Anoksijski događaj

Anoksijski događaji su nastali prilikom stvaranja okolinskih uvjeta u morskim i okeanskim vodama, koje je karakterizirala ekstremna oskudnost ili odsustvo kisika (O₂) u slojevima ispod površine. Prisutnost ovih anomalnih stratifikacijskih uvjeta voda utiče na sedimentaciju i dovodi do taloženja geoloških horizonata s osobitim karakteristikama (na primjer, nivo Bonarelli u gornjoj kredi ), koji čine stratigrafski izraz tih događaja. Na kamenjarima i sedimentima na kojima se prolazilo istraživanje nafte, ove su razine prepoznate kao jednakovrijedne na velikim površinama, što ukazuje na pojavu anoksičnih događaja na globalnoj razini.^[2]^[3]^[4]^[5]

Anoksijski događaji prvi su put prepoznati i dokumentirani u jurskim i krednim sedimentima, a potom iu paleozojskim (kambrijskim, ordovicijskim i devonskim ) sedimentima, te mezozojskim (trijaskim) i kenozojskim (paleocen, eocen). Ponekad se ovi događaji podudaraju sa masovnim izumiranjem ili značajnim smanjenjem biološke raznolikosti u morskom okruženju.

Karakteristike

Razine anoksije imaju litološke i teksturne karakteristike:

izvanredno obilje organske materije;
razvoj sumporovodika (H₂S) i obilje sulfida;
ekstremna oskudica ili odsutnost kalcij-karbonata;
visoka učestalost fosilnih organizama sa skeletom ili silicij skom školjkom (kao kod je Radiolaria );
prisustvo sedimentnih struktura (laminacije) koje organizme donjeg iskopa nisu poremetili ;
prisustvo fosila s organskim dijelovima koji su često izuzetno očuvani.

Izuzetno nakupljanje organske tvari (koje može doseći i nekoliko postotaka na ukupnom sedimentu), može se objasniti očuvanjem u uvjetima oskudice ili odsutnosti kisika, što sprječava njegovu oksidaciju.

Pod tim uvjetima, dolazi do raspada živih organizama pomoću anaerobnih bakterija, s razvojem sumporovodika, koji se u sedimentu može fiksirati u obliku sulfida (tipično željezni sulfida, poput pirita i markazita ). Uvjeti okoliša s pH kiseli; stvaraju se, dakle, nepovoljni uvjeti za očuvanje karbonata (kalcita i aragonita) koji čine skelete i školjke brojnih nektonskih i planktonskih organizama i koji se obično talože na morskom dnu dekantacijom. Silicij (SiO₂), nepropusan za sumporovodik, može se značajno akumulirati.

Konačno, prisutnost sumporovodika (vrlo toksičnog) u donjem sedimentu i u susjednom vodenom sloju, inhibira (ili blokira) razvoj organizama (omogućujući očuvanje sedimentnih struktura) i nekrofagnih organizama (na taj način omogućava očuvanje mehkih dijelova mrtvih organizama). Pojave fosilizacije često se javljaju zbog zamjene organizama ili dijelova organizama sulfidima (piritizacija). Anoksijske razinei često predstavljaju fosilne naslage od primarne važnosti za broj, raznolikost i stanje očuvanja fosila koji omogućavaju preciznu paleoekološku rekonstrukciju pronađenih zajednica faune ili flore. Među najpoznatijim ležištima ove vrste su Holzmadena (Njemačka), donje jure i italijanskog Besana, iz srednjeg trijasa, na području Varesea . U oba slučaja to su bituminozni "škriljevci“ (zapravo pravilnije bituminozna glina), bogati organskim ostacima, beskičmenjaka (mehkušci, rakovi, crvi) i kičmenjaka (ribe i gmizavci), ponekad s mehkim dijelovima sačuvanim u obliku ugljikova filma (poznati su ihtiosaura iz Holzmadena, u kojem je prepoznatljiv profil tijela i koji su omogućili preciznu rekonstrukciju ovih vrsta).

Anoksijske razine slojeva su često prilično tanke (uglavnom nekoliko metara debljine) zbog pojava rastvaranja i drastičnog smanjenja brzine akumulacije sedimenata, ali oni čine stratigrafski vodeće horizonte od velikog značaja, pošto su dobro prepoznatljivi na velikim površinama . Često i oni čine odlične izvorne stijene od ugljikovodika , koje bi mogle dovesti, pod odgovarajućim uvjetima temperature i uz prisustvo strukturnih ili stratigrafske zamke, do značajnog akumulacije nafte ili plina metana .

Uzroci i mehanizmi

Uzroci globalnih anoksijskih događaja još uvijek su nejasni i prilično kontroverzni. Generalno gledano, opaža se da se glavni dokumentirani anoksijski događaji (jurski i kredni) dešavaju u periodima s relativno vrućom klimom. Prosječna godišnja temperatura u tim periodima u historiji Zemlje sigurno je bila viša od sadašnje, što potvrđuje nekoliko studija o izotopskom sastavu kisika u karbonatnim sedimentima i u mineraliziranim školjkama različitih taksonomskih grupa (na primjer Foraminifera). Budući da je iz dostupnih studija koncentracija kisika u vodama obrnuto proporcionalna njihovoj temperaturi, vjerovatno je u tim razdobljima koncentracija kisika u okeanima bila u prosjeku niža od sadašnje, čime je povećana vjerovatnoća pojave anoksijskih epizoda. Međutim, kako ove epizode nisu generalizirane ili naročito česte, već su ograničene na razdoblja u trajanju od nekoliko stotina hiljada godina, potrebni su konkretniji uvjeti da bi se opravdalo njihovo prisustvo u sedimentnom zapisu. Do sada su postavljene dvije istraživačke hipoteze:^[6]

Prema prvoj, nakupljanje organske materije je u osnovi nastalo zbog njenog očuvanja nakon uspostavljanja "ograničenih" uvjeta, u odnosu na određene fiziografske uvjete morskog dna. To je ono što se danas događa u Crnom moru, gdje niz popratnih uzroka (velika dubina, prisustvo izraženog praga prema Sredozemnom moru, niska slanost površinskih voda zbog intenzivnog riječnog priliva) uzrokuje izrazitu raslojenost voda, s većim zamena na površinskom nivou sliva, a na dnu nema mešanja i stagnacije, uz razvoj euksinskih uvjeta. Međutim, ova hipoteza može objasniti lokalne događaje u slivovima ograničenog proširenja (poput Atlantskog okeana u krednom razdoblju, još uvijek u ranoj fazi otvaranja i relativno uskog, ili mediteranskog bazena za vrijeme krize mesijanske slanosti), ali ne i događaja otkrivenih globalno i u definitivno otvorenim kontekstima kao što su kontinentalne platforme ili okeanski platoi.
Prema drugoj hipotezi, pokretanje anoksijskih epizoda sastojalo bi se od naglog povećanja produktivnosti okeana, s eksplozivnim razvojem silicijevih fitoplanktonskih organizama (poput diatomeja) ili bez mineraliziranih dijelova, na štetu drugih skeletnih organizama ili krečnjačkih kućica kao što su kod Foraminifera i algi Coccolitofore . Slična pojava se također dešava i danas, iako na lokalnoj razini, u uzvišenim okeanima, gdje se duboke, hladne vode bogate mineralnim hranjivim tvarima izdižu na površinu. Slijedom toga, proliferacija fitoplanktonskih organizama stvara posebne naslage: silicijev talog (Diatomea i Radiolaria). Ubrzanje dotoka organske materije prema dnu i faktori koji proizlaze iz njegove razgradnje bi stoga doprinijeli potrošnji kisika u dubokim slojevima (uz ograničenu izmjenu vode), a samim tim i povećanju minimalne razine kisika u okeanima, sve veće količine organske materije koja se ne oksidira na dnu.

Međutim, ova vrsta pojava trenutno se događa samo u lokalnom kontekstu. Da bi se objasnilo tako generalizirano povećanje plodnosti u okeanima, potrebno je pretpostaviti povećanje priliva vodotopivih hranjivih sastojaka (poput nitrata i fosfata) izvedenih iz nastalih područja, uz istodobno pojačavanje uzbudljivih pojava dubokih voda i posljedično eksplozivnog širenja fitoplanktona u fotičnom području (sloj vode zahvaćen prodorom sunčeve svjetlosti). Međutim, takav okvir zahtijeva globalne klimatske varijacije. Studije izotopskog sastava kisika i omjera magnezij/kalcij u fosilima zapravo ukazuju na prisutnost toplinskih maksima u skladu s anoksijskim događajima jursko-krednog i paleocensko-eocenskog razdoblja, što bi moglo uzrokovati porast stope erozije u kontinentalnim područjima i posljedično porast protoka hranjivih sastojaka u okeane.^[7]^[8]

Prema nekim istraživanjima, zagrijavanje klime moglo bi biti povezano s cikličkim varijacijama zemaljskih orbitalnih parametara (ekscentričnost i nagnutost Zemljine orbitea, precesija ekvinocij): pozitivna interferencija različitih komponenti orbitalnog signala mogla je prouzrokovati porast energije, uključujući i solarnu energiju koju apsorbuje Zemlja i globalno klimatsko zagrijavanje. Ovo povećanje hranjivih sastojaka drugi objašnjavaju masovnim ispuštanjem ugljik-dioksida (CO₂) u atmosferu, nakon porasta vulkanske aktivnosti, što bi izazvalo porast efekta staklene bašte i globalno zagrijavanje klime. Prividna slučajnost povećanja vulkanske aktivnosti u nekim područjima (naprimjer, u pokrajini centralme atlantske magme sa glavnim događajima primijećeni u anoksijskoj donjoj juri (toarcia) i kredi (aptij i cenomana - turon), mogla djelimično potvrditi ova teorija.

U sadašnjem stanju spoznaje nema odlučujućih elemenata u korist jedne ili druge hipoteze (uostalom, sve sa širokim marginama neizvjesnosti i interpretacije).

Prekid anoksije

Kraj anoksijskog događaja desio se obnavljanjem uvjeta cirkulacije na okeanskom dnu. U slučaju lokalnih ili regionalnih anoksijskih događaja, prestanak takvih stanja može biti povezan s fiziografskim modifikacijama morskog (ili jezerskog) dna i uglavnom sa nestankom morfoloških pragova koji sprečavaju cirkulaciju vodenih masa. U slučaju globalnih događaja, obnova uvjeta oksigenacije može ovisiti o faktorima sličnim prethodnim, ali u većem obimu:

varijacije u raspodjeli nastalih zemljišta zbog tektonike ploča;
globalne promjene razine mora;
klimatske varijacije.

Konkretno, prestanak anoksijskog događaja brojni autori povezuju sa klimatskom promjenom proizvedenom pojavom inverzije stakleničkog efekta. U periodima maksimalne toplotne energije (koja se može podudarati s anoksijskim događajem), viša temperatura pogoduje prolasku CO₂ u rastvoru u oceanima. Ovaj fenomen, oduzimanjem CO₂ iz atmosfere, može dovesti do progresivnog smanjenja efekta staklene bašte i posljedičnog hlađenja klime. To bi imalo dvije važne posljedice:

veća jednostavnost u učvršćivanju kalcij-karbonata (CaCO₃) u organizmima sličnim školjkama ili u krečnjačkim skeletima, a posljedično njihovo širenje s povećanjem karbonatne produktivnosti, što bi dovelo do progresivnog fiksiranja ugljika u sedimentima u obliku karbonata. Ovaj fenomen, zajedno s progresivnim ukopom euksinskih sedimenata, doveo bi do oduzimanja ugljika iz sistema atmosfera-hidrosfera;
poboljšanje kapaciteta apsorpcije kisika u okeanskim vodama sa smanjenjem temperatura i posljedičnim porastom kisika u okeanima. Povećanje produktivnosti karbonata u stvari utvrđeno je nakon nekih važnih anoksijskih događaja, kao što su Toarciano i CenomanianTuronian.

Konačno, periodičnost orbitalnih parametara mogla bi dovesti do prestanka anoksijskih događaja koji pokreću epizodu klimatskog hlađenja.

Također pogledajte

Reference

^ Aquatic Dead Zones NASA Earth Observatory. Revised 17 July 2010. Retrieved 17 January 2010.
^ Timothy W. Lyons; Ariel D. Anbar; Silke Severmann; Clint Scott; Benjamin C. Gill (19. 1. 2009). "Tracking Euxinia in the Ancient Ocean: A Multiproxy Perspective and Proterozoic Case Study". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 37 (1): 507–53. Bibcode:2009AREPS..37..507L. doi:10.1146/annurev.earth.36.031207.124233. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)
^ Wignall, Paul B.; Richard J. Twitchett (24. 5. 1996). "Oceanic Anoxia and the End Permian Mass Extinction". Science. 5265. 272 (5265): 1155–1158. Bibcode:1996Sci...272.1155W. doi:10.1126/science.272.5265.1155. PMID 8662450.
^ Peters, Walters; Modowan K.E. (2005). The Biomarker Guide, Volume 2: Biomarkers and Isotopes in the Petroleum Exploration and Earth History. Cambridge University Press. str. 749. ISBN 978-0-521-83762-0.
^ Katja M Meyer; Lee R Kump (9. 1. 2008). "Oceanic euxinia in Earth history: Causes and consequences". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 36: 251–288. Bibcode:2008AREPS..36..251M. doi:10.1146/annurev.earth.36.031207.124256. Pristupljeno 11. 4. 2014. The central external trigger for euxinia is proposed to be enhanced volcanism (release of volcanic CO2), although other external forcings of the climate system could be imagined (changing solar luminosity, changes in continental configuration affecting ocean circulation and the stability of ice sheets.
^ Ward, Peter D. "Impact from the Deep". Scientific American. 2006 (October): 64–71. Arhivirano s originala, 14. 10. 2007. Pristupljeno 13. 1. 2020.
^ Vandenbroucke, T. R. A.; Emsbo, P.; Munnecke, A.; Nuns, N.; Duponchel, L.; Lepot, K.; Quijada, M.; Paris, F.; Servais, T.; Kiessling, W. (25. 8. 2015). "Metal-induced malformations in early Palaeozoic plankton are harbingers of mass extinction". Nature Communications. 6: 7966. doi:10.1038/ncomms8966. PMID 26305681.
^ Emsbo, P.; McLaughlin, P.; Munnecke, A.; Breit, G. N.; Koenig, A. E.; Jeppsson, L.; Verplanck, P. L. (novembar 2010). "The Ireviken Event: A Silurian OAE". 2010 GSA Denver Annual Meeting. 238-8. Pristupljeno 19. 9. 2015. Upotreblja se zastarjeli parametar |booktitle= (pomoć)

[1] Aquatic Dead Zones NASA Earth Observatory. Revised 17 July 2010. Retrieved 17 January 2010.

[2] Timothy W. Lyons; Ariel D. Anbar; Silke Severmann; Clint Scott; Benjamin C. Gill (19. 1. 2009). "Tracking Euxinia in the Ancient Ocean: A Multiproxy Perspective and Proterozoic Case Study". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 37 (1): 507–53. Bibcode:2009AREPS..37..507L. doi:10.1146/annurev.earth.36.031207.124233. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)

[3] Wignall, Paul B.; Richard J. Twitchett (24. 5. 1996). "Oceanic Anoxia and the End Permian Mass Extinction". Science. 5265. 272 (5265): 1155–1158. Bibcode:1996Sci...272.1155W. doi:10.1126/science.272.5265.1155. PMID 8662450.

[4] Peters, Walters; Modowan K.E. (2005). The Biomarker Guide, Volume 2: Biomarkers and Isotopes in the Petroleum Exploration and Earth History. Cambridge University Press. str. 749. ISBN 978-0-521-83762-0.

[Kump_2008-5] Katja M Meyer; Lee R Kump (9. 1. 2008). "Oceanic euxinia in Earth history: Causes and consequences". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 36: 251–288. Bibcode:2008AREPS..36..251M. doi:10.1146/annurev.earth.36.031207.124256. Pristupljeno 11. 4. 2014. The central external trigger for euxinia is proposed to be enhanced volcanism (release of volcanic CO2), although other external forcings of the climate system could be imagined (changing solar luminosity, changes in continental configuration affecting ocean circulation and the stability of ice sheets.

[6] Ward, Peter D. "Impact from the Deep". Scientific American. 2006 (October): 64–71. Arhivirano s originala, 14. 10. 2007. Pristupljeno 13. 1. 2020.

[Vandenbroucke2015-7] Vandenbroucke, T. R. A.; Emsbo, P.; Munnecke, A.; Nuns, N.; Duponchel, L.; Lepot, K.; Quijada, M.; Paris, F.; Servais, T.; Kiessling, W. (25. 8. 2015). "Metal-induced malformations in early Palaeozoic plankton are harbingers of mass extinction". Nature Communications. 6: 7966. doi:10.1038/ncomms8966. PMID 26305681.

[8] Emsbo, P.; McLaughlin, P.; Munnecke, A.; Breit, G. N.; Koenig, A. E.; Jeppsson, L.; Verplanck, P. L. (novembar 2010). "The Ireviken Event: A Silurian OAE". 2010 GSA Denver Annual Meeting. 238-8. Pristupljeno 19. 9. 2015. Upotreblja se zastarjeli parametar |booktitle= (pomoć)

[2]

[3]

[4]

[5]

[1]

[6]

[7]

[8]