31-08-2023
Океанические бескислородные события или бескислородные события происходят когда земной океан полностью истощает весь накопленный кислород (O2). Хотя бескислородные события не происходили уже на протяжении миллионов лет, геологические данные свидетельствуют, что подобные события не один раз бывали в прошлом. Бескислородные события могли стать причиной вымираний. Эти вымирания являются настолько характерными, что в геобиологии используются в качестве маркеров времени при биостратиграфическом датировании. Считается, что океанические бескислородные события тесно связаны с изменением главных океанских течений, глобальным потеплением и загрязнением атмосферы парниковыми газами.
Изучение геологических данных до и после соответствующего периода показывает что они наступают быстро и также быстро восстанавливаются. Оба набора данных показывают, что внезапный климатический порог достигается при превышении относительной концентрации диоксид углерода в 4 раза по отношению к 280‰ (по объему) для 1750 г. Эта дата является знаковой, и принимается за начало промышленной революции и индустриализации. Анализ слоев показывает, что в эпоху, когда Земля имела преимущественно перегретый климат[1] с сильными ежедневными ливнями и яростными штормами, [2] в глобальном масштабе привела к более сильной эрозии, которая в свою очередь привела к поступлению большего количества питательных веществ в воды мирового океана. В то же время стало причиной глубоководных течений между полюсами и экватором направленных чтоб остановить катастрофические изменения. [3] Это явление привело к смерти в глубинах от недостатка кислорода. Застой вызванным недостаточной циркуляцией воды, которая не могла быть компенсирована в результате естественных процессов и стал источником умеренно ядовитого сероводорода. Поверхностная вода будет поддерживать жизнь в насыщенном кислородом слое, но в более глубоких — образуется смертельная смесь где жизнь невозможна. Отравление нижних слоев прерывает активность редуцентов, а ил, или Сапропель, обогащается органикой, и все организмы погибшие в нем погружаются и накапливаются в глубинах водоемов и на дне. Все эти формы жизни по неосторожности попавшие в бескислородные или токсичные слои умрут и их останки продолжат последующее накопление одноклеточных микроорганизмов. Поверхностный слой используется для быстрого роста жизни, стимулируется увеличением количества питательных веществ от сверх-парниковых условий, которые затем отмирают и выводятся из круговорота. По иронии судьбы отложения в осадочных породах органических материалов может накапливаться в богатых липидами месторождениях. В настоящее время преобладает мнение, что большинство известных ископаемых запасов нефти сформировалось в нескольких отдельных бескислородных событиях в геологической истории Земли.
Существуют несколько мест на земле, где вымирание происходило из-за бескислородных событий в ограниченном масштабе таких как цветение водоемов и ограниченные т.н. «мертвые зоны». Последние существую около южного побережья Соединенных Штатов в [1]
Полная картина происходящего стала стала проясняться на протяжении последних тридцати лет. Несколько известных и подозрительных бескислородных событий были геологически связаны с появлением крупнейших мировых запасов нефти в залежах черных сланцев по геологической шкале. Высокая относительная температура считается так же связанной с т.н. "супер-парниковым эффектом" [4]
Океанические бескислородные события [1] где среди всех вероятных причин или стимулируется сильными явлениями извержения вулканических газов. Эти события распространяются на характерное повышение уровня содержания углекислого газа в 4-6 раз относительно нынешнего уровня, что объясняет эти периоды. При повышение температуры даже на несколько градусов, тропические леса подвергаются серьезной опасности от пожаров. Эти леса имеют невысокую природную сопротивляемость огню[4] и согласно некоторым гипотезам являются критической точкой. Практически быстрое увеличение температуры может достигаться и запустить глобальный пожар[4] в лесах планеты. Это высвободит беспрецедентное количество углекислого газа в атмосферу. При изменении температуры на 3 градуса Цельсия, ледяные шапки растают. Это запустит нарастающий эффект.
В экологии — супер-парниковый — усредненный термин, означающий что температура поднялась до 6 градусов или выше, по сравнению с нынешним днем, море будет настолько теплое, что считается что, температура воды на обоих полюсах [5] может быть выше чем 27 °C. [1] В Меловой и Юрском периоде мир по существу не имел льда, [1] переживал сильные штормы создаваемые теплыми океанами, и умирал от двойного удара[1] недостатка кислорода и ядовитого сероводорода, накапливающего в нижних слоях, по причине прекращения работы пояса океанских течений. [1] В это время большая часть мира источала запах гниющих яиц, а моря постепенно приобретали темно-зеленый оттенок, из-за большого количества водорослей.
Океанические бескислородные события чаще всего связывают с очень теплым климатическими периодами, с высоким уровнем углекислого газа CO2 в атмосфере и температурой усредненной поверхности свыше 25 °C. Для сравнения в наш Четвертичный период, она составляет всего лишь 13 °C. Такое повышение уровня углекислого раза может быть связано с огномными выбросами огнеопасных природных газов (н-р метана), которые некоторые называют "океанские бульбы". [2][4] Большие количества метана связаны в коре Земли, на континентальных плитах во множестве залежей, содержащих газовые гидраты, твердые растворы низших алканов (основной частью - метана) и твердой воде, внешне напоминающие лед. Поскольку газовые гидраты весьма нестабильны, они сохранились в условиях низких температур и высоких давлений (на большой глубине), были получены наблюдения о выбросах таких "бульб" из-за тектонической активности. Исследования показывают, что сами огромные выбросы природного газа [4] могли стать климатическим импульсом, метан сам по себе являющийся парниковым газом во много раз сильнее по парниковому эффекту, чем углекислый газ. Однако, недостаток кислорода наблюдалось так же на протяжении ледникового периода в Хирнантском ярусе (поздний Ордовик).
Океанические бескислородные события были признанны в основном теплых Меловом и Юрском периодах, по которым были зарегистрированы множественные примеры [6][7] однако полагаются и более ранние примеры, в позднем Триасе, Перми, Девоне (см. Событие Келлвассера), Ордовике и Кембрии.
Позднепалеоценовый термальный максимум (в англоязычной литературе Paleocene-Eocene Thermal Maximum или Initial Eocene Thermal Maximum сокращенно PETM или IETM), геологическое событие, выраженное резким потеплением климата Земли и отложением богатых органикой сланцевых горных пород в некоторых шельфовых морях, показывающих много общего с океаническими бескислородными событиями.
Обычно, океанические бескислородные события продолжается до 500 тыс. лет, затем полностью восстанавливаются исходные условия.
Океанические бескислородные события имеют ряд важных последствий. Так, считается, что они ответсвенны за массовые вымирания морских организмов в Палеозое и Мезозое. [8] Ранний Тоарский ярус и Сеноманско-Туронское бескислородное событие коррелируют с Тоарский оборот и Сеноманско-тоарское вымирание большинства морских форм жизни. Это подтверждается тем, что в эти периоды погибло множество глубоководных морских организмов, которые не смогли адаптироваться к условиям, в которых кислород проникает только в верхние слои воды.
Другое, экономически важное последствие — благодаря преобладанию этих условий в большинстве океанов Мезозойской эры, образовалась большая часть мировых запасов нефти и природного газа. На протяжении океанических бескислородных событий накопление и отложение органических веществ намного превысило обычные показатели, для нефтеносной материнской породы во множестве мест по всему земному шару. От общего количества известных месторождений 70 процентов нефтеносных пород приходятся из Мезозойскую эру, а еще 15 — относят к теплому Палеогену: только редкие залежи относятся к более холодным периодам, когда условия для производства материнских пород благоприятствовали их образованию только в локальном масштабе.
Концепция океанических бескислородных событий (ОБС) впервые была предложена в 1976 Сеймуром Шлангером (Seymour Schlanger (1927–1990)) и геологом Хью Дженкинсом (Hugh Jenkyns) [9] и возникла при исследованиях проведенных на базе проекта глубоководного бурения «Deep Sea Drilling Project» в Тихом океане. Были найдены черные богатые углеродом сланцы в меловых отложениях, которые накапливались на подводных лавовых плато. (Возвышенность Шацкого, плато Манихики), спаренных на основании того что имеют идентичный возраст и схожие месторождения и полости в Тихом океане и известны обнажения пород в Европе - в частности по геологическим данным в других отношениях преобладания известняка в Апеннинах. [9] цепь в Италии, которая показывает реализацию широкораспространенных интервалов похожих слоев отмечены чрезвычайно необычные условия с пониженным содержанием кислорода в мировом океане на протяжении нескольких определенных периодов на геохронологической шкале. Исследования этих обогащенных органическими веществами осадков, которые продолжаются по сей день, обычно выявляют наличие хорошо сохранившиеся наслоения, не тронутые донной фауной, показывающие бескислородные условия на морском дне, считается что совпадает с расположенным ниже отравленным сероводородом слоем. [1] Кроме того, детальная органическая геохимические исследования в последнее время выявляют наличие молекул (т.н. биомаркеров), которые производятся пурпурными [1] и зелеными бактериями: организмами, которым требуется свет и свободный сероводород(H2S), что показывает бескислородные условия расширялись высоко вверх по освещенным слоям воды.
Такие сульфидные условия, или условия с ограниченной циркуляцией, существуют на множестве водных объектов, от прудов до различных внутренних морей [10] таких как Черное море, в настоящее время, были широко распространены в Меловой период в Атлантике, и в других частей мирового океана. В море свободном ото льда в этих якобы супер-парниковых мирах, океанические воды поднимались в некоторые периоды выше чем на 200 метров. На протяжении рассматриваемого периода, континентальные плиты считается были удалены друг от друга, и горы, которые известны сейчас (восновном) тектонического происхождения в будущем — большая часть ландшафта была значительно ниже, и условия даже в половину от т.н. супер-парниковых были бы связаны с чрезвычайно высокой водной эрозией [1]. Воды выносили бы большие количества питательных веществ в мировой океан, вызывая взрывное увеличение популяций микроорганизмов и использующих их в пищу видов в верхних, насыщенных кислородом слоях.
Детальное стратиграфическое изучение Меловых черных сланцев из многих частей земного шара показывает, что в обоих океанических бескислородных события особое значение в условиях их влияние на химию океана, в раннем Аптском ярусе (прим. 120 млн. лет назад), так же известное как событие Селли (Selli Event) или ОБС 1а (OAE 1a) согласно итальянскому геологу Раймонду Селли (Raimondo Selli (1916–1983)), и на границе Ценоманско-турианского яруса (примерно 93 млн. лет назад), так же известного как событие Бонарелли (Bonarelli Event) или ОБС 2 (OAE 2), согласно итальянскому же геологу Гудо Бонарелли (Guido Bonarelli (1871–1951)).
More minor oceanic anoxic events have been proposed for other intervals in the Cretaceous (in the Valanginian, Hauterivian, Albian and Coniacian–Santonian stages), but their sedimentary record, as represented by organic-rich black shales, appears more parochial, being dominantly represented in the Atlantic and neighboring areas, and some researchers relate them to particular local conditions rather than being forced by global change.
The only oceanic anoxic event documented from the Jurassic took place during the early Toarcian (~183 Ma).[6][7] Because no DSDP or ODP (Ocean Drilling Program) cores have recovered black shales of this age – there being little or no Toarcian ocean crust remaining in the world ocean – the samples of black shale primarily come from outcrops on land. These outcrops, together with material from some commercial oil wells, are found on all major continents and this event seems similar in kind to the two major Cretaceous examples.
Temperatures throughout the Jurassic and Cretaceous are generally thought to have been relatively warm, and consequently dissolved oxygen levels in the ocean were lower than today - making anoxia easier to achieve. However, more specific conditions are required to explain the short-period (half a million years or less) oceanic anoxic events. Two hypotheses, and variations upon them, have proved most durable.
One hypothesis suggests that the anomalous accumulation of organic matter relates to its enhanced preservation under restricted and poorly oxygenated conditions, which themselves were a function of the particular geometry of the ocean basin: such a hypothesis, although readily applicable to the young and relatively narrow Cretaceous Atlantic (which could be likened to a large-scale Black Sea, only poorly connected to the World Ocean), fails to explain the occurrence of coeval black shales on open-ocean Pacific plateaus and shelf seas around the world. There are suggestions, again from the Atlantic, that a shift in oceanic circulation was responsible, where warm, salty waters at low latitudes became hypersaline and sunk to form an intermediate layer, at Шаблон:Convert/to depth, with a temperature of 20 °C (68 °F) to 25 °C (77 °F).[3]
The second hypothesis suggests that oceanic anoxic events record a major change in the fertility of the oceans that resulted in an increase in organic-walled plankton (including bacteria) at the expense of calcareous plankton such as coccoliths and foraminifera.
Such an accelerated flux of organic matter would have expanded and intensified the oxygen minimum zone, further enhancing the amount of organic carbon entering the sedimentary record. Essentially this mechanism assumes a major increase in the availability of dissolved nutrients such as nitrate, phosphate and possibly iron to the phytoplankton population living in the illuminated layers of the oceans.
For such an increase to occur would have required an accelerated influx of land-derived nutrients coupled with vigorous upwelling, requiring major climate change on a global scale. Geochemical data from oxygen-isotope ratios in carbonate sediments and fossils, and magnesium/calcium ratios in fossils, indicate that all major oceanic anoxic events were associated with thermal maxima, making it likely that global weathering rates, and nutrient flux to the oceans, were increased during these intervals. Indeed, the reduced solubility of oxygen would lead to phosphate release, further nourishing the ocean and fuelling high productivity, hence a high oxygen demand - sustaining the event through a positive feedback.[8]
Here is another way of looking at oceanic anoxic events. Assume that the earth releases a huge volume of carbon dioxide during an interval of excessive volcanism; global temperatures rise due to the greenhouse effect; global weathering rates and fluvial nutrient flux increase; organic productivity in the oceans increases; organic-carbon burial in the oceans increases (OAE begins); carbon dioxide is drawn down (inverse greenhouse effect); global temperatures fall, and the ocean–atmosphere system returns to equilibrium (OAE ends).
In this way, an oceanic anoxic event can be viewed as the Earth’s response to the injection of excess carbon dioxide into the atmosphere and hydrosphere. One test of this notion is to look at the age of large igneous provinces (LIPs), the extrusion of which would presumably have been accompanied by rapid effusion of vast quantities of volcanogenic gases such as carbon dioxide. Intriguingly, the age of three LIPs (Karoo-Ferrar flood basalt, Caribbean large igneous province, Ontong Java Plateau) correlates uncannily well with that of the major Jurassic (early Toarcian) and Cretaceous (early Aptian and Cenomanian–Turonian) oceanic anoxic events, indicating that a causal link is feasible.
Граница между Ордовикским и Силурским периодами прочерчена из повторяющихся событий обескислораживания, перемежающихся нормальными условиями, с достаточным уровнем кислорода. Кроме того, бескислородные периоды обнаруживаются на протяжении Силура. Эти периоды возникают во время низких глобальных температур (хотя уровень C02 высокий) в разгар оледенения. [11]
Jeppsson (1990) proposes a mechanism whereby the temperature of polar waters determines the site of formation of downwelling water.[12] If the high latitude waters are below 5 °C (41 °F), they will be dense enough to sink; as they are cool, oxygen is highly soluble in their waters, and the deep ocean will be oxygenated. If high latitude waters are warmer than 5 °C (41 °F), their density is too low for them to sink below the cooler deep waters. Therefore thermohaline circulation can only be driven by salt-increased density, which tends to form in warm waters where evaporation is high. This warm water can dissolve less oxygen, and is produced in smaller quantities, producing a sluggish circulation with little deep water oxygen.[12] The effect of this warm water will propagate through the ocean, and the warmer water has the additional effect of reducing the amount of Шаблон:Co2 which can be stored in the oceans - causing the release of large quantities to the atmosphere in a short time - tens or thousands of years.[13] The warm waters would also initiate the release of clathrates, further increasing both atmospheric temperature and basin anoxia.[13] Similar positive feedbacks operate during cold-pole episodes, amplifying their cooling effects.
The periods with cold poles are termed "P-episodes" (short for primo[13]), and are characterised by bioturbated deep oceans, a humid equator and higher weathering rates, and terminated by extinction events - for example, the Ireviken and Lau events. The inverse is true for the warmer, oxic "S-episodes" (secundo), where deep ocean sediments are typically graptolitic black shales.[12] A typical cycle of secundo-primo episodes and ensuing event typically lasts around 3 Ma.[13]
The duration of events is so long compared to their onset because the positive feedbacks must be overwhelmed. Carbon content in the ocean-atmosphere system is affected by changes in weathering rates, which in turn is dominantly controlled by rainfall. Because this is inversely related to temperature in Silurian times, carbon is gradually drawn down during warm (high Шаблон:Co2) S-episodes, while the reverse is true during P-episodes. On top of this gradual trend is overprinted the signal of Milankovic cycles, which ultimately trigger the switch between P- and S- episodes.[13]
These events become longer during the Devonian; the enlarging land plant biota probably acted as a large buffer to carbon dioxide concentrations.[13]
The end-Ordovician Hirnantian event may alternatively be a result of algal blooms, caused by sudden supply of nutrients through wind-driven upwelling or an influx of nutrient-rich meltwater from melting glaciers, which by virtue of its fresh nature would also slow down oceanic circulation.[14]
Модель, предложенная Ли Кампом (Lee Kump), Александром Павловым (Alexander Pavlov) и Михаелем Артуром (Michael Arthur) в 2005 году, предполагает что океанические бескислородные события могут характеризоваться подъемом глубинных вод, насыщенных токсичным сероводородом, который затем выводится в атмосферу. Это явление отравляет растительность и животных, и является причиной вымираний. Кроме того, полагается, что сероводород попавший в атмосферу поднимается вверх и разрушает озоновый слой, в нормальных условиях блокирующий губительное ультрафиолетовое излучение Солнца. Повышение уровня УФ излучения в результате этого истощения озонового слоя будет усиливать разрушение живого и растительного мира. Ископаемые споры из слоев относящихся к периоду Пермского вымирания демонстрируют последовательные деформации от воздействия УФ излучения. Это свидетельство, объеденное с ископаемыми биоиндикаторами зелеными бактериями (Chlorobiaceae), показывают, что этот процесс играл роль в событиях массовых вымираний и не только. Фактором, запускающим процесс массового вымирания в таком случае является нагревание океана, вызывающее рост концентрации углекислого газа примерно до 1000 ppm [15]
DEFAULTSORT:Anoxic Event Category:Environmental science Category:Environmental chemistry Category:Oceanography Category:Chemical oceanography Category:Bioindicators Category:Aquatic ecology Category:Water quality indicators Category:Oxygen
Участник:Gadget the Goddess/Anoxic event.
