Les masses dʼaigua més profundes de la Mediterrània poden travessar lʼestret de Sicília?

La recerca, liderada per Leopoldo Pena i Isabel Cacho, investigadors de la Facultat de Ciències de la Terra i del Grup de Recerca Consolidat de Geociències Marines de la UB, perfila un mapa hidrodinàmic desconegut fins ara entre les conques oriental i occidental de la Mediterrània. També són coautors del treball Ester Garcia Solsona, Eduardo Paredes i Jose Pérez Asensio (GRC Geociències Marines UB); Lucía Quirós Collazos (ICM-CSIC) i Frabrizio Lirer (ISMAR-CNR, Itàlia).

Amb un plantejament innovador, aquest treball obre noves perspectives sobre els processos oceanogràfics a la Mediterrània mitjançant lʼaplicació pionera dels isòtops radiogènics de neodimi (Nd) i de les terres rares com a traçadors geoquímics per estudiar aquesta complexa regió marina. Aquesta metodologia sʼha aplicat gràcies a una doble infraestructura de suport a la recerca de la Universitat de Barcelona: el nou Laboratori dʼIsòtops Radiogènics i Ambientals (LIRA) i lʼespectròmetre de masses multicol·lector PANTHALASSA.

Aquests equipaments, únics a lʼEstat, són idonis per determinar isòtops radiogènics i ambientals a nivell traça. Sota la coordinació científica dʼIsabel Cacho i de Leopoldo Pena, els equipaments es van inaugurar el 2019 en espais de la Facultat de Ciències de la Terra i dels Centres Científics i Tecnològics de la UB (CCiTUB), respectivament.

Una frontera submarina entre les conques mediterrànies

El Mediterrani és un mar semitancat que es comunica amb lʼAtlàntic per lʼestret de Gibraltar. Envoltat per grans masses continentals, està dividit en dues conques de dimensions similars: lʼoriental i lʼoccidental. Les masses dʼaigua dʼaquestes conques, que es connecten per lʼestret de Sicília, tenen propietats diferents pel que fa a salinitat, densitat, composició isotòpica, topografia, etc.

Lʼefecte del clima particularment àrid del Mediterrani determina la formació dʼaigües profundes en algunes zones dʼaquesta regió marina (per exemple, al golf del Lleó o al sud del mar Adriàtic). Aquest procés oceanogràfic només es dona en algunes regions del planeta —Atlàntic nord o al voltant del continent antàrtic— en condicions atmosfèriques i oceanogràfiques ben diferents, i es considera que és el motor de la circulació oceànica global a tot el planeta.

«Lʼestret de Sicília té només 316 metres de fondària màxima i la conca mediterrània oriental arriba més enllà dels 5.000 metres. Un dels processos que sempre han fascinat en el món de la recerca oceanogràfica és aquest intercanvi de masses dʼaigua entre la conca oriental i occidental a través dʼaquest estret submarí», apunta Isabel Cacho, que és catedràtica del Departament de Dinàmica de la Terra i de lʼOceà de la UB.

«Segons la hipòtesi clàssica —continua—, lʼestret era una barrera física per a la sortida de les aigües més profundes de la Mediterrània oriental cap a lʼoccidental. És a dir, es pensava que aquest procés oceanogràfic estava dominat per les aigües intermèdies».

Isòtops radiogènics i terres rares: una nova perspectiva en oceanografia

El nou estudi oceanogràfic fa ús de les terres rares i els isòtops del neodimi —un element químic del grup dels lantànids— com a traçadors oceanogràfics conservatius a la regió de la Mediterrània. Amb aquesta metodologia, els experts han reconstruït lʼestructura oceanogràfica de les conques mediterrànies a partir de mostres dʼaigües recollides a bord del vaixell oceanogràfic Minerva Uno, del Consell Nacional de la Recerca (CNR, Itàlia). Les mostres es van obtenir el juny del 2016 durant la campanya oceanogràfica del projecte italià NextData —amb participació de la UB— a la zona central de la Mediterrània.

«Aquestes noves eines geoquímiques permeten discriminar entre les masses dʼaigua formades al Mediterrani oriental —més càlides i salines— i les de lʼoccidental. Les aigües de la conca oriental presenten concentracions més elevades de terres rares i una composició isotòpica de Nd més radiogènica que la conca occidental», subratlla Isabel Cacho, distingida lʼany 2015 amb una Consolidator Grant del Consell Europeu de Recerca (ERC) que li ha permès impulsar les noves recerques oceanogràfiques.

Les conclusions apunten que la contribució de les aigües profundes del Mediterrani oriental a lʼoccidental pot arribar a prop del 70 % de les aigües profundes de la mar Tirrena. Aquesta proporció —que oscil·la entre el 30 i el 70 % a la part més oriental del Tirrè— és significativament més elevada que els valors calculats amb paràmetres oceanogràfics clàssics (temperatura, salinitat, etc.) en estudis previs.

LIRA-PANTHALASSA: suport a la recerca multidisciplinària

Disposar dʼespectròmetres de masses multicol·lectors (MC-ICP-MS) per a les anàlisis precises dʼisòtops radiogènics de Nd —present al mar en molt baixes concentracions— és imprescindible per desenvolupar estudis oceanogràfics amb aquesta nova perspectiva metodològica.

Lʼespectròmetre PANTHALASSA —instal·lat als CCiTUB i a disposició dels seus usuaris— permet determinar les relacions isotòpiques de la majoria dels elements de la taula periòdica amb una alta sensibilitat (entre 10 i 100 parts per milió). «Aquestes eines ens permeten desenvolupar una ciència capdavantera per estudiar lʼoceà actual —tal com sʼha fet en aquest treball—, però també ajuden a conèixer les condicions dels oceans en el passat durant els diferents canvis climàtics. Per això, obren noves oportunitats per entendre millor la relació entre clima i oceà», detalla el professor Leopoldo Pena, que forma part del GRC Geociències Marines UB, dirigit pel catedràtic Miquel Canals.

«A més, a banda de lʼenorme potencial dʼaplicació en disciplines relacionades amb les ciències de la terra (lʼoceanografia, la paleoceanografia, la geocronologia, la petrologia, la hidrologia, etc.), molts altres àmbits del coneixement relacionats amb estudis ambientals, arqueològics, alimentaris i de salut poden beneficiar-se de l'aplicació d'aquestes tècniques analítiques capdavanteres». 

Article de referència:

Garcia-Solsona, E.; Pena, L. D.; Paredes, E.; Pérez-Asensio, J. N.; Quirós-Collazos, L.; Lirer, F.; Cacho, I. «Rare earth elements and Nd isotopes as tracers of modern ocean circulation in the central Mediterranean sea». Progress in Oceanography, juny de 2020. Doi:/10.1016/j.pocean.2020.102340