Введение
Районы морской воды, пресной воды или грунтовых вод, которые исчерпаны растворенным кислородом Аноксические воды - это районы морской воды, пресной воды или грунтовых вод, которые исчерпаны растворенным кислородом. Геологическая служба США определяет аноксичные грунтовые воды как те, в которых концентрация растворенного кислорода составляет менее 0,5 миллиграмма на литр. Аноксичные воды можно сравнить с гипоксическими водами, в которых мало (но не недостаточно) растворенного кислорода. Это состояние обычно встречается в районах, где ограничен обмен водой. В большинстве случаев кислород не может достичь более глубоких уровней благодаря физическому барьеру, а также выраженному стратификации плотности, в которой, например, более тяжелые гиперсолевые воды находятся на дне бассейна. Аноксические состояния возникают, если скорость окисления органического вещества бактериями больше, чем подача растворенного кислорода. Аноксичные воды - это естественное явление, которое встречается на протяжении всей геологической истории. Пермское-триасовое вымирание, массовое вымирание видов из мировых океанов, возможно, было вызвано широко распространенными аноксическими условиями в сочетании с окислением океана, вызванным массовым выбросом углекислого газа в атмосферу Земли. Многие озера имеют постоянный или временный аноксический слой, созданный дыханием, истощающим кислород на глубине, и тепловой стратификацией, препятствующей его пополнению. Аноксические бассейны существуют в Балтийском море, Черном море, в траншеи Кариако, в различных долинах фьордов и в других местах. Эвтрофикация, вероятно, увеличила масштабы аноксических зон в таких районах, как Балтийское море, Мексиканский залив и канал Худ в штате Вашингтон.
Anoxic waters are areas of sea water, fresh water, or groundwater that are depleted of dissolved oxygen. The US Geological Survey defines anoxic groundwater as those with dissolved oxygen concentration of less than 0.5 milligrams per litre. Anoxic waters can be contrasted with hypoxic waters, which are low (but not lacking) in dissolved oxygen. This condition is generally found in areas that have restricted water exchange. In most cases, oxygen is prevented from reaching the deeper levels by a physical barrier, as well as by a pronounced density stratification, in which, for instance, heavier hypersaline waters rest at the bottom of a basin. Anoxic conditions will occur if the rate of oxidation of organic matter by bacteria is greater than the supply of dissolved oxygen. Anoxic waters are a natural phenomenon, and have occurred throughout geological history. The Permian–Triassic extinction event, a mass extinction of species from the world's oceans, may have resulted from widespread anoxic conditions combined with ocean acidification driven by a massive release of carbon dioxide into Earth's atmosphere. Many lakes have a permanent or temporary anoxic layer created by respiration depleting oxygen at depth and thermal stratification preventing its resupply. Anoxic basins exist in the Baltic Sea, the Black Sea, the Cariaco Trench, various fjord valleys, and elsewhere. Eutrophication has likely increased the extent of anoxic zones in areas including the Baltic Sea, the Gulf of Mexico, and Hood Canal in Washington State.
Антоксические состояния, вызванные человеком
Эвтрофикация, приток питательных веществ (фосфатов/нитратов), часто являющийся побочным продуктом сельскохозяйственных стоков и сбросов сточных вод, может привести к большим, но недолговечным цветениям водорослей. Когда цветение заканчивается, мертвые водоросли опускаются на дно и разлагаются, пока не исчерпают весь кислород. Такой случай - Мексиканский залив, где происходит сезонная мертвая зона, которая может быть нарушена погодными явлениями, такими как ураганы и тропическая конвекция. Выбросы сточных вод, в частности, концентрированных питательных веществ "молой грязи", могут нанести особый ущерб разнообразию экосистем. Виды, чувствительные к аноксическим условиям, заменяются меньшим числом более выносливых видов, что уменьшает общую изменчивость пораженной области.
Ежедневные и сезонные циклы
Температура воды напрямую влияет на количество растворенного кислорода, которое она может содержать. Согласно закону Генри, по мере того как вода становится теплее, кислород становится менее растворимым в ней. Это свойство приводит к ежедневным аноксическим циклам в небольших географических масштабах и сезонным циклам аноксии в больших масштабах. Таким образом, водоемы более уязвимы для аноксических условий в самый жаркий период дня и в летние месяцы. Эта проблема может быть еще более усугублена вблизи промышленных сбросов, где теплая вода, используемая для охлаждения машин, менее способна удерживать кислород, чем бассейн, в который она выпускается. На ежедневные циклы также влияет активность фотосинтезирующих организмов. Отсутствие фотосинтеза в ночные часы в отсутствие света может привести к усилению аноксических состояний в течение ночи с максимумом вскоре после восхода солнца.
Биологическая адаптация
Реакция отдельных видов на эвтрофикацию может сильно различаться. Например, некоторые организмы, такие как первичные производители, могут очень быстро адаптироваться и даже процветать в аноксических условиях. Однако большинство организмов чрезвычайно чувствительны к незначительным изменениям уровня кислорода в воде. Проще говоря, если дышащему организму не хватает кислорода, его шансы на выживание уменьшаются. Поэтому эвтрофикация и аноксические условия в воде приводят к снижению биоразнообразия. Например, мягкий коралл Ксения Умбеллата может сопротивляться некоторым аноксическим условиям в течение короткого периода времени, но примерно через 3 недели средняя выживаемость снижается примерно до 81%, а около 40% выживших видов испытывают уменьшение размера, уменьшение окраски и нарушение структуры пиннат (Simancas Giraldo et al., 2021). Другой пример восприимчивого организма наблюдается у Сиднейского коклюша, Anadara trapezia. Обогащенные осадочные вещества оказывают смертельное и сублетальное воздействие на этот коклы, и, как указано в [Vadillo Gonzalez et al., 2021], "движение коклов уменьшилось в обогащенных осадочных веществах по сравнению с естественными методами лечения". Это лишь несколько примеров из сотен тысяч водных видов, которые существуют, но эти и другие примеры показывают важные результаты. В исследовании, в котором было собрано более 850 опубликованных экспериментов, "сообщалось о порогах кислорода и/или сроках летальности для в общей сложности 206 видов, охватывающих весь таксономический диапазон бентовых метазоанов". Отдельные виды будут иметь различные адаптивные реакции на аноксические условия, основанные на их биологическом составе и состоянии их среды обитания. В то время как некоторые из них способны накачивать кислород с более высокого уровня воды в осадок, другие адаптации включают в себя специфические гемоглобины для среды с низким содержанием кислорода, медленное движение для снижения скорости метаболизма и симбиотические отношения с анаэробными бактериями. Во всех случаях преобладание избыточных питательных веществ приводит к низкому уровню биологической активности и низкому уровню разнообразия видов, если область обычно не является аноксичной.