Эвксиния или эвксиновые условия возникают, когда вода является как бескислородной, так и сульфидной. Это означает, что в ней нет кислорода (O 2 ) и повышен уровень свободного сероводорода (H 2 S). Эвксиновые водоемы часто сильно стратифицированы; имеют оксичный, высокопродуктивный, тонкий поверхностный слой; и имеют бескислородную, сульфидную придонную воду. Слово «эвксиния» происходит от греческого названия Черного моря (Εὔξεινος Πόντος ( Euxeinos Pontos )), что переводится как «гостеприимное море». [1] Эвксиния — ключевой компонент океана Кэнфилда , модели океанов в течение части протерозойской эры (часть, конкретно известную как « Скучный миллиард »), предложенной Дональдом Кэнфилдом , американским геологом, в 1998 году. [2] В научном сообществе до сих пор ведутся споры как о продолжительности, так и о частоте эвксинии в древних океанах. [3] Эвксиния относительно редка в современных водоемах, но все еще встречается в таких местах, как Черное море и некоторые фьорды .
Эвксиния чаще всего встречалась в древних океанах Земли, но ее распространение и частота встречаемости все еще являются предметом споров. [4] Первоначальная модель предполагала, что она была довольно постоянной в течение приблизительно миллиарда лет. [2] Некоторые метаанализы ставят под сомнение, как устойчивые эвксинические условия основывались на относительно небольших отложениях черного сланца в период, когда океан теоретически должен был сохранять больше органического вещества. [1]
До того, как примерно 2,3 миллиарда лет назад произошло Великое событие оксигенации , в атмосфере и океане было мало свободного кислорода. [5] Первоначально считалось, что океан накапливал кислород вскоре после того, как это сделала атмосфера, но эта идея была оспорена Кэнфилдом в 1998 году, когда он предположил, что вместо того, чтобы глубокий океан стал окислительным, он стал сульфидным. [2] Эта гипотеза частично основана на исчезновении полосчатых железистых образований из геологических записей 1,8 миллиарда лет назад. Кэнфилд утверждал, что хотя в атмосферу поступило достаточно кислорода для эрозии сульфидов в континентальных породах, его было недостаточно для смешивания с глубоким океаном. [2] Это привело бы к бескислородному глубокому океану с увеличенным потоком серы с континентов. Сера вырвала бы ионы железа из морской воды, что привело бы к образованию сульфида железа (пирита), часть которого в конечном итоге была захоронена. Когда сульфид стал основным океаническим восстановителем вместо железа, глубинная вода стала эвксиновой. [1] Это стало тем, что известно как океан Кэнфилда , модель, подкрепленная увеличением присутствия δ 34 S в осадочном пирите [2] и обнаружением доказательств первых сульфатных эвапоритов . [6]
Аноксия и сульфидные условия часто встречаются вместе. В аноксических условиях анаэробные сульфатредуцирующие бактерии преобразуют сульфат в сульфид, создавая сульфидные условия. [4] Возникновение этого метаболического пути было очень важным в преоксигенированных океанах, поскольку адаптация к в противном случае непригодным для обитания или «токсичным» средам, подобным этой, могла сыграть роль в диверсификации ранних эукариот и простейших в дофанерозое. [4]
Эвксиния иногда встречается и сегодня, в основном в меромиктических озерах и заиленных бассейнах, таких как Черное море и некоторые фьорды. [1] В наше время она встречается редко; менее 0,5% сегодняшнего морского дна является эвксиновым. [4]
Основными требованиями для формирования эвксинических условий являются отсутствие кислорода (O 2 ) и присутствие сульфат-ионов (SO 4 2− ), органического вещества (CH 2 O) и бактерий, способных восстанавливать сульфат до сероводорода (H 2 S). [1] Бактерии используют окислительно-восстановительный потенциал сульфата в качестве окислителя и органического вещества в качестве восстановителя для получения химической энергии посредством клеточного дыхания . Интересующий химический вид может быть представлен с помощью реакции:
2CH2O + SO42− → H2S + 2HCO3−
В реакции выше сера была восстановлена с образованием побочного продукта сероводорода, характерного соединения, присутствующего в воде в эвксинических условиях. Хотя восстановление сульфата происходит в водах по всему миру, большинство современных водных местообитаний насыщены кислородом из-за фотосинтетического производства кислорода и газообмена между атмосферой и поверхностными водами. Восстановление сульфата в этих средах часто ограничивается тем, что происходит в донных отложениях , которые имеют сильный окислительно-восстановительный градиент и становятся бескислородными на некоторой глубине ниже границы раздела осадок-вода . В океане скорость этих реакций не ограничивается Архивировано 15.03.2017 в Wayback Machine сульфатом, который присутствовал в больших количествах по всему океану в течение последних 2,1 миллиарда лет. [6] Великое событие оксигенации увеличило концентрацию кислорода в атмосфере, так что окислительное выветривание сульфидов стало основным источником сульфата в океане. [7] [8] Несмотря на обилие сульфатных ионов , присутствующих в растворе, они не используются преимущественно большинством бактерий. Восстановление сульфата не дает организму столько энергии, как восстановление кислорода или нитрата , поэтому концентрации этих других элементов должны быть близки к нулю, чтобы сульфатредуцирующие бактерии могли вытеснить аэробные и денитрифицирующие бактерии . В большинстве современных условий эти условия встречаются только в небольшой части осадков, что приводит к недостаточной концентрации сероводорода для образования эвксиновых вод. [4]
Условия, необходимые для формирования устойчивой эвксинии, включают бескислородные воды , высокий уровень питательных веществ и стратифицированный водный столб. [1] Эти условия не являются всеобъемлющими и основаны в основном на современных наблюдениях за эвксинией. Условия, приводящие к крупномасштабным эвксиническим событиям и вызывающие их, такие как океан Кэнфилд , вероятно, являются результатом множества взаимосвязанных факторов, многие из которых были выведены в ходе изучения геологической летописи в соответствующих местах. [9] [10] [11] [12] На формирование стратифицированных бескислородных вод с высоким уровнем питательных веществ влияют различные явления глобального и локального масштаба, такие как наличие ловушек для питательных веществ и потепление климата. [1]
Для сохранения эвксинических условий положительная обратная связь должна поддерживать экспорт органического вещества в придонные воды и снижение сульфата в бескислородных условиях. Экспорт органического вещества обусловлен высоким уровнем первичной продукции в фотической зоне , поддерживаемой постоянным поступлением питательных веществ в поверхностные оксигенированные воды. Естественный источник питательных веществ, таких как фосфат ( PO3−
4), происходит из-за выветривания горных пород и последующего переноса этих растворенных питательных веществ через реки. [13] В ловушке питательных веществ повышенный приток фосфата из рек, высокие скорости рециркуляции фосфата из отложений и медленное вертикальное перемешивание в водной толще позволяют сохраняться эвксиническим условиям. [14]
Расположение континентов со временем изменилось из-за тектоники плит , в результате чего батиметрия океанических бассейнов также со временем изменилась. Форма и размер бассейнов влияют на схемы циркуляции и концентрацию питательных веществ в них. Численные модели, имитирующие прошлое расположение континентов, показали, что ловушки питательных веществ могут образовываться в определенных сценариях, увеличивая локальные концентрации фосфата и создавая потенциальные эвксинические условия. [1] В меньшем масштабе заиленные бассейны часто действуют как ловушки питательных веществ из-за их эстуарной циркуляции . [14] Эстуарная циркуляция происходит, когда поверхностные воды пополняются за счет речного притока и осадков, вызывая отток поверхностных вод из бассейна, в то время как глубинные воды втекают в бассейн через порог. Этот тип циркуляции позволяет бескислородной, богатой питательными веществами придонной воде развиваться внутри бассейна. [1]
Стратифицированные воды в сочетании с медленным вертикальным перемешиванием необходимы для поддержания эвксинических условий. [1] Стратификация происходит, когда две или более водных масс с разной плотностью занимают один и тот же бассейн. В то время как менее плотная поверхностная вода может обмениваться газом с богатой кислородом атмосферой, более плотные придонные воды поддерживают низкое содержание кислорода. В современных океанах термохалинная циркуляция и апвеллинг не позволяют океанам поддерживать бескислородные придонные воды. В заиленном бассейне стабильные стратифицированные слои позволяют только поверхностным водам вытекать из бассейна, в то время как глубинные воды остаются бескислородными и относительно несмешанными. Однако во время вторжения плотной соленой воды богатые питательными веществами придонные воды поднимаются, вызывая повышенную продуктивность на поверхности, еще больше усиливая ловушку питательных веществ из-за биологической откачки . Повышение уровня моря может усугубить этот процесс, увеличивая количество глубинных вод, поступающих в заиленный бассейн, и усиливая эстуарную циркуляцию. [15] [16]
Потепление климата повышает температуру поверхности воды, что влияет на множество аспектов формирования эвксиновой воды. По мере нагревания воды растворимость кислорода уменьшается , что позволяет более легко формировать глубокие бескислородные воды. [17] Кроме того, более теплая вода вызывает повышенное дыхание органического вещества, что приводит к дальнейшему истощению кислорода. Более высокие температуры усиливают гидрологический цикл, увеличивая испарение из водоемов, что приводит к увеличению осадков. Это вызывает более высокие скорости выветривания горных пород и, следовательно, более высокую концентрацию питательных веществ в речных стоках. Питательные вещества обеспечивают большую продуктивность, что приводит к большему количеству морского снега и, следовательно, к снижению содержания кислорода в глубоких водах из-за повышенного дыхания. [1]
Вулканизм также был предложен как фактор создания эвксинических условий. Углекислый газ (CO 2 ), выделяемый во время вулканической дегазации, вызывает глобальное потепление , которое имеет каскадные эффекты на формирование эвксинических условий. [1] [16]
Черные сланцы — это богатые органикой, микрослоистые осадочные породы, часто связанные с аноксией придонных вод. [18] Это происходит потому, что аноксия замедляет деградацию органического вещества, что позволяет большему захоронению в осадках. Другим доказательством аноксии захоронения черного сланца является отсутствие биотурбации , что означает, что не было никаких организмов, зарывающихся в осадок, поскольку не было кислорода для дыхания. [4] Также должен быть источник органического вещества для захоронения, как правило, от производства вблизи кислородной поверхности. Во многих работах, обсуждающих древние эвксинические события, присутствие черного сланца используется в качестве предварительного косвенных признаков аноксии придонных вод, но их присутствие само по себе не указывает на эвксинию или даже сильную аноксию. [18] Как правило, для получения более точных доказательств условий необходимы геохимические испытания. [4] [18]
Некоторые исследователи изучают возникновение эвксинии в древних океанах, потому что тогда она была более распространена, чем сегодня. Поскольку древние океаны нельзя наблюдать напрямую, ученые используют геологию и химию, чтобы найти доказательства в осадочных породах , созданных в эвксинных условиях. Некоторые из этих методов исходят из изучения современных примеров эвксинии, в то время как другие вытекают из геохимии. [18] Хотя современные эвксинные среды имеют геохимические свойства, общие с древними эвксиническими океанами, физические процессы, вызывающие эвксинию, скорее всего, различаются между ними. [1] [4] [18]
Соотношения стабильных изотопов могут быть использованы для определения условий окружающей среды во время формирования осадочных пород. Используя стехиометрию и знание окислительно-восстановительных путей, палеогеологи могут использовать соотношения изотопов элементов для определения химического состава воды и осадков, когда произошло захоронение. [19]
Изотопы серы часто используются для поиска доказательств древней эвксинии. Низкий δ 34 S в черных сланцах и осадочных породах является положительным доказательством эвксинных условий формирования. Пирит (FeS 2 ) в эвксинных бассейнах обычно имеет более высокие концентрации легких изотопов серы, чем пирит в современном океане. [1] Восстановление сульфата до сульфида благоприятствует более легким изотопам серы ( 32 S) и обедняется более тяжелыми изотопами ( 34 S). Этот более легкий сульфид затем связывается с Fe 2+ , образуя FeS 2 , который затем частично сохраняется в осадках. В большинстве современных систем сульфат в конечном итоге становится ограничивающим, и изотопные веса серы как в сульфате, так и в сульфиде (сохранившемся как FeS 2 ) становятся равными. [1]
Молибден (Mo), наиболее распространенный ион переходного металла в современной морской воде, также используется для поиска доказательств эвксинии. [4] Выветривание горных пород обеспечивает поступление MoO 4 2– в океаны. В кислородных условиях MoO 4 2– очень инертен, но в современных эвксинных средах, таких как Черное море , молибден осаждается в виде окситиомолибдата (MoO 4−x S x 2– ). [18] [20] [21] Изотопное соотношение для молибдена (δ 97/95 Mo) в эвксинных отложениях, по-видимому, выше, чем в кислородных условиях. [20] Кроме того, концентрация молибдена часто коррелирует с концентрацией органического вещества в эвксинных отложениях. [4] Использование Mo для обозначения эвксинии все еще является предметом споров. [4]
В условиях эвксинии некоторые микроэлементы, такие как Mo, U, V, Cd, Cu, Tl, Ni, Sb и Zn, становятся нерастворимыми. [18] [22] [23] Это означает, что эвксинные отложения будут содержать больше твердой формы этих элементов, чем фоновая морская вода. [1] Например, молибден и другие микроэлементы становятся нерастворимыми в бескислородных и сульфидных условиях, поэтому со временем морская вода истощается микроэлементами в условиях постоянной эвксинии, а сохранившиеся отложения относительно обогащаются молибденом и другими микроэлементами. [18] [24]
Бактерии, такие как зеленые серные бактерии и пурпурные серные бактерии , которые существуют там, где фотическая зона перекрывается с эвксиновыми водными массами, оставляют пигменты в отложениях. Эти пигменты можно использовать для определения прошлых эвксиновых условий. [1] Пигменты, используемые для определения прошлого присутствия зеленых серных бактерий, — это хлоробактан и изорениератен . [25] Пигменты, используемые для определения прошлого присутствия пурпурных серных бактерий, — это окенан . [26]
Пирит (FeS 2 ) — это минерал, образующийся в результате реакции сероводорода (H 2 S) и биореактивного железа (Fe 2+ ). В кислородных придонных водах пирит может образовываться только в отложениях, где присутствует H 2 S. Однако в богатых железом эвксиновых средах образование пирита может происходить с большей скоростью как в водной толще, так и в отложениях из-за более высоких концентраций H 2 S. [14] [18] Поэтому наличие эвксиновых условий можно вывести по соотношению железа, связанного с пиритом, к общему содержанию железа в отложениях. Высокие соотношения железа, связанного с пиритом, можно использовать в качестве индикатора прошлых эвксиновых условий. [9] [27] Аналогично, если >45% биореактивного железа в отложениях связано с пиритом, то можно сделать вывод об аноксических или эвксиновых условиях. [14] Хотя эти методы и полезны, они не дают окончательного доказательства наличия эвксинии, поскольку не все эвксинные воды имеют одинаковую концентрацию биореактивного железа. [14] Было обнаружено, что эти взаимосвязи присутствуют в современном эвксиническом Черном море. [10]
Протерозой — это переходная эпоха между бескислородными и насыщенными кислородом океанами. Классическая модель заключается в том, что конец полосчатых железистых формаций (BIF) был вызван закачкой кислорода в глубокий океан, примерно на 0,6 миллиарда лет позже Великого события оксигенации . [28] Кэнфилд, однако, утверждал, что аноксия длилась гораздо дольше, а конец полосчатых железистых формаций был вызван введением сульфида. [2] Подтверждая первоначальную гипотезу Кэнфилда, в группе Анимике в Канаде были обнаружены осадочные записи возрастом 1,84 миллиарда лет, которые демонстрируют близкую к полной пиритизации поверх последней из полосчатых железистых формаций, что свидетельствует о переходе к эвксиновым условиям в этом бассейне. [29] Для того чтобы произошла полная пиритизация, почти весь сульфат в воде был восстановлен до сульфида, который отделил железо от воды, образовав пирит. Поскольку этот бассейн был открыт для океана, глубокая эвксиния была интерпретирована как широко распространенное явление. [29] Предполагается, что эта эвксиния продолжалась до примерно 0,8 миллиарда лет назад, что делает донную эвксинию бассейна потенциально широко распространенной особенностью на протяжении всего Boring Billion . [29]
Дополнительные доказательства существования эуксинии были обнаружены в бассейне Мак-Артура в Австралии, где была обнаружена схожая химия железа. Степень пиритизации и δ 34 S были высокими, что подтверждает наличие аноксии и сульфида, а также истощение сульфата. [14] Другое исследование обнаружило биомаркеры зеленых серных бактерий и пурпурных серных бактерий в той же области, что предоставило дополнительные доказательства восстановления сульфата до сероводорода. [30]
Изотопы молибдена использовались для изучения распространения эвксинии в протерозое и предполагают, что, возможно, эвксиния не была так широко распространена, как изначально предполагал Кэнфилд. Донные воды могли быть более субоксичными, чем аноксичными, и могла существовать отрицательная обратная связь между эвксинией и высокими уровнями поверхностной первичной продукции, необходимыми для поддержания эвксических условий. [31] Дальнейшие исследования показали, что с 700 миллионов лет назад (поздний протерозой) и далее глубокие океаны могли быть фактически аноксичными и богатыми железом с условиями, аналогичными тем, которые были во время формирования BIF. [3] [32]
Существуют доказательства множественных эвксинических событий в течение фанерозоя. Наиболее вероятно, что эвксиния была периодической в течение палеозоя и мезозоя, но геологические данные слишком скудны, чтобы делать какие-либо крупномасштабные выводы. В этом эоне есть некоторые доказательства того, что эвксинические события потенциально связаны с массовыми вымираниями, включая поздний девон и пермь-триас . [1]
Периодическое присутствие эвксиновых условий в нижнем кембрии подтверждается доказательствами, найденными на платформе Янцзы в Южном Китае. Изотопы серы во время перехода от протерозоя к фанерозою свидетельствуют о широко распространенной эвксинии, возможно, продолжавшейся в течение кембрийского периода. [33] К концу нижнего кембрия эвксиновый хемоклин становился глубже, пока эвксиния не присутствовала только в осадках, и как только сульфат стал ограничивающим, условия стали бескислородными вместо эвксиновых. Некоторые области в конечном итоге стали кислородными, в то время как другие в конечном итоге вернулись к эвксиновым на некоторое время. [34]
Геологические записи палеозоя в бассейне Селвин в Северной Канаде также показали доказательства эпизодической стратификации и смешивания, где с использованием δ 34 S было определено, что сероводород был более распространен, чем сульфат . [35] Хотя это изначально не было приписано эвксинии, дальнейшие исследования показали, что морская вода в то время, вероятно, имела низкие концентрации сульфата, что означает, что сера в воде была в основном в форме сульфида. Это в сочетании с богатым органикой черным сланцем дает веские доказательства эвксинии. [36]
Аналогичные свидетельства имеются в черных сланцах в средней части континента Северной Америки девонского и раннего миссисипского периодов. Изорениератен , пигмент, известный как представитель бескислородной фотической зоны, был обнаружен в геологической летописи в Иллинойсе и Мичигане. [11] Хотя эти события и имели место, они, вероятно, были недолговечными и не длились в течение более длительных периодов времени. [37] Аналогичные периодические свидетельства существования эвксинии можно также найти в сланцах Санбери в Кентукки. [12]
Доказательства существования эвксинии также были связаны с событиями Келлвассера позднедевонского вымирания. Эвксиния в бассейновых водах на территории современной Центральной Европы (Германия, Польша и Франция) сохранялась в течение части позднего девона и могла распространиться на мелководье, способствуя вымиранию. [38]
Возможно, в каменноугольный период существовал период оксигенации придонных вод , скорее всего, между позднедевонским вымиранием и пермско-триасовым вымиранием, и в этот момент эуксинии были бы очень редки в палеоокеанах. [28]
Пермско -триасовое вымирание также может иметь некоторые связи с эвксинией, поскольку гиперкапния и токсичность сероводорода убили многие виды. [39] Присутствие биомаркера анаэробного фотосинтеза зеленых серных бактерий было обнаружено в осадочных породах от перми до раннего триаса как в Австралии, так и в Китае, что означает, что эвксинические условия распространялись довольно мелко в толще воды, способствуя вымиранию и, возможно, даже замедляя восстановление. [40] Однако неясно, насколько широко была распространена фотическая зона эвксинии в этот период. Разработчики моделей выдвинули гипотезу, что из-за условий окружающей среды аноксия и сульфид могли быть подняты из глубокого, обширного эвксинического резервуара в областях апвеллинга , но стабильные, похожие на круговороты области оставались оксигенными. [41]
Мезозой хорошо известен своими особыми океаническими аноксическими событиями (OAE), которые привели к захоронению слоев черного сланца. Хотя эти OAE не являются самостоятельными доказательствами эвксинии, многие из них содержат биомаркеры, которые подтверждают эвксиновое образование. [1] Опять же, доказательства не являются универсальными. OAE могли подстегнуть распространение существующей эвксинии, особенно в регионах апвеллинга или полуограниченных бассейнах, но фотическая зона эвксинии не происходила повсеместно. [1]
Несколько эпизодов эвксинии очевидны в осадочных отложениях кайнозоя. [1] После окончания меловых ОАЭ, скорее всего, океанические донные воды оставались оксигенными. [28]
Эвксические условия почти исчезли из открытых океанических сред Земли, но несколько примеров небольшого масштаба все еще существуют сегодня. Многие из этих мест имеют общие биогеохимические характеристики. [1] Например, низкие скорости опрокидывания и вертикального перемешивания всей толщи воды обычны для эвксических водоемов. [1] Малые соотношения площади поверхности к глубине позволяют формировать несколько стабильных слоев, ограничивая при этом ветровое опрокидывание и термохалинную циркуляцию. [1] Кроме того, ограниченное перемешивание усиливает стратифицированные слои с высокой плотностью питательных веществ, которые усиливаются биологической рециркуляцией. [1] Внутри хемоклина высокоспециализированные организмы, такие как зеленые серные бактерии, используют преимущества сильного градиента окислительно-восстановительного потенциала и минимального солнечного света. [1]
Черное море является широко используемой современной моделью для понимания биогеохимических процессов, происходящих в эвксинических условиях. [42] Считается, что оно представляет условия протоокеанов Земли и, таким образом, помогает в интерпретации океанических прокси. [42] Осадок Черного моря содержит окислительно-восстановительные реакции на глубине до десятков метров, по сравнению с одними сантиметрами в открытом океане. [43] Эта уникальная особенность важна для понимания поведения окислительно-восстановительного каскада в эвксинических условиях. [43]
Единственным соединением между открытым океаном и Черным морем является пролив Босфор , через который импортируются плотные средиземноморские воды. [43] Впоследствии многочисленные реки, такие как Дунай , Дон , Днепр и Днестр , вливают пресную воду в Черное море, которая плавает поверх более плотной средиземноморской воды, вызывая сильную стратификацию водного столба. [42] Эта стратификация поддерживается сильным пикноклином , который ограничивает вентиляцию глубоких вод и приводит к образованию промежуточного слоя, называемого хемоклином , резкой границы, разделяющей кислородные поверхностные воды от бескислородных придонных вод, обычно на глубине от 50 м до 100 м, [44] с межгодовыми колебаниями, приписываемыми крупномасштабным изменениям температуры. [43] Хорошо перемешанные кислородные условия существуют выше хемоклина, а сульфидные условия преобладают ниже. [43] Поверхностный кислород и глубинный сульфид не перекрываются посредством вертикального смешивания, [45] но горизонтальное вовлечение насыщенных кислородом вод и вертикальное смешивание окисленного марганца в сульфидные воды может происходить вблизи входа в пролив Босфор. [43] Оксиды марганца и железа, вероятно, окисляют сероводород вблизи хемоклина, что приводит к снижению концентрации H 2 S по мере приближения к хемоклину снизу.
Меромиктические озера — это плохо перемешанные и бескислородные водоемы с сильной вертикальной стратификацией. [1] Хотя меромиктические озера часто классифицируются как водоемы с потенциалом для эвксинических условий, многие из них не демонстрируют эвксинию. Меромиктические озера печально известны лимническими извержениями . [46] Эти события обычно совпадают с близлежащей тектонической или вулканической активностью, которая нарушает в остальном стабильную стратификацию меромиктических озер. [47] Это может привести к выбросу огромных концентраций хранящихся токсичных газов из бескислородных донных вод, таких как CO2 [ 46] и H2S , особенно из эвксиновых меромиктических озер. При достаточно высокой концентрации эти лимнические взрывы могут быть смертельными для людей и животных, как, например, катастрофа на озере Ниос в 1986 году. [48]
В некоторых фьордах развивается эвксиния, если соединение с открытым океаном ограничено, как в случае с Черным морем. Это ограничение не позволяет относительно плотной, богатой кислородом океанической воде смешиваться с придонной водой фьорда, что приводит к образованию устойчивых стратифицированных слоев во фьорде. [1] Талая вода с низкой соленостью образует линзу пресной, малоплотной воды поверх более плотной массы придонной воды. Наземные источники серы также являются важной причиной эвксинии во фьордах. [49]
Этот фьорд родился как ледниковое озеро, которое было отделено от открытого океана (Северного моря), когда оно было поднято во время ледникового подъема. [1] Неглубокий канал (глубиной 2 м) был вырыт в 1850 году, обеспечивая пограничное соединение с Северным морем. [1] Сильный пикноклин отделяет пресную поверхностную воду от плотной, соленой придонной воды, и этот пикноклин уменьшает перемешивание между слоями. Аноксические условия сохраняются ниже хемоклина на глубине 20 м, и во фьорде самые высокие уровни сероводорода в аноксическом морском мире. [50] [1] Как и в Черном море, вертикальное перекрытие кислорода и серы ограничено, но снижение H 2 S, приближающегося к хемоклину снизу, свидетельствует об окислении H 2 S, которое приписывается оксидам марганца и железа, фотоавтотрофным бактериям и горизонтальному захвату кислорода от границ фьорда. [51] Эти процессы окисления аналогичны тем, которые присутствуют в Черном море.
В недавней истории через канал произошло два крупных вторжения морской воды (1902 и 1942 гг.). [1] Вторжения морской воды во фьорды вытесняют плотную, соленую, богатую кислородом воду в типично бескислородные, сульфидные придонные воды эвксиновых фьордов. [52] Эти события приводят к временному нарушению хемоклина, повышая глубину, на которой обнаруживается H 2 S. Разрушение хемоклина заставляет H 2 S реагировать с растворенным кислородом в окислительно-восстановительной реакции. [52] Это снижает концентрацию растворенного кислорода в биологически активной фотической зоне, что может привести к гибели рыб в чешуе бассейна. [52] Событие 1942 года, в частности, было достаточно сильным, чтобы химически восстановить большую часть кислорода и поднять хемоклин до границы раздела воздух-вода. [52] Это вызвало временное состояние полной аноксии во фьорде и привело к резкой смертности рыб. [52]
Этот фьорд отмечен высокоподвижным хемоклином с глубиной, которая, как полагают, связана с температурными эффектами. [4] Местные сообщения о сильном запахе тухлых яиц - запахе серы - в течение многочисленных летних сезонов вокруг фьорда свидетельствуют о том, что, как и в случае с фьордом Фрамварен, хемоклин прорывался на поверхность фьорда по крайней мере пять раз за последнее столетие. [4] Экспорт осадков во время этих событий увеличил концентрацию растворенных фосфатов, неорганического биодоступного азота и других питательных веществ, что привело к вредоносному цветению водорослей . [49]
Бассейн Кариако в Венесуэле использовался для изучения цикла органического материала в эвксиновых морских средах. [53] Увеличение производительности, совпадающее с постледниковой нагрузкой питательных веществ, вероятно, вызвало переход от кислородных к аноксическим и впоследствии эвксиновым условиям около 14,5 тысяч лет назад. [54] Высокая производительность на поверхности приводит к выпадению твердых органических веществ под поверхность, где сохраняются аноксические, сульфидные условия. [53] Органическое вещество в этом регионе окисляется сульфатом, производя восстановленную серу (H2S ) в качестве побочного продукта. Свободная сера существует глубоко в толще воды и на глубине до 6 м в осадке. [53]