Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жер мұхиттарындағы оттегінің тарихи кему оқиғалары
Historic oxygen depletion events in Earth's oceans
Аноксиялық оқиға – Жер мұхиттарының кең аумақтарында еріген оттегінің (O2) азаюына байланысты, уытты, эуксин (аноксиялық және сульфидті) сулардың пайда болу кезеңін сипаттайды. Аноксиялық оқиғалар миллиондаған жылдар бойы болмағанмен, геологиялық жазбалар олардың бұрын көп рет орын алғанын көрсетеді. Аноксиялық оқиғалар бірнеше жаппай жойылумен сәйкес келді және оларға себеп болуы мүмкін. Бұл жаппай жойылулардың кейбіреулерін геобиологтар биостратиграфиялық жас анықтауда уақыт белгілері ретінде пайдаланады. Дегенмен, креда кезеңінің ортасынан қалған кең таралған түрлі қара шифер қабаттары аноксиялық оқиғаларды көрсетеді, бірақ олар жаппай жойылумен байланысты емес. Көптеген геологтар мұхит аноксиялық оқиғаларының мұхит ағындарының баяулауымен, климаттың жылынуымен және парниктік газдардың деңгейінің артуымен тығыз байланысты екенін санайды. Зерттеушілер эуксинияның негізгі сыртқы себебі ретінде вулканизмнің күшеюін (CO2 шығарылымын) қарастырады. Голоцен дәуіріндегі адам қызметі, мысалы, шаруашылықтардан және кәріз суларынан қоректік заттардың шығарылуы, әлемнің әртүрлі аймақтарында салыстырмалы түрде шағын өлген аймақтардың пайда болуына себеп болады. Британдық океанолог және атмосфера ғалымы Эндрю Уотсон толыққанды мұхит аноксиясының пайда болуына "мыңдаған жылдар қажет" дейді. Қазіргі климаттың өзгеруі мұндай оқиғаға әкелуі мүмкін деген идея Кумптың гипотезасы деп те аталады.
An anoxic event describes a period wherein large expanses of Earth's oceans were depleted of dissolved oxygen (O2), creating toxic, euxinic (anoxic and sulfidic) waters. Although anoxic events have not happened for millions of years, the geologic record shows that they happened many times in the past. Anoxic events coincided with several mass extinctions and may have contributed to them. These mass extinctions include some that geobiologists use as time markers in biostratigraphic dating. On the other hand, there are widespread, various black shale beds from the mid Cretaceous which indicate anoxic events but are not associated with mass extinctions. Many geologists believe oceanic anoxic events are strongly linked to the slowing of ocean circulation, climatic warming, and elevated levels of greenhouse gases. Researchers have proposed enhanced volcanism (the release of CO2) as the "central external trigger for euxinia." Human activities in the Holocene epoch, such as the release of nutrients from farms and sewage, cause relatively small scale dead zones around the world. British oceanologist and atmospheric scientist Andrew Watson says full scale ocean anoxia would take "thousands of years to develop." The idea that modern climate change could lead to such an event is also referred to as Kump's hypothesis,
Өмірбаян
Мұхит аноксиялық оқиғасы (МАО) тұжырымдамасы алғаш рет 1976 жылы Сеймур Шлангер (1927–1990) және геолог Хью Дженкинс ұсынған. Бұл идея Тынық мұхитындағы «Терең теңіз бұрғылау жобасы» (DSDP) жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде пайда болды. Крестарий кезеңіне жататын шөгінділерде, су астындағы жанартаулық платоларда (мысалы, Шатский қыраты, Манихики қыраты) жинақталған, көміртегіге бай қара шиферлер табылды. Олардың жасы Атлант мұхитындағы ұқсас, ядролық сынамалармен және Еуропадағы, әсіресе әктас тастармен қапталған Апенниннің геологиялық жазбаларындағы белгілі шығындылармен сәйкес келді. Сонымен қатар, жүргізілген егжей-тегжейлі органикалық-геохимиялық зерттеулер, көк күкірт бактерияларынан пайда болатын (биомаркерлер деп аталатын) молекулалардың бар екенін көрсетті.
The concept of the oceanic anoxic event (OAE) was first proposed in 1976 by Seymour Schlanger (1927–1990) and geologist Hugh Jenkyns and arose from discoveries made by the Deep Sea Drilling Project (DSDP) in the Pacific Ocean. The finding of black, carbon rich shales in Cretaceous sediments that had accumulated on submarine volcanic plateaus (e. g. Shatsky Rise, Manihiki Plateau), coupled with their identical age to similar, cored deposits from the Atlantic Ocean and known outcrops in Europe—particularly in the geological record of the otherwise limestone dominated Apennines Furthermore, detailed organic geochemical studies have recently revealed the presence of molecules (so called biomarkers) that derive from both purple sulfur bacteria
Екінші гипотеза, мұхит аноксиялық оқиғалары мұхиттардың құнарлылығындағы үлкен өзгерістерді көрсетеді. Бұл өзгерістер коколиттер мен фораминиферлер сияқты кальцийлі планктонның есебінен, органикалық қабықшалы планктонның (бактерияларды қоса алғанда) көбеюіне әкелді. Органикалық заттардың мөлшерінің артуы, оттегінің аз концентрацияланған аймағын кеңейтіп, күшейтеді, соның салдарынан шөгінді жазбаларына енетін органикалық көміртек мөлшері артады. Бұл механизм, мұхиттардың жарықтандырылған қабаттарында тіршілік ететін фитопланктонға нитрат, фосфат және мүмкін темір сияқты еріген қоректік заттардың қосымша мөлшерде түсуін қажет етеді. Мұндай арту үшін, құрлықтан келген қоректік заттардың жылдам ағыны және күшті жоғары көтерілу, сонымен қатар, жаһандық климаттың үлкен өзгерістері қажет. Карбонат шөгінділеріндегі және қазбалардағы оттегі изотоптарының арақатынасы, сондай-ақ қазбалардағы магний/кальций арақатынасының геохимиялық мәліметтері, барлық маңызды мұхит аноксиялық оқиғалар жылу максимумымен байланысты екенін көрсетеді. Бұл осы кезеңдерде жаһандық ауа райының өзгеру жылдамдығы мен мұхиттарға қоректік заттардың ағынының артуы мүмкін екенін көрсетеді. Шындығында, оттегінің еритіндігінің төмендеуі фосфаттардың босатылуына әкеледі, мұхитты қоректендіріп, өнімділікті арттырады, демек, оттегіге сұраныс артады – бұл оң кері байланыс арқылы оқиғаның жалғасуын қамтамасыз етеді. Метанның көп мөлшері әдетте континенттік платолардағы жер қыртысында, метан гидратының қосылыстарынан тұратын көптеген шөгінділердің бірінде сақталады. Метан гидраты – мұз сияқты, метан мен судың қатты тұнбаланған қоспасы. Метан гидраттары салқын температура мен жоғары (терен) қысымда тұрақталғандықтан, ғалымдар тектоникалық оқиғаларға байланысты кішігірім газ шығару оқиғаларын байқады. Зерттеулер табиғи газдың үлкен мөлшерде шығарылуын болжайды, бірақ бұрынғы мысалдар триас, перм, девон (Келвассер оқиғасы), ордовик және кембрий кезеңдерінде болған деп саналады. Палеоцен-эоцен термиялық максимумы (ПЭТМ), жаһандық температураның өсуімен және кейбір шельф теңіздеріндегі органикалық бай шиферлердің жиналуымен сипатталған, мұхит аноксиялық оқиғаларымен көптеген ұқсастықтарды көрсетеді. Әдетте, мұхит аноксиялық оқиғалары толық қалпына келуден бұрын миллион жылдан кем уақытқа созылады.
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. Vast quantities of methane are normally locked into the Earth's crust on the continental plateaus in one of the many deposits consisting of compounds of methane hydrate, a solid precipitated combination of methane and water much like ice. Because the methane hydrates are unstable, except at cool temperatures and high (deep) pressures, scientists have observed smaller outgassing events due to tectonic events. Studies suggest the huge release of natural gas but earlier examples have been suggested to have occurred in the late Triassic, Permian, Devonian (Kellwasser event), Ordovician and Cambrian. The Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM), which was characterized by a global rise in temperature and deposition of organic rich shales in some shelf seas, shows many similarities to oceanic anoxic events. Typically, oceanic anoxic events lasted for less than a million years, before a full recovery.
Салдарлар
Мұхиттық оттегісіздену оқиғаларының көптеген маңызды салдары болды. Олар палеозой және мезозой дәуірлерінде теңіз организмдерінің жаппай қырылуына себепкер болды деп саналады. Ерте Тоарк және Ценоман-Турондық оттегісіздену оқиғалары, негізінен теңіз тіршілік нысандарының Тоарк және Ценоман-Турондық жойылу оқиғаларымен сәйкес келеді. Ықтимал атмосфералық әсерлерден өзге, терең су тұрғындарының көпшілігі оттегі тек беткі қабаттарға ғана сіңетін мұхитқа бейімделе алмады. Мұхиттық оттегісіздену оқиғаларының экономикалық тұрғыдан маңызды салдары – көптеген мезозойлық мұхиттардағы жағдайлар әлемдік мұнай және табиғи газ қорының көп бөлігінің қалыптасуына көмектесті. Мұхиттық оттегісіздену оқиғасы кезінде органикалық заттардың жиналуы және сақталуы қалыпты жағдайдан әлдеқайда артық болды, бұл планетаның көптеген аймақтарында мұнайдың потенциалды көздері болатын тау жыныстарының пайда болуына жағдай жасады. Осының салдарынан, мұнайдың көздерінің 70 пайызы мезозой дәуіріне, ал тағы 15 пайызы жылы палеоген кезеңіне жатады: тек суық кезеңдерде ғана локальды масштабтан басқа жерлерде мұнай көздерінің қалыптасуына қолайлы жағдайлар сирек кездеседі.
Oceanic anoxic events have had many important consequences. It is believed that they have been responsible for mass extinctions of marine organisms both in the Paleozoic and Mesozoic. The early Toarcian and Cenomanian Turonian anoxic events correlate with the Toarcian and Cenomanian Turonian extinction events of mostly marine life forms. Apart from possible atmospheric effects, many deeper dwelling marine organisms could not adapt to an ocean where oxygen penetrated only the surface layers. An economically significant consequence of oceanic anoxic events is the fact that the prevailing conditions in so many Mesozoic oceans has helped produce most of the world's petroleum and natural gas reserves. During an oceanic anoxic event, the accumulation and preservation of organic matter was much greater than normal, allowing the generation of potential petroleum source rocks in many environments across the globe. Consequently, some 70 percent of oil source rocks are Mesozoic in age, and another 15 percent date from the warm Paleogene: only rarely in colder periods were conditions favorable for the production of source rocks on anything other than a local scale.
Атмосфералық әсерлері
2005 жылы Ли Кумп, Александр Павлов және Майкл Артур ұсынған модель мұхит аноксиялық оқиғаларының өте улы сутек сульфиді газына толы судың жоғары көтерілуімен сипатталғанын көрсетеді, одан кейін бұл газ атмосфераға тараған. Бұл құбылыс өсімдіктер мен жануарларды улап, жаппай қырылуға әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, сутек сульфиді атмосфераның жоғарғы қабаттарына көтеріліп, әдетте күннің қауіпті ультракөк сәулесін тоқтатып тұратын озон қабатына зиян келтірген деген болжам бар. Озон қабатының жұқаруынан ультракөк сәулеленудің күшеюі өсімдіктер мен жануарлардың жойылуын одан әрі күшейткен болар еді. Перм-триас жойылу оқиғасын тіркеген шөгінділердегі қазба споралары ультракөк сәулеленуге сәйкес келетін деформацияларды көрсетеді. Бұл деректер, жасыл күкірт бактерияларының қазба биомаркерлерімен бірге, осы процестің сол жаппай қырылу оқиғасында және, мүмкін, басқа да қырылу оқиғаларында рол атқарғанын көрсетеді. Бұл жаппай қырылудың себебі көмірқышқыл газы деңгейінің миллионға 1000 бөлікке дейін өсуінен туындаған мұхиттың жылынуы болып көрінеді.
A model put forward by Lee Kump, Alexander Pavlov and Michael Arthur in 2005 suggests that oceanic anoxic events may have been characterized by upwelling of water rich in highly toxic hydrogen sulfide gas, which was then released into the atmosphere. This phenomenon would probably have poisoned plants and animals and caused mass extinctions. Furthermore, it has been proposed that the hydrogen sulfide rose to the upper atmosphere and attacked the ozone layer, which normally blocks the deadly ultraviolet radiation of the Sun. The increased UV radiation caused by this ozone depletion would have amplified the destruction of plant and animal life. Fossil spores from strata recording the Permian–Triassic extinction event show deformities consistent with UV radiation. This evidence, combined with fossil biomarkers of green sulfur bacteria, indicates that this process could have played a role in that mass extinction event, and possibly other extinction events. The trigger for these mass extinctions appears to be a warming of the ocean caused by a rise of carbon dioxide levels to about 1000 parts per million.
Мұхит химиясының әсері
Қысқылтегі деңгейінің төмендеуі теңіз суында тотығу-тотықсыздануға сезімтал металдардың концентрациясының артуына алып келеді деп күтілуде. Теңіз түбіндегі шөгінділердегі темір-манганий оксигидроксидтерінің оттегі аз жағдайда редуктивті еруі осы металдарды және олармен байланысты іздік металдарды босатады. Мұндай шөгінділерде сульфатты азайту барий сияқты басқа металдардың шығарылуына себеп болуы мүмкін. Ауыр металдарға толы, оттегісіз терең су континенттік шельфке еніп, оттегі деңгейінің жоғарылауымен кездескенде, кейбір металдардың шөгінді түзілуі, сондай-ақ жергілікті флора мен фаунаның улануы орын алған болуы мүмкін. Силурдың ортаңғы Придоли оқиғасында Fe, Cu, As, Al, Pb, Ba, Mo және Mn деңгейлерінің артуы байқалады; бұл хитинозойлар мен басқа микропланктон түрлерінің деформациялану жиілігінің күрт өсуімен байланысты, бұл металлдың уытты әсерінен болуы мүмкін. Осыған ұқсас металл байыту Силурдың ортасындағы Иревикен оқиғасының шөгінділерінде де анықталған.
Reduced oxygen levels are expected to lead to increased seawater concentrations of redox sensitive metals. The reductive dissolution of iron–manganese oxyhydroxides in seafloor sediments under low oxygen conditions would release those metals and associated trace metals. Sulfate reduction in such sediments could release other metals such as barium. When heavy metal rich anoxic deep water entered continental shelves and encountered increased O2 levels, precipitation of some of the metals, as well as poisoning of the local biota, would have occurred. In the late Silurian mid Pridoli event, increases are seen in the Fe, Cu, As, Al, Pb, Ba, Mo and Mn levels in shallow water sediment and microplankton; this is associated with a marked increase in the malformation rate in chitinozoans and other microplankton types, likely due to metal toxicity. Similar metal enrichment has been reported in sediments from the mid Silurian Ireviken event.
Қырыққабат
Сульфидтік (немесе эвсиникалық) жағдайлар, бүгінде көптеген су объектілерінде – тоғандардан бастап Қара теңіз сияқты құрлықты қоршап тұрған Жерорта теңіздеріне дейін кездеседі, әсіресе Кредалық Атлантикада кең таралған, бірақ әлемдік мұхиттың басқа да бөліктеріне тән болды. Мұзсыз теңіздегі осы супер парниктік әлемдерде мұхит сулары кейбір кезеңдерде одан да жоғары болған. Аталған уақыт аралығында континенттік плиталар жақсы бөлінген деп саналады, ал бүгінгі таулар (көбінесе) болашақ тектоникалық құбылыстар болды – яғни, жалпы ландшафттар әдетте төменірек болды. Тіпті жартылай супер парниктік климаттар да итальяндық геолог Раймондо Селли (1916–1983) есімімен байланысты, және одан кейін су эрозиясының өте қарқынды дәуірі болды. OAE1a шамамен 1.0–1.3 миллион жылға созылған. OAE2-нің ұзақтығы Қытайдың оңтүстік Тибетіндегі OAE2 аралығының жоғары ажыратымды зерттеуіне сүйене отырып, шамамен 820 мың жыл деп бағаланады. Егер Кредалық OAE-лерді типтік локалитеттер арқылы көрсетуге болады десек, онда Италияның Апеннин тауларындағы Губбио қаласының жанындағы түрлі түсті саз тастар мен қызғылт және ақ әктастардағы қабатталған қара шиферлердің керемет көріністері ең жақсы үміткерлер болып табылады. Губбио маңындағы 1 метрлік қара шифер, 1891 жылы оны алғаш сипаттаған ғалымның құрметіне «Livello Bonarelli» деп аталады. Крей дәуіріндегі басқа кезеңдерде де (Валангиан, Гаутерив, Альбиан және Кониак-Сантония кезеңдерінде) шағын мөлшердегі аноксиялық оқиғалар болған деген болжам бар, бірақ олардың шөгінділік жазбалары, органикалық заттарға бай қара шиферлер арқылы бейнеленгендей, көбінесе Атлантика және оған жақын аймақтарда кездеседі. Кейбір зерттеушілер оларды жаһандық өзгерістерге емес, жергілікті жағдайларға байланыстырады.
Sulfidic (or euxinic) conditions, which exist today in many water bodies from ponds to various land surrounded mediterranean seas such as the Black Sea, were particularly prevalent in the Cretaceous Atlantic but also characterised other parts of the world ocean. In an ice free sea of these supposed super greenhouse worlds, oceanic waters were as much as higher, in some eras. During the timespans in question, the continental plates are believed to have been well separated, and the mountains as they are known today were (mostly) future tectonic events—meaning the overall landscapes were generally much lower— and even the half super greenhouse climates would have been eras of highly expedited water erosion after the Italian geologist Raimondo Selli (1916–1983), and another at the Cenomanian–Turonian boundary (~93 Ma), also called the Bonarelli Event (or OAE2) OAE1a lasted for ~1.0 to 1.3 Myr. The duration of OAE2 is estimated to be ~820 kyr based on a high resolution study of the significantly expanded OAE2 interval in southern Tibet, China. Insofar as the Cretaceous OAEs can be represented by type localities, it is the striking outcrops of laminated black shales within the vari coloured claystones and pink and white limestones near the town of Gubbio in the Italian Apennines that are the best candidates. The 1 metre thick black shale at the Cenomanian–Turonian boundary that crops out near Gubbio is termed the 'Livello Bonarelli' after the scientist who first described it in 1891. 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 neighbouring areas, and some researchers relate them to particular local conditions rather than being forced by global change.
Юра дәуірі
Юра дәуірінен тіркелген жалғыз мұхиттық аноксиялық оқиға ерте тоарциан (~183 млн жыл бұрын) кезінде болды. Джеппсон (1990) полярлық судың температурасының төмен қарай ағып жатқан судың пайда болу орнын анықтайтын механизмін ұсынады. Егер жоғары ендіктегі сулар 5 °C-тан төмен болса, олар бату үшін жеткілікті тығыз болады; салқын болғандықтан, оттегі олардың суларында жоғары дәрежеде ерігіш болады және терең мұхит оттегімен толады. Егер жоғары ендіктегі сулар 5 °C-тан (41 °F) жоғары болса, олардың тығыздығы суық терең сулардың астына түсу үшін тым төмен. Сондықтан термохалиндік айналым тек тұздың артуынан туындаған тығыздық арқасында ғана жүзеге асырылуы мүмкін, ол булану жоғары болған жылы суларда қалыптасады. Бұл жылы су аз мөлшерде оттегі ерітеді және оның өндірілу көлемі аз болады, нәтижесінде терең суларда оттегі аз болатын жай айналым пайда болады. ), биотурбацияланған терең мұхиттар, ылғалды экватор және жоғары эрозия деңгейлерімен сипатталады және Иревикен және Лау оқиғалары сияқты жойылу оқиғаларымен аяқталады. Керісінше, мұхиттың тереңінен алынған шөгінділер әдетте граптолитті қара тақтатастар болатын, жылы және оттегіге толы "S эпизодтары" (секундо) үшін бұл дұрыс.
The only oceanic anoxic event documented from the Jurassic took place during the early Toarcian (~183 Ma). Jeppsson (1990) proposes a mechanism whereby the temperature of polar waters determines the site of formation of downwelling water. 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. ), 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.
Архей және протерозой
Жер тарихының көп бөлігінде мұхиттардың көп бөлігінде оттегі тапшы болған деп есептелді. Архей дәуірінде эвксиния көбінесе болмады, себебі мұхиттарда сульфаттың жеткіліксіздігі болды.
It has been thought that through most of Earth's history, oceans were largely oxygen deficient. During the Archean, euxinia was largely absent because of low availability of sulfate in the oceans,