Эвксиния или эвксиновые состояния возникают, когда вода одновременно бескислородна и сульфидна. Это означает отсутствие кислорода (О 2 ) и повышенный уровень свободного сероводорода (H 2 S). Эвксинские водоемы часто сильно стратифицированы; имеют кислородный, 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] Эвксиновые глубокие воды являются ключевым компонентом океана Кэнфилд , модели океанов в течение части протерозойского эона (части, известной как « Скучный миллиард »), предложенной американским геологом Дональдом Кэнфилдом в 1998 году. [2] В научном сообществе до сих пор ведутся споры о продолжительности и частоте эвксинных состояний в древних океанах. [3] Эвксиния сравнительно редко встречается в современных водоемах, но все же 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 обсуждаются. [4] Первоначальная модель заключалась в том, что она была достаточно постоянной в течение примерно миллиарда лет. [2] Некоторые метаанализы ставят под сомнение то, как устойчивые эвксинные условия были основаны на относительно небольших отложениях черных сланцев 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 , ни в атмосфере, ни в океане было мало свободного кислорода. [5] Первоначально считалось, что океан накопил кислород вскоре после того, как это сделала атмосфера, но эта идея была оспорена Кэнфилдом в 1998 году, когда он предположил, что вместо того, чтобы окисляться глубокие слои океана, они становятся сульфидными. [2] Эта гипотеза частично основана на исчезновении полосчатых железных образований из геологических записей 1,8 миллиарда лет назад. Кэнфилд утверждал, что, хотя в атмосферу поступает достаточно кислорода, чтобы разрушить сульфиды в континентальных породах, его недостаточно для смешивания с глубинами океана. [2] Это приведет к образованию бескислородного глубокого океана с повышенным потоком серы с континентов. Сера выводила ионы железа из морской воды, в результате чего образовывался сульфид железа (пирит), часть которого в конечном итоге была захоронена. Когда основным океаническим восстановителем вместо железа стал сульфид, глубоководные воды стали эвксиновыми. [1] Это стало тем, что известно как океан Кэнфилда , модель, подкрепленная увеличением присутствия δ 34 S в осадочном пирите [2] и обнаружением свидетельств первых сульфатных эвапоритов . [6]
Аноксия и сульфидные состояния часто встречаются вместе. В бескислородных условиях анаэробные сульфатредуцирующие бактерии превращают сульфат в сульфид, создавая сульфидные условия. [4] Появление этого метаболического пути было очень важно в донасыщенных кислородом океанах, поскольку адаптация к обитаемой или «токсичной» среде, подобной этой, могла сыграть роль в диверсификации ранних эукариот и простейших в дофанерозое. [4]
Эвксиния время от времени встречается и сегодня, в основном в меромиктических озерах и подоконниках, таких как Черное море и некоторые фьорды. [1] В наше время это редкость; менее 0,5% сегодняшнего морского дна является эвксинным. [4]
Основными требованиями для формирования эвксинных условий являются отсутствие кислорода ( О 2 ), а также наличие сульфат-ионов (SO 4 2- ), органического вещества (СН 2 О) и бактерий , способных восстанавливать сульфат до сероводорода ( Н 2 С). [1] Бактерии используют окислительно-восстановительный потенциал сульфата в качестве окислителя и органического вещества в качестве восстановителя для выработки химической энергии посредством клеточного дыхания . Интересующие химические соединения можно представить с помощью реакции:
2CH 2 O + SO 4 2− → H 2 S + 2HCO 3 −
В приведенной выше реакции сера восстанавливается с образованием побочного продукта сероводорода, характерного соединения, присутствующего в воде в эвксиновых условиях. Хотя сульфатредукция происходит в водах по всему миру, большинство современных водных сред обитания насыщены кислородом за счет фотосинтетического производства кислорода и газообмена между атмосферой и поверхностными водами. Восстановление сульфатов в этих средах часто ограничивается донными отложениями, которые имеют сильный окислительно-восстановительный градиент и становятся бескислородными на некоторой глубине ниже границы раздела осадок-вода . В океане скорость этих реакций не ограничена. Архивировано 15 марта 2017 г. на Wayback Machine сульфатом, который присутствовал в больших количествах во всем океане в течение последних 2,1 миллиарда лет. [6] Великое событие оксигенации увеличило концентрацию кислорода в атмосфере , так что окислительное выветривание сульфидов стало основным источником сульфатов в океане. [7] [8] Несмотря на то, что в растворе присутствует большое количество сульфат-ионов, большинство бактерий не используют их преимущественно. Восстановление сульфата не дает организму столько энергии, сколько восстановление кислорода или нитратов , поэтому концентрации этих других элементов должны быть почти равны нулю, чтобы сульфатредуцирующие бактерии могли вытеснить аэробные и денитрифицирующие бактерии . В большинстве современных условий эти условия возникают только в небольшой части отложений, что приводит к недостаточной концентрации сероводорода для образования эвксиновых вод. [4]
Условия, необходимые для образования устойчивой эвксинии, включают бескислородную воду , высокий уровень питательных веществ и стратифицированную толщу воды. [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 выявлены в ходе исследований геологических данных в соответствующих местах. [9] [10] [11] [12] На формирование стратифицированных бескислородных вод с высоким содержанием питательных веществ влияет целый ряд явлений глобального и локального масштаба, таких как наличие ловушек для питательных веществ и потепление климата. [1]
Для того чтобы эвксинные условия сохранялись, петля положительной обратной связи должна поддерживать экспорт органических веществ в придонные воды и восстановление сульфатов в бескислородных условиях. Экспорт органических веществ обусловлен высоким уровнем первичной продукции в фотической зоне , поддерживаемой постоянным поступлением питательных веществ в кислородные поверхностные воды. Естественный источник питательных веществ, таких как фосфат ( PO3−
4), происходит в результате выветривания горных пород и последующего переноса растворенных питательных веществ реками. [13] В ловушке с питательными веществами повышенное поступление фосфатов из рек, высокие темпы переработки фосфатов из отложений и медленное вертикальное перемешивание в толще воды позволяют сохранять эвксинные условия. [14]
Расположение континентов со временем менялось из-за тектоники плит , в результате чего батиметрия океанских бассейнов также менялась с течением времени. Форма и размер бассейнов влияют на характер циркуляции и концентрацию питательных веществ в них. Численные модели , моделирующие расположение континентов в прошлом, показали, что в определенных сценариях могут образовываться ловушки питательных веществ, увеличивающие локальные концентрации фосфатов и создавая потенциальные эвксинные условия. [1] В меньших масштабах подоконники часто действуют как ловушки для питательных веществ из-за их устьевой циркуляции . [14] Эстуарная циркуляция происходит там, где поверхностные воды пополняются за счет речного стока и осадков, вызывая отток поверхностных вод из бассейна, в то время как глубинные воды попадают в бассейн через порог. Этот тип циркуляции позволяет формировать в бассейне бескислородную придонную воду с высоким содержанием питательных веществ. [1]
Стратифицированные воды в сочетании с медленным вертикальным перемешиванием необходимы для поддержания эвксинных условий. [1] Стратификация возникает, когда две или более водных масс разной плотности занимают один и тот же бассейн. В то время как менее плотные поверхностные воды могут обмениваться газом с богатой кислородом атмосферой, более плотные придонные воды сохраняют низкое содержание кислорода. В современных океанах термохалинная циркуляция и апвеллинг не позволяют океанам поддерживать бескислородные придонные воды. В подоконном 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 проникновения плотной соленой воды богатая питательными веществами придонная вода поднимается вверх, вызывая повышение продуктивности на поверхности, что еще больше усиливает ловушку питательных веществ за счет биологической откачки . Повышение уровня моря может усугубить этот процесс, увеличивая количество глубоководных вод, попадающих в затопленный бассейн, и усиливая циркуляцию в эстуариях. [15] [16]
Потепление климата повышает температуру поверхности вод, что влияет на многие аспекты образования эвксиновых вод. По мере того, как вода нагревается, растворимость кислорода снижается , что позволяет легче образовывать глубокие бескислородные воды. [17] Кроме того, более теплая вода вызывает усиление дыхания органических веществ, что приводит к дальнейшему истощению кислорода. Более высокие температуры усиливают гидрологический цикл, увеличивая испарение из водоемов, что приводит к увеличению количества осадков. Это вызывает более высокие темпы выветривания горных пород и, следовательно, более высокие концентрации питательных веществ в речных стоках. Питательные вещества позволяют повысить продуктивность, что приводит к образованию большего количества морского снега и, как следствие, к снижению содержания кислорода в глубоких водах из-за увеличения дыхания. [1]
Вулканизм также был предложен как фактор создания эвксинических условий. Углекислый газ (CO 2 ), выделяющийся при вулканическом выделении, вызывает глобальное потепление , которое оказывает каскадное воздействие на формирование эвксиновых условий. [1] [16]
Черные сланцы представляют собой богатые органическими веществами микрослоистые осадочные породы, часто связанные с аноксией придонных вод. [18] Это связано с тем, что аноксия замедляет разложение органического вещества, обеспечивая его большее захоронение в отложениях. Другое свидетельство бескислородного захоронения черного сланца включает отсутствие биотурбации , а это означает, что в осадке не было организмов, зарывающихся в осадки, потому что не было кислорода для дыхания. [4] Также должен быть источник органических веществ для захоронения, как правило, в результате производства вблизи кислородной поверхности. Во многих статьях, обсуждающих древние эвксинные события, присутствие черных сланцев используется в качестве предварительного показателя бескислородных придонных вод, но их присутствие само по себе не указывает на эвксинию или даже на сильную аноксию. [18] Как правило, геохимические исследования необходимы для получения более точных данных об условиях. [4] [18]
Некоторые исследователи изучают появление эвксинии в древних океанах, потому что тогда она была более распространена, чем сегодня. Поскольку древние океаны невозможно наблюдать напрямую, ученые используют геологию и химию, чтобы найти доказательства в осадочных породах , образовавшихся в эвксинных условиях. Некоторые из этих методов основаны на изучении современных образцов эвксинии, а другие основаны на геохимии. [18] Хотя современные эвксинные среды имеют общие геохимические свойства с древними эвксиновыми океанами, физические процессы, вызывающие эвксинию, скорее всего, различаются между ними. [1] [4] [18]
Соотношения стабильных изотопов можно использовать 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 отложений во время захоронения. [19]
Изотопы серы часто используются для поиска доказательств древней эвксинии. Низкое значение δ 34 S в черных сланцах и осадочных породах является положительным свидетельством эвксиновых условий формирования. Пирит (FeS 2 ) в эвксиновых 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+ с образованием FeS 2 , который затем частично сохраняется в осадках. В большинстве современных систем сульфат со временем становится лимитирующим, и изотопные массы серы как в сульфате, так и в сульфиде (сохраняющемся в виде FeS 2 ) становятся равными. [1]
Молибден (Мо), наиболее распространенный ион переходного металла в современной морской воде, также используется для поиска доказательств существования 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 выпадает в осадок в виде окситиомолибдата (MoO 4-x S x 2– ). [18] [20] [21] Соотношение изотопов молибдена (δ 97/95 Mo) в эвксиновых 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 обсуждается. [4]
В эвксиновых условиях 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 твердых форм этих элементов, чем фоновая морская вода. [1] Например, молибден и другие микроэлементы становятся нерастворимыми в бескислородных и сульфидных условиях, поэтому со временем морская вода обедняется микроэлементами в условиях стойкой эвксинии, а сохранившиеся отложения относительно обогащаются молибденом и другими микроэлементами. [18] [24]
Такие бактерии, как зеленые серные бактерии и пурпурные серные бактерии , которые существуют там, где фотическая зона перекрывается с эвксинными водными массами, оставляют пигменты в отложениях. Эти пигменты можно использовать для выявления перенесенных эуксинических состояний. [1] Пигменты, используемые для идентификации прошлого присутствия зеленых серобактерий, представляют собой хлоробактан и изорениератен . [25] Пигментами, используемыми для идентификации прошлого присутствия пурпурных серобактерий, является окенан . [26]
Пирит (FeS 2 ) – минерал, образующийся в результате реакции сероводорода (H 2 S) и биореактивного железа (Fe 2+ ). В кислородных придонных водах пирит может образовываться только в осадках, содержащих H 2 S. Однако в богатых железом эвксинных средах образование пирита может происходить с более высокой скоростью как в толще воды, так и в отложениях из-за более высоких концентраций H 2 S. [14] [18] Поэтому о наличии эвксинных условий можно судить по отношение железа, связанного с пиритом, к общему железу в осадках. Высокие содержания железа, связанного с пиритом, можно использовать как индикатор прошлых эвксиновых состояний. [9] [27] Аналогично, если >45% биореактивного железа в отложениях связано с пиритом, то можно предположить бескислородные или эвксиновые условия. [14] Несмотря на свою полезность, эти методы не обеспечивают окончательного доказательства существования эвксинии, поскольку не все эвксиновые воды содержат одинаковые концентрации доступного биореактивного железа. [14] Было обнаружено, что эти отношения присутствуют в современном эвксинском Черном море. [10]
Протерозой — это переходная эра между бескислородными и насыщенными кислородом океанами. Классическая модель состоит в том, что конец полосчатых железных образований (BIF) произошел из-за закачки кислорода в глубокие глубины океана, что примерно на 0,6 миллиарда лет отстает от Великого события оксигенации . [28] Кэнфилд, однако, утверждал, что аноксия длилась гораздо дольше, и конец полосчатых железных образований произошел из-за введения сульфида. [2] В подтверждение первоначальной гипотезы Кэнфилда можно отметить, что в группе Анимике в Канаде были обнаружены осадочные отложения возрастом 1,84 миллиарда лет, которые демонстрируют близкую к полной пиритизацию на вершине последней из полосчатых железных формаций, что свидетельствует о переходе к эвксиновым состояниям в этом бассейн. [29] Для того, чтобы произошла полная пиритизация, почти весь сульфат в воде был восстановлен до сульфида, который отделил железо от воды, образуя пирит. Поскольку этот бассейн был открыт океану, глубокая эвксиния интерпретировалась как широко распространенное явление. [29] Предполагается, что эта эвксиния существовала примерно 0,8 миллиарда лет назад, что делает эвксинию дна бассейна потенциально широко распространенной особенностью на территории « Скучного миллиарда» . [29]
Дополнительные доказательства наличия эвксинии были обнаружены в бассейне Макартура в Австралии, где был обнаружен аналогичный химический состав 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 серобактерий и пурпурных серобактерий в той же области, что дает дополнительные доказательства восстановления сульфата до сероводорода. [30]
Изотопы молибдена использовались для изучения распространения эвксинии в протерозое и позволяют предположить, что, возможно, эвксиния не была так широко распространена, как первоначально предполагал Кэнфилд. Придонные воды могли быть скорее субкислородными, чем бескислородными, и могла существовать отрицательная обратная связь между эвксинией и высокими уровнями поверхностной первичной продукции, необходимой для поддержания эвксинных условий. [31] Дальнейшие исследования показали, что начиная с 700 миллионов лет назад (поздний протерозой) и далее, глубокие океаны, возможно, на самом деле были бескислородными и богатыми железом, а условия были аналогичны тем, которые существовали во время формирования BIF. [3] [32]
Есть свидетельства многочисленных эвксинических событий в фанерозое. Наиболее вероятно, что эвксиния была периодической в палеозое и мезозое, но геологические данные слишком скудны, чтобы делать какие-либо крупномасштабные выводы. В этом эоне есть некоторые свидетельства того, что эвксинные события потенциально связаны с событиями массового вымирания, включая поздний девон и пермь-триас . [1]
Периодическое присутствие эвксинных условий в нижнем кембрии подтверждается данными, обнаруженными на платформе Янцзы в Южном Китае. Изотопы серы во время перехода от протерозоя к фанерозою свидетельствуют о широком распространении эвксинии, возможно, продолжавшейся на протяжении всего кембрийского периода. [33] К концу нижнего кембрия эвксиновый хемоклин становился глубже, пока эвксиния не присутствовала только в отложениях, а как только сульфат стал ограничивающим, условия стали бескислородными, а не эвксиновыми. Некоторые области в конечном итоге стали кислородными, а другие на какое-то время вернулись к эвксинным. [34]
Геологические записи палеозоя в бассейне Селвин на севере Канады также продемонстрировали доказательства эпизодической стратификации и смешивания, где с помощью δ 34 S было определено, что сероводород преобладает над сульфатом . [35] Хотя первоначально это не было связано с эвксинией, дальнейшие исследования показали, что морская вода в то время, вероятно, имела низкую концентрацию сульфата, а это означает, что сера в воде была в основном в форме сульфида. Это в сочетании с богатыми органическими веществами черными сланцами является убедительным доказательством существования эвксинии. [36]
Аналогичные свидетельства имеются в черных сланцах средней части континента Северной Америки девона и раннего Миссисипи. Изорениератен , пигмент, известный как заместитель бескислородной фотозоны, был обнаружен в геологических записях Иллинойса и Мичигана. [11] Хотя эти события и присутствовали, они, вероятно, были эфемерными и длились недолго. [37] Подобные периодические свидетельства существования эвксинии также можно найти в сланцах Санбери в Кентукки. [12]
Свидетельства существования эвксинии также были связаны с событиями Келлвассера в период позднего девонского вымирания. Эвксиния в бассейновых водах на территории нынешней Центральной Европы (Германия, Польша и Франция) сохранялась на протяжении части позднего девона и, возможно, распространилась на мелководье, способствуя вымиранию вида. [38]
Возможно, в каменноугольном периоде был период насыщения кислородом придонных вод , скорее всего, между позднедевонским вымиранием и пермско-триасовым вымиранием, и в этот момент эвксиния была бы очень редкой в палеоокеанах. [28]
Пермско -триасовое вымирание также может иметь некоторую связь с эвксинией: гиперкапния и токсичность сероводорода привели к гибели многих видов. [39] Присутствие биомаркера анаэробного фотосинтеза зелеными серными бактериями было обнаружено в период от перми до раннего триаса в осадочных породах как в Австралии, так и в Китае, а это означает, что эвксинные условия распространялись довольно мелко в толще воды, способствуя вымиранию. и, возможно, даже замедлило восстановление. [40] Однако неясно, насколько широко распространенной была эвксиния фотозоны в этот период. Разработчики моделей предположили, что из-за условий окружающей среды аноксия и сульфиды могли быть подняты из глубокого обширного эвксинового резервуара в областях апвеллинга , но стабильные круговоротные области оставались кислородными. [41]
Мезозой хорошо известен своими особыми океаническими бескислородными событиями (OAE), которые привели к захоронению слоев черного сланца. Хотя эти ОАЭ не являются самостоятельными доказательствами эуксинии, многие из них содержат биомаркеры, которые поддерживают образование эуксинии. [1] Опять же, доказательства не универсальны. ОАЭ, возможно, стимулировали распространение существующих эвксиний, особенно в регионах апвеллинга или полуограниченных бассейнах, но эвксиния фотической зоны наблюдалась не везде. [1]
В осадочной летописи кайнозойского периода обнаружено несколько эпизодов эвксинии. [1] С конца мелового периода ОАЭ, наиболее вероятно, что придонные воды океана оставались кислородными. [28]
Эвксиновые условия почти исчезли из среды открытого океана Земли, но несколько небольших примеров все еще существуют сегодня. Многие из этих мест имеют общие биогеохимические характеристики. [1] Например, в эвксинных водоемах распространены низкие скорости опрокидывания и вертикального перемешивания общей толщи воды. [1] Небольшое соотношение площади поверхности к глубине позволяет формировать несколько стабильных слоев, ограничивая при этом ветровое опрокидывание и термохалинную циркуляцию. [1] Кроме того, ограниченное смешивание усиливает стратифицированные слои с высокой плотностью питательных веществ, которые укрепляются за счет биологической переработки. [1] Внутри хемоклина высокоспециализированные организмы, такие как зеленые серные бактерии, используют преимущества сильного градиента окислительно-восстановительного потенциала и минимального солнечного света. [1]
Черное море — широко используемая современная модель для понимания биогеохимических процессов, происходящих в эвксинных условиях. [42] Считается, что он отражает условия протоокеана Земли и, таким образом, помогает в интерпретации океанических прокси. [42] Отложения Черного моря содержат окислительно-восстановительные реакции на глубине десятков метров по сравнению с одним сантиметром в открытом океане. [43] Эта уникальная особенность важна для понимания поведения окислительно-восстановительного каскада в эвксиновых условиях. [43]
Единственной связью между открытым океаном и Черным морем является пролив Босфор , через который завозятся плотные средиземноморские воды. [43] Впоследствии многочисленные реки, такие как Дунай , Дон , Днепр и Днестр , сливают пресную воду в Черное море, которое плавает поверх более плотной средиземноморской воды, создавая сильный стратифицированный водный столб. [42] Эта стратификация поддерживается сильным пикноклином , который ограничивает вентиляцию глубоких вод и приводит к образованию промежуточного слоя, называемого хемоклином , резкой границей, отделяющей кислородные поверхностные воды от бескислородных придонных вод, обычно на глубине от 50 до 100 м, [44] с межгодовыми вариации, связанные с крупномасштабными изменениями температуры. [43] Над хемоклином существуют хорошо перемешанные кислородные условия, а ниже преобладают сульфидные условия. [43] Поверхностный кислород и сульфид глубинных вод не перекрываются посредством вертикального смешивания, [45] но горизонтальный унос кислородсодержащих вод и вертикальное смешивание окисленного марганца с сульфидными водами могут происходить вблизи входа в пролив Босфор. [43] Оксиды марганца и железа, вероятно, окисляют сероводород вблизи хемоклина, что приводит к уменьшению концентрации H 2 S по мере приближения к хемоклину снизу.
Меромиктические озера представляют собой слабоперемешанные и бескислородные водоемы с сильной вертикальной стратификацией. [1] Хотя меромиктические озера часто относят к категории водоемов с потенциалом существования эвксинии, во многих из них эвксиния не наблюдается. 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 накопленных токсичных газов из бескислородных придонных вод, таких как CO 2 [46] и H 2 S, особенно из эвксинных меромиктических озер. В достаточно высокой концентрации эти лимнические взрывы могут быть смертельными для людей и животных, как, например, катастрофа на озере Ньос в 1986 году. [48]
В некоторых фьордах развивается эвксиния, если выход к открытому океану ограничен, как в случае с Черным морем. Это сужение препятствует смешиванию относительно плотной, богатой кислородом океанической воды с придонной водой фьорда, что приводит к образованию стабильных стратифицированных слоев во фьорде. [1] Талая вода низкой солености образует линзу пресной воды низкой плотности поверх более плотной массы придонной воды. Наземные источники серы также являются важной причиной эвксинии во фьордах. [49]
Этот фьорд родился как ледниковое озеро, отделившееся от открытого океана (Северного моря), когда оно было поднято во время отскока ледников. [1] Неглубокий канал (глубиной 2 метра) был вырыт в 1850 году и обеспечивал краевую связь 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, а во фьорде самый высокий уровень сероводорода в бескислородном морском мире. [50] [1] Как и в Черном море, вертикальное перекрытие кислорода и серы ограничено, но снижение H 2 S при приближении к хемоклину снизу указывает на окисление H 2 S, которое приписывают оксидам марганца и железа. , фотоавтотрофные бактерии и унос кислорода по горизонтали от границ фьорда. [51] Эти процессы окисления аналогичны тем, которые происходят в Черном море.
В новейшей истории через канал произошло два сильных случая проникновения морской воды (1902 и 1942 годы). [1] Вторжения морской воды во фьорды вытесняют плотную, соленую, богатую кислородом воду в обычно бескислородные сульфидные придонные воды эвксиновых фьордов. [52] Эти события приводят к временному нарушению хемоклина, увеличивая глубину, на которой обнаруживается H 2 S. Распад хемоклина приводит к тому, что H 2 S реагирует 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 масштабах бассейна. [52] В частности, событие 1942 года было достаточно сильным, чтобы химически восстановить подавляющее большинство кислорода и поднять хемоклин до границы раздела воздух-вода. [52] Это вызвало временное состояние полной аноксии во фьорде и привело к резкой смертности рыбы. [52]
Этот фьорд отмечен очень подвижным хемоклином, глубина которого, как полагают, связана с температурными эффектами. [4] Местные сообщения о сильном запахе тухлых яиц (запах серы) в течение многих лет вокруг фьорда свидетельствуют о том, что, как и во фьорде Фрамварен, хемоклин прорывался на поверхность фьорда как минимум пять раз за последнее столетие. [4] Вынос отложений 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 круговорота органического материала в эвксинной морской среде. [53] Увеличение продуктивности, совпадающее с послеледниковой нагрузкой питательных веществ, вероятно, вызвало переход от кислородных к бескислородным, а затем к эвксинным условиям около 14,5 тысяч лет назад. [54] Высокая продуктивность на поверхности приводит к дождю из твердых частиц органического вещества, попадающему в недра, где сохраняются бескислородные и сульфидные условия. [53] Органическое вещество в этом регионе окисляется сульфатом, образуя восстановленную серу (H 2 S) в качестве побочного продукта. Свободная сера существует глубоко в толще воды и на глубине до 6 м в осадке. [53]