在海洋缺氧

我们都非常清楚,缺氧导致迅速死亡,这是真正的不只是我们自己的物种几乎整个有机世界。确实有极少数的例外,如厌氧细菌,它们的能量来自减少硫化物、硫酸盐的繁荣在缺乏自由氧。(因为这些生物不留下化石记录他们为地质侦探提供任何线索。)今天大气中从不缺少氧气,除了人为封闭条件,但缺氧可以在某些致命的海洋环境,因此必须探索作为一个可能的因素导致灭绝。

混合与大气风确保海洋的表层水,深度达到最大的风暴浪,总是包含大量的氧气。大多数今天的各大海洋和陆缘海含氧在他们的深度,但在某些情况下可能发生缺氧较低地区的海洋。一些热带海洋的部分地区,例如,氧含量随深度直到附近的海底,在电流的影响下由冷水从南极洲,氧含量增加。这产生了一个区域海洋中称为氧最小区域。快速深海环流今天最终由南极极地冰的存在,这是强烈的海水温度梯度的主要原因从热带到极点。

地球历史上长期可观极地冰盖缺乏,许多地质学家认为,在那些时间纬度的洋流更缓慢。深海必须很大程度上是缺乏氧气,如果不是完全缺乏氧气(缺氧)。(海水与一个或多个内容毫升每升水叫做氧化的氧气;0.1毫升或少即是缺氧;对于任何中间值水dysoxic。)

某些地区的海床上覆水缺乏氧气丰富的有机物主要来自浮游生物。这是因为没有足够的氧气存在促进正常有氧衰变。有两个思想流派关于有机浓缩的原因。一方面,支持初级生产力高刺激的高生产力的模型有机浓缩营养的来源。在这个模型中,低氧(dysoxic)底水可能发生的状况,因为更高的需氧量有机物的腐烂造成的;然而,缺氧是视为一个结果,而不是原因,增加的数量的有机物质。相比之下,保存模型设想缺氧(缺氧或缺氧)是增强的原因条件下有机质的保存并不高效。溶解氧是提供的利率底水通常被认为是被强烈的密度界面的存在(密度跃层)内水柱。这个接口可以水柱的稳定分层的结果,以最小的混合。稳定分层可以不同盐度的结果或温度的差异; waters of lower salinity and waters at higher temperatures are both less dense than saltier or cooler waters. In the Black Sea, for example, the influx of fresh water from major Russian and Ukrainian rivers results in the development of a change in salinity with depth (a halocline). A stable stratification is ensured by the fact that the shallow sill of the Bosphorus inhibits free circulation with the Mediterranean. There are many other marine settings, however, in which a zone of rapidly changing density and temperature, a thermocline, has developed in stably stratified waters because of contrasts in temperature. Where a substantial part of the water column is anoxic it is termed euxinic (a word derived from the ancient Greek name for the Black Sea).

近岸缺氧通常是发达在夏天现代大陆架海域更深的水域,当水被困在一个夏天密度跃层(温跃层或盐跃层)成为缺氧由于浮游生物的衰败。生产力时效果尤为强烈刺激的引入高水平的人类起源的营养物质,或人为营养涌入。重大后果的大量涌入可能的大规模屠杀的生物生活在海底,海底,或者游泳接近海底,nektobenthos。在正常情况下氧气重新在冬季风暴造成强烈的海水混合。生活可以再次繁荣下赛季开始的时候。不难看到,在稍微改变情况下这样的年度更新可能不会发生。如果缺氧持续足够长的时间在一个足够大的领域,大量的灭绝可能接踵而来。

我们如何认识海洋缺氧的证据(缺氧或缺氧)地层记录吗?最特色的存款了缺氧条件下广泛被称为黑色页岩,尽管他们不一定是黑色或页岩。那些小的有机物可能不会比灰色暗,和一些存款钙质足以称为泥灰土甚至石灰岩。最高度显著特征的黑色页岩沉积纹理,这可能在某些情况下代表年度层。这种纹理被摧毁,如果氧气存在于水域底部,因为氧气支持底栖生活,包括各种动物的洞穴沉积物中翻腾起来。任何有机物质可能最初出现在沉积物然后大部分吃或否则输了氧化。

黑色页岩是特别感兴趣的工业地质学家,因为他们是碳氢化合物的烃源岩构成液体石油和气体甲烷,我们社会所依赖严重的能源供应。固体化合物组成沉积物中的有机物质统称为干酪根。下限0.4%有机碳通常被认为是必要的岩石作为源床,但大多数认可来源床含有0.8 - -2%,最好的最重要的干酪根高达10%。结果从大量的积累和分解浮游生物。在哪里死亡的有机物到达海底所需的组分生烃只保留如果水基本上是缺氧。从有机质干酪根的变化发生后埋葬浅深下降到1000米,温度高达50°C。更深的葬礼和加热(在1000 - 6000和50 - 175°C)干酪根的大分子分解成较小的低分子量的碳氢化合物。氧气正在迅速失去了脱水和损失的二氧化碳(CO2)和水和二氧化碳的结果是最初的产品。在更高的温度下挥发物和液体石油产品发展。在适当的结构设置天然气和石油将通过迁移和在地层多孔岩石称为积累储层岩石等待发现和提取,钻孔的钻探,在陆地上或在海床上。

黑色页岩为古生物学家也有很大的魅力。虽然他们可能是海底的贫瘠,活跃的游泳者在水中列上方缺氧区等足类动物、鱼类和爬行动物下降到海底沉积物中死后,往往保存完好,因为没有拾荒者在海床上消费肉或干扰的骨头。也没有就强底流打扰后仍然埋葬。因此大多数最好的海洋脊椎动物化石的例子,可以看到在我们的博物馆来自黑色页岩。

提供的一个很好的例子是低侏罗纪伊页岩(Posidonienschiefer在德国)

图6.1一个极好地保存鱼龙,一个游泳爬行动物,从侏罗纪伊获的页岩,德国西南部。不是只有骨头被食腐动物死后脱节,但最初的轮廓柔软的部分保存为黑色碳质膜。

图6.1一个极好地保存鱼龙,一个游泳爬行动物,从侏罗纪伊获的页岩,德国西南部。不是只有骨头被食腐动物死后脱节,但最初的轮廓柔软的部分保存为黑色碳质膜。

德国巴登-符腾堡州的状态。极好的标本著名的爬行动物被称为鱼龙和蛇颈龙,加上海洋鳄鱼和许多鹦鹉螺和箭石,可以看到在斯图加特的壮观的博物馆,这是完全致力于古生物学、以及博物馆获的小镇,靠近著名的采石场。许多鱼龙的全身轮廓保存碳质表面(图6.1)。我们可以推断出鳍和尾巴的存在不仅揭示了骨骼轮廓。这个特殊的保存证明了一个完整的缺乏之间的干扰沉降的尸体和其最终埋葬。Posi-donia页岩的脊椎动物是著名不比美丽的鱼从始新世绿河怀俄明州的形成,而出现在著名的化石在世界各地的商店。在这种情况下定金在一个湖泊而不是在海里。它是一个浅灰色泥灰质的石灰石而不是黑色页岩,但它也被沉积在缺氧条件下,展示了被解释为年度薄片。

黑色页岩的沉积记录包含大量的例子。他们在数量上超过其他类型的存款在完全充氧底水域,他们经常导致层间的随时间变化的环境在或接近大海的床上。沉积学的和palaeoecological标准允许氧化的区别,dysoxic,缺氧的环境(图6.2)。氧化或氧化的底水通常表现为多样性和丰富的底栖生活,包括生物生活在和上面层内的海底。那些生活在沉积物可能深深的洞穴,从而产生各种痕迹化石。沉积物-生物扰动作用的干扰强烈,任何原始沉积纹理迅速摧毁。少氧化,dysoxic,底水较低有机多样性和丰富;动物洞穴沉积物中的深度是更少;和各种各样的“infaunal”跟踪化石是减少。越来越糟糕的含氧条件消失所指的底栖生物和纹理的外观;唯一的化石是那些已经死去的自游生物和浮游生物。

还有许多的矿物学和地球化学标准确定水体中存在缺氧的沉积。黄铁矿(铁二硫化物,FeS2)是黑色页岩的矿物特征。已经形成的交互与硫化氢的铁,这是硫酸盐还原细菌的产物在厌氧或缺氧条件下操作。一个重要的资格必须应用,然而,使用海水缺氧的黄铁矿视为沉积物中不同于一个缺氧的环境。所有的细粒度沉积物最终岩化页岩和泥岩成为缺氧在很短的距离在湿地中因为氧气消耗有机衰变不补充,硫化氢是由硫酸盐还原细菌。这可以很容易地识别等潮汐滩涂的英格兰东部的洗。下面一层薄薄的褐色表层含有氧化铁是一个厚带彩色蓝黑色,高度散发出独特的和令人不快的“臭鸡蛋”H2S的味道。黄铁矿形成的一个重要结果是在缺氧条件下沉积物沉积后的一段时间在正常氧化的水域。

图6.2三oxygen-related生物相的示意图表示。为了减少底层水氧化水平的这些都是(1)氧化的,(2)dysoxic,和(3)缺氧。注意减少多样性、洞穴直径和深度内的生物结构,减少氧化区2。区域3的特点是层压在海底沉积物贫穷;区2部分叠层或裂变与有限的海底沉积物:区1×彻底生物扰动沉积物丰富的底栖生物,包括各种积极的挖掘工。

区分缺氧和氧化的底水的关键因素是黄铁矿晶体的聚集的大小。在缺氧的水域,有一个严重的限制的大小分钟聚集的黄铁矿微球粒,水柱中已形成的,因此一个好的指标死水的条件。黄铁矿聚集在细颗粒的沉积物沉积在氧化的水域沉积物中生长更大的大小和往往是肉眼可见。

铁的地球化学也强烈控制所谓的氧化还原条件(氧化和还原程度的一个指标)在沉积。没有不必要的细节,一个索引称为黄铁矿化的程度可用于确定oxygen-restricted沉积的量。索引不能,然而,通常区分dysaerobic dysoxic条件下地层沉积和死水的地层下形成低硫化物的水柱。另一个无机地球化学测量是沉积物中铀的数量。铀和钍发出伽马射线,因此可以使用便携式γ射线光谱仪在野外测量页岩中的钍和铀的浓度。Th / U的比值小于2通常意味着在dysoxic或缺氧条件下沉积。这是因为铀不溶于高度减少(缺氧)条件但溶于氧化条件,而钍是不受氧化还原条件和影响仍然不溶性。有机化学也有它的使用。内的化学isorenieratene形式只有在缺氧的条件下透光区海的地区,由光渗透。只在浅水Isorenier-atene必须形成。

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