쪽으로 줄어들면서 대서양에 더 가까워졌다. 밝은 파란색은 원래의 해수면을 나타낸다.

  • b) 주변 분지의 동시적 퇴적. 해수면이 약간 낮아지지만, 전체 분지는 여전히 대서양과 연결되어 있다. 유입 감소로 인해 얕은 분지에서만 증발암이 축적된다.
  • c) 동시적, 분지 전체 퇴적. 구조 운동에 의한 대서양 해상의 폐쇄 또는 제한(짙은 회색)으로 인해 전체 분지에서 동시에 증발암이 퇴적된다; 염분이 증발에 의해 농축되므로 분지가 완전히 비워질 필요는 없을 수 있다.]]


메시나절 염분 위기 동안 증발암이 지중해 분지 전체에서 동시에 형성되었는지, 아니면 주변 분지와 중앙 분지 사이에 시간적 차이를 두고 형성되었는지에 대한 논쟁은 위기의 진행 과정을 이해하는 데 중요한 쟁점이다. 특히, 타베르나스 사막이나 소르바스 분지와 같이 현재 육지에 노출되어 연구가 용이한 주변 분지의 증발암 기록과 심해 중앙 분지의 기록을 비교하는 것이 핵심이다.

주요 가설은 크게 두 가지 방향으로 나뉜다. 하나는 증발암이 주변의 얕은 분지에서 먼저 형성된 후 점차 중앙의 깊은 분지로 퇴적 영역이 옮겨갔다는 비동시성(diachronous) 퇴적 가설이다(그림 a).[8] 다른 하나는 지브롤터 해협의 폐쇄나 해수면 하강 등의 사건으로 인해 지중해 분지 전체 또는 얕은 분지들에서 동시에(synchronous) 증발암이 퇴적되었다는 가설이다(그림 b, c).[30] 동시성 가설 내에서도 전체 분지에서 동시에 일어났다는 주장과, 해수면이 낮아진 상태에서 얕은 분지 위주로 동시에 일어났다는 주장으로 나뉜다.

이러한 가설들을 검증하고 논쟁을 해결하기 위해, 퇴적 시기를 정밀하게 비교할 수 있는 순환층서 연구가 활발히 진행되고 있다. 석고와 같은 초기 증발암 퇴적층의 연대를 비교하여 각 분지에서의 퇴적 시점을 밝히는 것이 연구의 핵심이다. 대표적으로 스페인 남부의 소르바스 분지와 지중해 주요 분지의 퇴적 기록 비교 연구가 이루어졌으며, 그 결과 해석을 둘러싸고 여전히 논쟁이 진행 중이다.[32][33][34] 또한, 구조 운동에 의한 분지의 융기와 침강, 침식 사건 등 지구역학적 요인들이 증발암 형성에 미친 복합적인 영향에 대한 고려도 필요하다.[31][1]

9. 1. 심해 대 천해 증발암

a) 비동시적 퇴적: 증발암(분홍색)은 먼저 육지쪽 분지에 퇴적되었고, 지중해(짙은 파란색)의 범위가 출입구쪽으로 줄어들면서 대서양에 더 가까워졌다. 밝은 파란색은 원래의 해수면을 나타낸다.

b) 주변 분지의 동시적 퇴적: 해수면이 약간 낮아지지만, 전체 분지는 여전히 대서양과 연결되어 있다. 유입 감소로 인해 얕은 분지에서만 증발암이 축적된다.

c) 동시적, 분지 전체 퇴적: 구조 운동에 의한 대서양 해상의 폐쇄 또는 제한(짙은 회색)으로 인해 전체 분지에서 동시에 증발암이 퇴적된다. 염분이 증발에 의해 농축되므로 분지가 완전히 비워질 필요는 없을 수 있다.]]

중앙 지중해 분지에서 위기가 시작된 것과 관련하여 몇 가지 주요 질문이 남아 있다. 타베르나스 사막과 소르바스 분지처럼 현장 연구가 가능한 주변 분지에서 확인된 증발암 계열과 중앙 분지의 증발암 계열 사이의 기하학적, 물리적 연결은 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

메시나절 동안 얕은 분지와 깊은 분지 모두에서 퇴적이 이루어졌다는 가정 하에(즉, 이 기간 동안 두 유형의 분지가 모두 존재했다고 가정), 두 가지 주요 학설 그룹이 나타난다. 첫 번째 그룹은 주요 침식 단계 이전에 모든 분지에서 첫 번째 증발암이 동시에 퇴적되었다고 본다(그림 c).[30] 두 번째 그룹은 증발암이 비동시적으로 퇴적되었다고 보는데, 여러 건조 단계를 거치며 주변 분지에 먼저 영향을 미치고 나중에 중앙 분지에 영향을 미쳤다는 것이다(그림 a).[8]

또 다른 학설은 건조가 동시에 발생했지만 주로 얕은 분지에서 일어났다고 주장한다. 이 모델에 따르면, 전체 지중해 분지의 해수면이 한 번에 낮아졌지만, 얕은 분지만이 소금층을 퇴적할 만큼 충분히 건조되었다는 것이다 (그림 b 참조).

판 데이크(van Dijk) (1992)[31]와 판 데이크 외(van Dijk et al.) (1998)[1]의 연구에서 강조되었듯이, 건조와 침식의 역사는 구조 운동에 의한 융기와 침강 현상, 침식 사건들과 복잡하게 얽혀 있다. 그들은 또한 현재 "깊은" 것으로 관찰되는 분지가 실제로 메시나절 동안에도 깊었는지에 대해 다시 의문을 제기하며, 위에 설명된 최종 시나리오에 다른 이름을 부여했다.

이러한 가설들을 구별하기 위해서는 석고 퇴적물의 연대 측정이 필요하다. 석고는 건조되는 분지에서 가장 먼저 퇴적되는 소금(황산칼슘)이다. 자력층서는 시기에 대한 대략적인 정보를 제공하지만 세부적인 정보는 부족하다. 따라서 퇴적물의 연대를 비교하기 위해 순환층서 연구에 의존한다.

전형적인 사례 연구에서는 지중해 주요 분지의 석고 증발암과 현재 남부 스페인에 노출된 지중해 해안의 작은 분지인 소르바스 분지의 석고 증발암을 비교한다. 이 두 분지의 관계는 더 넓은 지역의 관계를 대표하는 것으로 가정된다.

최근 연구에서는 순환층서를 이용하여 마르층을 비교 분석한 결과, 석고가 두 분지에서 정확히 동시에 나타나는 것으로 보인다고 보고했다.[32]

이 가설의 지지자들은 지층 구성의 주기적인 변화가 천문학적 요인에 의해 조절되었으며, 지층의 크기를 보정하여 동시대성을 입증할 수 있다고 주장한다. 이는 강력한 주장으로, 이를 반박하려면 이러한 주기적 띠를 만드는 다른 메커니즘을 제안하거나, 석고가 퇴적되기 전에 우연히 모든 곳에서 정확히 같은 양의 퇴적물이 침식으로 제거되었다고 가정해야 한다. 지지자들은 석고가 상관된 마르층 바로 위에 퇴적되었고, 그 안으로 파고들어 불일치 접촉면을 형성한다고 주장한다.[32] 그러나 반대론자들은 이 명백한 불일치를 근거로, 소르바스 분지가 노출되어 침식되는 동안 지중해는 증발암을 퇴적하고 있었다고 주장한다. 이 경우 소르바스 분지는 550만 년 전(Ma)에 증발암으로 채워졌고, 주요 분지는 596만 년 전에 채워졌을 것이라는 결론에 이른다.[33][34]

최근 연구에서는 주요 침식 위기(메시니안 침식 위기라고도 하며, 판 데이크(1992)의 "Mes-1" 불일치 경계 퇴적 시퀀스의 종결에 해당)[31]에 해당하는 사전 증발 단계를 강조했는데, 이는 지중해 해수의 주요 감소와 일치한다.[35]

이 주요 감소가 주요 메시나절 해수면 하강에 해당한다고 가정하면, 중앙 분지 증발암이 퇴적되기 전에 지중해의 수심이 상당히 감소했다는 결론을 내릴 수 있다. 이러한 연구 결과에 비추어 볼 때, 심해에서 증발암이 형성되었을 가능성은 낮아 보인다. 중앙 분지 증발암이 높은 수심에서 부분적으로 퇴적되었고 주요 침식 단계 이전에 퇴적되었다는 가정은, 분지 내 증발암 위에 주요 쇄설성 퇴적 사건의 관찰을 필요로 한다. 그러나 이러한 퇴적 기하학은 실제 데이터에서 관찰되지 않았다. 이 이론은 판 데이크 외[1]가 논의한 최종 시나리오 중 하나에 해당한다.

9. 2. 순환층서 연구



중앙 지중해 분지에서 메시나절 염분 위기가 시작된 시점과 관련하여 여러 가설이 존재한다. 특히, 타베르나스 사막이나 소르바스 분지와 같이 현재 육상에 노출되어 연구가 용이한 주변 분지의 증발암과 중앙 분지의 증발암 형성이 동시적이었는지, 혹은 시간차를 두고 발생했는지에 대한 논쟁이 있다.[30][8]

이러한 가설들을 검증하기 위해서는 건조 분지에서 가장 먼저 퇴적되는 염분인 석고 퇴적물의 정확한 연대 측정이 중요하다. 자력층서 연구는 시기에 대한 개괄적인 정보만 제공하므로, 퇴적물의 연대를 정밀하게 비교하고 대비하기 위해 순환층서 연구 방법이 주로 사용된다.

대표적인 순환층서 연구 사례는 지중해 주요 분지의 석고 증발암과 스페인 남부에 위치한 소르바스 분지의 석고 증발암을 비교하는 것이다. 이 두 분지의 관계는 당시 지중해 전역의 상황을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하는 것으로 여겨진다.

최근의 순환층서 연구 결과에 따르면, 두 분지에서 석고 퇴적 직전에 쌓인 마르층이 정확히 같은 시기에 형성된 것으로 나타났다.[32] 이 연구를 지지하는 학자들은 퇴적층에서 관찰되는 주기적인 변화가 지구의 공전 궤도 변화와 같은 천문학적 요인에 의해 발생했으며, 이러한 주기를 분석하여 퇴적 시기가 동일함을 입증할 수 있다고 주장한다. 즉, 석고는 서로 다른 분지에서 동일한 시기에 퇴적된 마르층 바로 위에 쌓였다는 것이다.[32]

하지만 이에 대한 반론도 존재한다. 반대 측 학자들은 두 분지 경계에서 관찰되는 뚜렷한 부정합을 근거로 다른 해석을 제시한다. 이들은 지중해 중앙 분지에서 증발암이 퇴적되는 동안, 소르바스 분지는 해수면 위로 노출되어 침식 작용을 겪었다고 주장한다. 이 시나리오에 따르면, 소르바스 분지의 증발암은 약 550만 년 전에, 중앙 분지의 증발암은 그보다 이른 596만 년 전에 형성되어, 두 지역의 증발암 퇴적은 동시적이 아니었다는 결론에 이른다.[33][34]

한편, van Dijk (1992)[31]와 van Dijk 등 (1998)[1]의 연구는 메시나절 동안의 건조, 침식, 퇴적 과정이 지각 변동에 의한 융기 및 침강 현상과 복잡하게 얽혀 진행되었음을 강조했다. 또한 이들은 현재 깊은 분지로 관찰되는 지역이 메시나절 당시에도 실제로 깊었는지에 대해 의문을 제기하며 기존 가설에 대한 재검토를 요구했다.

최근의 다른 연구들은 주요 침식 위기(van Dijk, 1992[31]의 "Mes-1" 부정합 경계 퇴적 시퀀스 종결; 메시니안 침식 위기라고도 불림)에 해당하는 증발암 퇴적 이전 단계를 강조하며, 이 시기에 지중해 해수면이 크게 하강했음을 시사한다.[35] 만약 이 해수면 하강이 메시나절의 주요 해수면 하강 사건이라면, 중앙 분지에 증발암이 쌓이기 이전에 이미 수심이 상당히 얕아졌다는 결론을 내릴 수 있다. 이는 깊은 수심에서 증발암이 형성되었을 가능성을 낮게 보며, 증발암 퇴적 이후 주요 쇄설성 퇴적물이 관찰되지 않는다는 점도 이 해석을 뒷받침한다.[1]

9. 3. 지구역학적 관점



중앙 지중해 분지에서 위기가 시작된 과정과 관련하여 몇 가지 주요한 의문점이 남아 있다. 예를 들어, 타베르나스 사막이나 소르바스 분지처럼 현장 연구가 가능한 주변 분지에서 확인된 증발암 순서와 중앙 분지의 증발암 순서 사이의 기하학적, 물리적 연결은 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

메시나절 동안 얕은 분지와 깊은 분지 모두에서 퇴적이 이루어졌다는 가정 하에(즉, 두 유형의 분지가 모두 존재했다고 보고), 크게 두 가지 학설 그룹이 있다. 한 그룹은 주요 침식 단계 이전에 모든 분지에서 첫 번째 증발암이 동시에 퇴적되었다고 본다(그림 c 참고).[30] 다른 그룹은 증발암이 여러 건조 단계를 거치며 비동시적으로 퇴적되었으며, 처음에는 주변 분지에 영향을 미치고 나중에 중앙 분지에 영향을 미쳤다고 주장한다(그림 a 참고).[8]

또 다른 학설은 건조는 동시에 일어났지만, 주로 얕은 분지에서 증발암이 형성되었다고 본다. 이 모델에 따르면, 전체 지중해 분지의 해수면이 동시에 낮아졌지만, 얕은 분지만이 소금층을 퇴적시킬 만큼 충분히 건조해졌다는 것이다(그림 b 참고).

van Dijk (1992)[31]와 van Dijk 등 (1998)[1]의 연구에서 강조되었듯이, 건조와 침식의 역사는 구조 운동에 의한 융기와 침강 현상, 그리고 침식 사건들과 복잡하게 얽혀 있다. 그들은 또한 현재 '깊은' 분지로 관찰되는 곳이 메시나절 당시에도 실제로 깊었는지에 대해 의문을 제기하며, 위에서 설명한 최종 시나리오들에 다른 명칭을 부여하기도 했다.

이러한 가설들을 구분하기 위해서는 석고 퇴적물의 연대 측정이 필수적이다. 석고는 건조되는 분지에서 가장 먼저 퇴적되는 소금(황산 칼슘)이다. 자력층서 연구는 시기에 대한 대략적인 정보는 제공하지만 세부적인 내용은 알기 어렵다. 따라서 퇴적물의 정확한 연대를 비교하기 위해 순환층서 연구에 의존한다.

대표적인 사례 연구로 지중해 주요 분지의 석고 증발암과 현재 남부 스페인 해안에 노출된 작은 분지인 소르바스 분지의 석고 증발암을 비교한다. 이 두 분지의 관계가 더 넓은 지역의 관계를 대표한다고 가정한다.

최근 연구에서는 순환층서를 이용하여 마르(marl) 층을 비교 분석한 결과, 두 분지에서 석고가 정확히 동시에 나타나는 것으로 보인다고 보고했다.[32]

이 가설의 지지자들은 퇴적층 구성의 주기적인 변화가 천문학적 요인에 의해 조절되었으며, 층의 두께 등을 보정하면 동시대성을 입증할 수 있다고 주장한다. 이는 강력한 주장이지만, 반박하기 위해서는 이러한 주기적 띠를 만드는 다른 메커니즘을 제시하거나, 석고가 퇴적되기 전에 모든 곳에서 우연히 정확히 같은 양의 퇴적물이 침식으로 제거되었다고 가정해야 한다. 지지자들은 석고가 연대가 비교된 마르층 바로 위에 퇴적되었으며, 이는 부정합 접촉면을 나타낸다고 주장한다.[32] 그러나 반대자들은 바로 이 명백한 부정합을 근거로, 소르바스 분지가 노출되어 침식되는 동안 지중해 본 분지에서는 증발암이 퇴적되고 있었다고 주장한다. 이 경우, 소르바스 분지는 약 550만 년 전(Ma)에 증발암으로 채워졌고, 주요 분지는 약 596만 년 전에 채워졌을 것이라고 본다.[33][34]

최근 연구들은 주요 침식 위기(van Dijk, 1992의 "Mes-1" 부정합 경계 퇴적 시퀀스 종료 시점; "메시니안 침식 위기"라고도 함)[31]에 해당하는 증발암 퇴적 이전 단계를 강조하며, 이것이 지중해 해수면의 주요 하강에 해당한다고 본다.[35]

만약 이 주요 해수면 하강이 메시나절의 주요 하강과 일치한다면, 중앙 분지의 증발암이 쌓이기 전에 지중해의 수심이 상당히 감소했다는 결론에 이른다. 이러한 연구 결과에 비추어 볼 때, 심해에서 증발암이 형성되었을 가능성은 낮아 보인다. 만약 중앙 분지 증발암이 깊은 수심에서 부분적으로 퇴적되었고 주요 침식 단계 이전에 퇴적되었다면, 분지 내 증발암 위에 주요 쇄설성 퇴적 사건의 증거가 관찰되어야 한다. 그러나 실제 데이터에서는 이러한 퇴적 구조가 관찰되지 않는다. 이 이론은 van Dijk 등[1]이 논의한 최종 시나리오 중 하나와 일치한다.

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