Войти
Красные кружки показывают расположение и размер многих мертвых зон.. Черными точками показаны мертвые зоны океана неизвестного размера.. Размер и количество морских мертвых зон - областей, где глубоководная вода настолько бедна растворенным кислородом, что морские существа не могут выжить - резко выросли за последние полвека. - Земная обсерватория НАСА 
Этот мировой взгляд на океанические течения демонстрирует взаимозависимость транснациональных регионов от циркулирующих течений. океанические бескислородные явления или бескислородные явления (аноксия условия) были промежутками в прошлом Земли, когда части океанов обеднялись кислородом (O 2) на больших географических территориях. Во время некоторых из этих событий euxinia, воды, содержащие сероводород, H. 2S, развивались. Хотя аноксические явления не происходили миллионы лет, геологические данные показывают, что они происходили много раз в прошлом. события совпали с несколькими массовыми вымираниями и, возможно, способствовали им. Эти массовые вымирания включают некоторые, которые геобиологи используют в качестве временных маркеров в биостратиграфии Многие геологи считают, что явления бескислородного воздействия в океане тесно связаны с замедлением циркуляции океана, потеплением климата и повышением уровня гр. газы бытовые. Исследователи предложили усиленный вулканизм (выброс CO 2) в качестве «центрального внешнего триггера для эвксинии».
Концепция океанического аноксического явления (OAE) был впервые предложен в 1976 году Сеймуром Шлангером (1927–1990) и геологом Хью Дженкинсом и явился результатом открытий, сделанных в рамках проекта Deep Sea Drilling Project (DSDP) в Тихом океане. Это была находка богатых углеродом сланцев в меловых отложениях, накопившихся на подводных вулканических плато (Шацкий подъем, плато Манихики ), в сочетании с тем фактом, что что они были идентичны по возрасту с аналогичными отложениями, образованными керном в Атлантическом океане и известными по обнажениям в Европе, особенно в геологической летописи цепи Апеннин в Италии, где в остальном преобладает известняк, что привело к осознанию того, что эти Широко распространенные аналогичные пласты зафиксировали крайне необычные обедненные кислородом условия в Мировом океане в течение нескольких дискретных периодов геологического времени.
Седиментологические исследования этих богатых органическими веществами отложений, которые, как правило, продолжаются по сей день. выявляют наличие тонких пластин, не нарушенных донной фауной, что указывает на бескислородные условия на морском дне, которые, как полагают, совпадают с расположенным ниже ядовитым слоем сероводорода. Более того, подробные органические геохимические исследования недавно выявили присутствие молекул (так называемых биомаркеров), которые происходят от пурпурных серных бактерий и зеленых серных бактерий : организмов которые требовали как света, так и свободного сероводорода (H 2S), что свидетельствует о том, что бескислородные условия распространяются высоко в освещенную верхнюю толщу воды.
В настоящее время на Земле есть несколько мест, которые проявляют черты бескислородной события локального масштаба, такие как цветение водорослей / бактерий и локализованные «мертвые зоны». Мертвые зоны существуют у восточного побережья США в Чесапикском заливе в Скандинавском проливе Каттегат, Черное море (которое, однако, могло быть бескислородным на самых глубоких уровнях на протяжении тысячелетий), в северной Адриатике, а также в мертвой зоне у побережья Луизианы. Нынешний всплеск медуз во всем мире иногда рассматривается как первая волна аноксии. Морские мертвые зоны появились в прибрежных водах Южной Америки, Китая, Японии и Новой Зеландии. Исследование 2008 года насчитало 405 мертвых зон во всем мире.
Это недавнее понимание. Эта картина складывалась по кусочкам только за последние три десятилетия. Горстка известных и предполагаемых аноксических явлений геологически связана с крупномасштабной добычей мировых запасов нефти во всемирных полосах черных сланцев в геологической летописи. Точно так же высокие относительные температуры, которые, как считается, связаны с так называемыми "".
океанические бескислородные явления с эвксинными (т.е. сульфидными) условиями были связаны с экстремальными эпизодами вулканических явлений. дегазация. Таким образом, вулканизм способствовал накоплению CO 2 в атмосфере, повышению глобальной температуры, вызывая ускоренный гидрологический цикл, который внес питательные вещества в океаны, чтобы стимулировать продуктивность планктона. Эти процессы потенциально послужили спусковым крючком для эвксинии в ограниченных бассейнах, где могла развиться стратификация водной толщи. В бескислородных или эвксиновых условиях океанический фосфат не удерживается в отложениях и, следовательно, может быть высвобожден и переработан, что способствует поддержанию высокой производительности.
| Внешний вид | |
|---|---|
 nature.com Блок-схема |
Обычно считается, что температура в юрском и меловом периодах была относительно высокой, и, следовательно, уровень растворенного кислорода в океане был ниже, чем сегодня, что облегчало получение аноксии.. Однако для объяснения короткопериодических (менее миллиона лет) океанических аноксических явлений требуются более конкретные условия. Две гипотезы и их вариации оказались наиболее устойчивыми.
Одна гипотеза предполагает, что аномальное накопление органического вещества связано с его повышенной сохранностью в ограниченных и плохо насыщенных кислородом условиях, которые сами по себе были функцией конкретной геометрии океанического бассейна: такая гипотеза, хотя и легко применима к молодая и относительно узкая Атлантика мелового периода (которую можно сравнить с крупномасштабным Черным морем, только плохо связанным с Мировым океаном), не может объяснить появление ровных черных сланцев на плато Тихого океана в открытом океане и шельфовых морях по всему миру.. Есть предположения, опять же из Атлантики, что причиной этого сдвига в океанической циркуляции были теплые соленые воды в низких широтах, которые стали гиперсолеными и опустились, образуя промежуточный слой на глубине от 500 до 1000 м (от 1640 до 3281 футов) с температура от 20 ° C (68 ° F) до 25 ° C (77 ° F).
Вторая гипотеза предполагает, что океанические бескислородные явления регистрируют значительное изменение плодородия океанов, которое привело к увеличению в планктоне с органическими стенками (включая бактерии) за счет известкового планктона, такого как кокколиты и фораминиферы. Такой ускоренный поток органического вещества расширил бы и усилил зону минимума кислорода , дополнительно увеличивая количество органического углерода, входящего в состав осадочных отложений. По сути, этот механизм предполагает значительное увеличение доступности растворенных питательных веществ, таких как нитраты, фосфаты и, возможно, железо, для популяции фитопланктона, живущей в освещенных слоях океанов.
Для того, чтобы такое увеличение произошло, потребовался бы ускоренный приток питательных веществ наземного происхождения в сочетании с сильным апвеллингом, что потребовало бы серьезных изменений климата в глобальном масштабе. Геохимические данные по соотношению кислород- изотоп в карбонатных отложениях и окаменелостях и соотношению магний / кальций в окаменелостях показывают, что все основные океанические аноксические явления были связаны с термальными максимумами, что делает вероятным глобальную скорость выветривания и биогенные вещества поток в океаны, был увеличен в течение этих интервалов. В самом деле, пониженная растворимость кислорода приведет к высвобождению фосфатов, питая океан и обеспечивая высокую продуктивность, отсюда и высокую потребность в кислороде - поддерживая событие за счет положительной обратной связи.
Вот еще один взгляд на океан. аноксические события. Предположим, что Земля выделяет огромный объем углекислого газа в период интенсивного вулканизма; повышение глобальной температуры из-за парникового эффекта ; глобальные темпы выветривания и увеличение речного потока питательных веществ; увеличивается органическая продуктивность океанов; органическое - углеродное захоронение в океанах увеличивается (начинается OAE); углекислый газ поглощается как за счет захоронения органических веществ, так и за счет выветривания силикатных пород (обратный парниковый эффект); глобальные температуры падают, и система океан – атмосфера возвращается к равновесию (OAE заканчивается).
Таким образом, океаническое аноксическое событие можно рассматривать как реакцию Земли на выброс избытка углекислого газа в атмосферу и гидросферу. Одна из проверок этого понятия - посмотреть на возраст крупных вулканических провинций (LIP), экструзия которых предположительно сопровождалась бы быстрым излиянием огромных количеств вулканогенных газов, таких как углекислый газ. Любопытно, что возраст трех LIP (базальт Карру-Феррар, большая вулканическая провинция Карибского моря, плато Онтонг-Ява ) удивительно хорошо коррелирует с возрастом основного юрское (начало тоар ) и меловое (начало апт и сеноман-турон ) океанические аноксические явления, указывающие на возможную причинную связь.
Кислородные явления в океане чаще всего происходили в периоды очень теплого климата, характеризующегося высокими уровнями двуокиси углерода (CO 2) и среднюю температуру поверхности, вероятно, превышающую 25 ° C (77 ° F). Для сравнения уровни четвертичного, текущий период, всего 13 ° C (55 ° F). Такое повышение содержания углекислого газа могло произойти в результате сильной дегазации легковоспламеняющегося природного газа (метана), который некоторые называют «океанической отрыжкой». Огромные количества метана обычно заблокированы в земной коре на континентальных плато в одном из многих месторождений, состоящих из соединений гидрата метана, твердой осажденной комбинации метана и воды, очень похожей на лед. Поскольку гидраты метана нестабильны, за исключением низких температур и высоких (глубоких) давлений, ученые наблюдали меньшую «отрыжку» из-за тектонических событий. Исследования показывают, что огромный выброс природного газа может быть основным климатологическим триггером, поскольку сам метан является парниковым газом, во много раз более мощным, чем углекислый газ. Однако аноксия была распространена и во время хирнантского ледникового периода (поздний ордовик).
океанические аноксические явления были признаны в основном из уже теплого мелового и юрского периодов, когда были задокументированы многочисленные примеры, но более ранние примеры предположительно произошли в конце триаса, перми, девона (событие Келлвассера ), ордовика и кембрийский.
палеоцен-эоценовый термальный максимум (ПЭТМ), который характеризовался глобальным повышением температуры и отложением богатых органическими веществами сланцев в некоторых шельфовых морях, имеет много общего с океаническими аноксические события.
Обычно океанические аноксические явления продолжались менее миллиона лет до полного восстановления.
События аноксии в океане имели много важных последствий. Считается, что они ответственны за массовые исчезновения морских организмов как в палеозое, так и в мезозое. Ранние тоарские и сеномано-туронские аноксические события коррелируют с тоарскими и сеномано-туронскими событиями вымирания в основном морских форм жизни. Помимо возможных атмосферных воздействий, многие морские организмы, обитающие на более глубокой глубине, не могли приспособиться к океану, где кислород проникал только в поверхностные слои.
Экономически значимым последствием аноксических явлений в океане является тот факт, что преобладающие условия во многих мезозойских океанах помогли добыть большую часть мировых запасов нефти и природного газа. Во время аноксии в океане накопление и сохранение органического вещества было намного больше, чем обычно, что позволило образовать потенциальные нефтесодержащие материнские породы во многих средах по всему миру. Следовательно, около 70 процентов нефтематеринских пород имеют мезозойский возраст, а еще 15 процентов относятся к теплому палеогену: лишь изредка в более холодные периоды были условия, благоприятные для производства нефтематеринских пород в каком-либо ином масштабе, кроме местного.
Модель, предложенная Ли Кампом, Александром Павловым и Майклом Артуром в 2005 году, предполагает, что бескислородные явления в океане могли характеризоваться подъемом воды, богатой высокотоксичным газообразным сероводородом, который затем был выпущен в атмосферу. Это явление, вероятно, отравило растения и животных и вызвало массовые вымирания. Кроме того, было высказано предположение, что сероводород поднялся в верхние слои атмосферы и атаковал озоновый слой, который обычно блокирует смертоносное ультрафиолетовое излучение Солнца. Повышенное УФ-излучение, вызванное этим истощением озонового слоя, усилило бы разрушение растений и животных. Ископаемые споры из слоев, в которых зафиксировано событие пермско-триасового вымирания, демонстрируют деформации, соответствующие УФ-излучению. Это свидетельство в сочетании с ископаемыми биомаркерами зеленых серных бактерий указывает на то, что этот процесс мог сыграть роль в этом массовом вымирании и, возможно, в других событиях вымирания.. Причиной этих массовых вымираний является потепление океана, вызванное повышением уровня углекислого газа примерно до 1000 частей на миллион.
Ожидается, что снижение уровня кислорода приведет к приводят к увеличению концентрации в морской воде металлов, чувствительных к окислительно-восстановительному потенциалу. Восстановительное растворение оксигидроксидов железа - марганца в донных отложениях в условиях низкого содержания кислорода приведет к высвобождению этих металлов и связанных с ними следов металлов. При восстановлении сульфатов в таких отложениях могут выделяться другие металлы, такие как барий. Когда богатая тяжелыми металлами бескислородная глубоководная вода проникла на континентальные шельфы и встретила повышенные уровни O 2, произошло бы выпадение некоторых металлов в осадок, а также отравление местной биоты. В позднесилурийском среднем событии Придоли наблюдается увеличение уровней Fe, Cu, As, Al, Pb, Ba, Mo и Mn в мелководных отложениях и микропланктоне; это связано с заметным увеличением скорости пороков развития у хитинозоев и других типов микропланктона, вероятно, из-за токсичности металлов. Об аналогичном обогащении металлов сообщалось в отложениях среднего силура Иревикенское событие.
Сульфидные (или эвксиновые) условия, которые существуют сегодня в многие водоемы от прудов до различных окруженных сушей, таких как Черное море, были особенно распространены в меловой Атлантике, но также характеризовались другие части мирового океана. В свободном ото льда море этих предполагаемых суперпарниковых миров океанские воды в некоторые эпохи были на 200 метров выше. Считается, что в течение рассматриваемого промежутка времени континентальные плиты были хорошо разделены, а горы, которые мы знаем сегодня, были (в основном) будущими тектоническими событиями - Это означает, что общие ландшафты в целом были намного ниже - и даже полупарниковый климат был бы эпохой сильно ускоренной водной эрозии, несущей огромное количество питательных веществ в Мировой океан, подпитывая общую взрывоопасную популяцию микроорганизмов и их хищных видов в насыщенных кислородом верхних слоях. слои.
Детальные стратиграфические исследования черных сланцев мелового периода из многих частей мира показали, что два океанических аноксических явления (ОАЭ) были особенно значительными с точки зрения их воздействия на химический состав океанов, одно из которых произошло в начале Апт (~ 120 млн лет назад), иногда называемый (или OAE 1a) в честь итальянского геолога Раймондо Селли (1916–1983), а другой в сеномане - туроне граница (~ 93 млн лет), иногда называемая Событием Бонарелли (или OAE 2) в честь итальянского геолога Гвидо Бонарелли (1871–1951). OAE1a длилась от ~ 1.0 до 1.3 млн лет. Продолжительность OAE2 оценивается в ~ 820 тыс. Лет на основании исследования с высоким разрешением значительно расширенного интервала OAE2 в южном Тибете, Китай.
Были предложены более незначительные океанические аноксические явления для других интервалов мелового периода (в Валанжин, готерив, альб и коньяк - сантон этапы), но их осадочные данные, представленные богатыми органическими веществами черные сланцы, кажутся более местечковыми, преобладающе представлены в Атлантике и соседних регионах, а некоторые лучники связывают их с конкретными местными условиями, а не с глобальными изменениями.
Единственное океаническое аноксическое событие, задокументированное в юрском периоде, произошло в начале тоара (~ 183 млн лет назад). Поскольку ни в одном из кернов DSDP (Deep Sea Drilling Project ) или ODP (Ocean Drilling Program ) не было обнаружено черных сланцев этого возраста - коры Тоарского океана осталось мало или совсем нет - образцы черные сланцы в основном поступают из обнажений на суше. Эти обнажения, вместе с материалом из некоторых коммерческих нефтяных скважин, обнаружены на всех основных континентах, и это событие похоже по своему характеру на два основных меловых примера.
Граница между ордовикским и силурийским периодами отмечена повторяющимися периодами аноксии, чередующимися с нормальными кислородными условиями. Кроме того, в силурийском периоде встречаются аноксические периоды. Эти бескислородные периоды происходили во время низких глобальных температур (хотя уровни CO. 2 были высокими), в разгар оледенения.
Jeppsson (1990) предлагает механизм, посредством которого температура полярных вод определяет место образования нисходящей воды. Если воды в высоких широтах ниже 5 ° C (41 ° F), они будут достаточно плотными, чтобы опуститься; поскольку они прохладные, кислород в их водах хорошо растворяется, и глубокий океан будет насыщен кислородом. Если воды в высоких широтах теплее, чем 5 ° C (41 ° F), их плотность слишком мала, чтобы они опустились ниже более прохладных глубинных вод. Следовательно, термохалинная циркуляция может быть вызвана только повышенной плотностью солей, которая имеет тенденцию образовываться в теплых водах с высоким испарением. Эта теплая вода может растворять меньше кислорода и производится в меньших количествах, вызывая вялую циркуляцию с небольшим количеством кислорода из глубинной воды. Воздействие этой теплой воды распространяется по океану и уменьшает количество CO. 2, которое океаны могут удерживать в растворе, что заставляет океаны выделять большие количества CO. 2 в атмосферу в геологически короткие сроки. (десятки или тысячи лет). Теплые воды также инициируют выделение клатратов, что дополнительно увеличивает температуру воздуха и аноксию бассейна. Подобные положительные обратные связи действуют во время эпизодов полюса холода, усиливая их охлаждающий эффект.
Периоды с полюсами холода называются «P-эпизодами» (сокращенно от primo) и характеризуются биотурбацией глубоких океанов, влажным экватором и более высокими темпами выветривания, которые заканчиваются исчезновением события - например, события Иревикен и Лау. Обратное верно для более теплых кислородных «S-эпизодов» (secundo), где глубоководные отложения обычно представляют собой граптолитовые черные сланцы. Типичный цикл второстепенных эпизодов и последующего события обычно длится около 3 млн лет.
Продолжительность событий так велика по сравнению с их началом, потому что положительные обратные связи должны подавляться. На содержание углерода в системе океан-атмосфера влияют изменения скорости выветривания, которая, в свою очередь, в основном контролируется осадками. Поскольку это обратно пропорционально температуре в силурийское время, углерод постепенно уменьшается во время теплых (высокий CO. 2) S-эпизодов, в то время как обратное верно во время P-эпизодов. Поверх этой постепенной тенденции накладывается сигнал циклов Миланковича, которые в конечном итоге вызывают переключение между P- и S-эпизодами.
Эти события становятся более продолжительными в течение девона; увеличивающаяся биота наземных растений, вероятно, действовала как большой буфер для концентраций углекислого газа.
Гирнантское событие в конце ордовика, альтернативно, может быть результатом цветения водорослей, вызванного внезапным поступлением питательных веществ из-за ветрового апвеллинга или приток богатой питательными веществами талой воды из тающих ледников, которая в силу своей пресной природы также замедлит циркуляцию океана.
Считалось, что на протяжении большей части истории Земли, океаны в значительной степени страдали недостатком кислорода. В течение архея эуксиния в основном отсутствовала из-за низкой доступности сульфата в океанах, но в протерозое она станет более распространенной.
Экологический портал 
