Las condiciones de euxinia o euxinic ocurren cuando el agua es anóxica y sulfídica. Esto significa que no hay oxígeno (O 2 ) y un nivel elevado de sulfuro de hidrógeno libre (H 2 S). Los cuerpos de agua euxínicos están frecuentemente fuertemente estratificados, tienen una capa superficial delgada oxica, altamente productiva, y tienen agua de fondo anóxica y sulfídica. La palabra euxinia se deriva del nombre griego del Mar Negro (Εὔξεινος Πόντος ( Euxeinos Pontos )) que se traduce como "mar hospitalario". [1] El agua profunda euxínica es un componente clave del océano Canfield., un modelo de océanos durante el período Proterozoico (conocido como el Boring Billion ) propuesto por Donald Canfield , un geólogo estadounidense, en 1998. [2] Todavía existe un debate dentro de la comunidad científica sobre la duración y frecuencia de las condiciones euxínicas en el océanos antiguos. [3] Euxinia es relativamente rara en los cuerpos de agua modernos, pero todavía ocurre en lugares como el Mar Negro y ciertos fiordos .
Fondo
Euxinia se produjo con mayor frecuencia en los océanos antiguos de la Tierra, pero su distribución y frecuencia de aparición aún están en debate. [4] El modelo original era que era bastante constante durante aproximadamente mil millones de años. [2] Algunos metaanálisis han cuestionado cómo las condiciones euxínicas persistentes se basaron en depósitos de esquisto negro relativamente pequeños en un período en el que, en teoría, el océano debería haber estado preservando más materia orgánica. [1]
Antes de que ocurriera el Gran Evento de Oxigenación hace aproximadamente 2.300 millones de años, había poco oxígeno libre en la atmósfera o en el océano. [5] Originalmente se pensó que el océano acumulaba oxígeno poco después de que lo hiciera la atmósfera, pero Canfield desafió esta idea en 1998 cuando propuso que en lugar de que las profundidades del océano se oxidaran, se volvieran sulfídicas. [2] Esta hipótesis se basa parcialmente en la desaparición de las formaciones de hierro en bandas de los registros geológicos hace 1.800 millones de años. Canfield argumentó que, aunque ingresó suficiente oxígeno a la atmósfera para erosionar los sulfuros en las rocas continentales, no había suficiente oxígeno para mezclarse con las profundidades del océano. [2] Esto resultaría en un océano profundo anóxico con un mayor flujo de azufre de los continentes. El azufre eliminaría los iones de hierro del agua de mar, dando como resultado sulfuro de hierro (pirita), una parte del cual finalmente fue enterrada. Cuando el sulfuro se convirtió en el principal reductor oceánico en lugar del hierro, las aguas profundas se volvieron euxínicas. [1] Esto se ha convertido en lo que se conoce como el océano de Canfield , un modelo respaldado por el aumento en la presencia de δ 34 S en la pirita sedimentaria [2] y el descubrimiento de evidencia de las primeras evaporitas de sulfato . [6]
Anoxia y condiciones sulfídicas a menudo ocurren juntas. En condiciones anóxicas anaeróbicas, las bacterias reductoras de sulfato convierten el sulfato en sulfuro, creando condiciones sulfídicas. [4] El surgimiento de esta vía metabólica fue muy importante en los océanos preaxigenados porque las adaptaciones a ambientes habitables o "tóxicos" como este pueden haber jugado un papel en la diversificación de los primeros eucariotas y protozoos en el prefanerozoico. [4]
Euxinia todavía ocurre ocasionalmente hoy en día, principalmente en lagos meromícticos y cuencas con sedimentos como el Mar Negro y algunos fiordos. [1] Es raro en los tiempos modernos; menos del 0,5% del fondo marino actual es euxínico. [4]
Causas
Los requisitos básicos para la formación de condiciones euxínicas son la ausencia de oxígeno (O 2 ) y la presencia de iones sulfato (SO 4 2− ), materia orgánica (CH 2 O) y bacterias capaces de reducir el sulfato a sulfuro de hidrógeno ( H 2 S). [1] Las bacterias utilizan el potencial redox del sulfato como oxidante y la materia orgánica como reductor para generar energía química a través de la respiración celular . Las especies químicas de interés se pueden representar mediante la reacción:
2CH 2 O + SO 4 2− → H 2 S + 2HCO 3 -
En la reacción anterior, el azufre se ha reducido para formar el subproducto sulfuro de hidrógeno, el compuesto característico presente en el agua en condiciones euxínicas. Aunque la reducción de sulfato ocurre en las aguas de todo el mundo, la mayoría de los hábitats acuáticos modernos se oxigenan debido a la producción fotosintética de oxígeno y al intercambio de gases entre la atmósfera y el agua superficial. La reducción de sulfato en estos ambientes a menudo se limita a ocurrir en sedimentos del lecho marino que tienen un fuerte gradiente redox y se vuelven anóxicos a cierta profundidad por debajo de la interfaz sedimento-agua . En el océano, la velocidad de estas reacciones no está limitada por el sulfato, que ha estado presente en grandes cantidades en todos los océanos durante los últimos 2.100 millones de años. [6] El Gran Evento de Oxigenación aumentó las concentraciones de oxígeno atmosférico de tal manera que la meteorización oxidativa de los sulfuros se convirtió en una fuente importante de sulfato para el océano. [7] [8] A pesar de la abundancia de iones sulfato presentes en la solución, la mayoría de las bacterias no los utilizan preferentemente. La reducción de sulfato no le da tanta energía a un organismo como la reducción de oxígeno o nitrato , por lo que las concentraciones de estos otros elementos deben ser casi nulas para que las bacterias reductoras de sulfato puedan competir con las bacterias aeróbicas y desnitrificantes . En la mayoría de los entornos modernos, estas condiciones solo ocurren en una pequeña porción de sedimentos, lo que resulta en concentraciones insuficientes de sulfuro de hidrógeno para formar aguas euxínicas. [4]
Las condiciones requeridas para la formación de euxinia persistente incluyen aguas anóxicas , altos niveles de nutrientes y una columna de agua estratificada . [1] Estas condiciones no son exhaustivas y se basan en gran medida en observaciones modernas de euxinia. Las condiciones que conducen y desencadenan eventos euxínicos a gran escala, como el océano de Canfield , son probablemente el resultado de múltiples factores interrelacionados, muchos de los cuales se han inferido a través de estudios del registro geológico en ubicaciones relevantes. [9] [10] [11] [12] La formación de aguas anóxicas estratificadas con altos niveles de nutrientes está influenciada por una variedad de fenómenos a escala global y local, como la presencia de trampas de nutrientes y un clima cálido. [1]
Trampas de nutrientes
Para que las condiciones euxínicas persistan, un circuito de retroalimentación positiva debe perpetuar la exportación de materia orgánica a las aguas del fondo y la reducción de sulfato en condiciones anóxicas. La exportación de materia orgánica está impulsada por altos niveles de producción primaria en la zona fótica , respaldada por un suministro continuo de nutrientes a las aguas superficiales óxicas. Una fuente natural de nutrientes, como el fosfato ( PO3−
4), proviene del desgaste de las rocas y el transporte posterior de estos nutrientes disueltos a través de los ríos. [13] En una trampa de nutrientes, el aumento de la entrada de fosfato de los ríos, las altas tasas de reciclaje de fosfato de los sedimentos y la lenta mezcla vertical en la columna de agua permiten que persistan las condiciones euxínicas. [14]
Geografía
La disposición de los continentes ha cambiado con el tiempo debido a la tectónica de placas , lo que ha provocado que la batimetría de las cuencas oceánicas también cambie con el tiempo. La forma y el tamaño de las cuencas influyen en los patrones de circulación y la concentración de nutrientes dentro de ellas. Los modelos numéricos que simulan arreglos pasados de continentes han demostrado que las trampas de nutrientes se pueden formar en ciertos escenarios, aumentando las concentraciones locales de fosfato y creando posibles condiciones euxínicas. [1] A menor escala, las cuencas con sedimentos a menudo actúan como trampas de nutrientes debido a su circulación estuarina . [14] La circulación estuarina ocurre cuando el agua superficial se repone a partir de la entrada del río y la precipitación, lo que provoca una salida de las aguas superficiales de la cuenca, mientras que las aguas profundas fluyen hacia la cuenca por encima del umbral. Este tipo de circulación permite que el agua del fondo anóxica y rica en nutrientes se desarrolle dentro de la cuenca. [1]
Estratificación
Las aguas estratificadas, en combinación con una mezcla vertical lenta, son esenciales para mantener las condiciones euxínicas. [1] La estratificación ocurre cuando dos o más masas de agua con diferentes densidades ocupan la misma cuenca. Mientras que el agua superficial menos densa puede intercambiar gas con la atmósfera rica en oxígeno, las aguas del fondo más densas mantienen un bajo contenido de oxígeno. En los océanos modernos, la circulación termohalina y el afloramiento impiden que los océanos mantengan aguas del fondo anóxicas. En una cuenca sedimentada, las capas estratificadas estables solo permiten que el agua superficial fluya fuera de la cuenca, mientras que el agua profunda permanece anóxica y relativamente sin mezclar. Sin embargo, durante una intrusión de agua salada densa, el agua del fondo rica en nutrientes sube, lo que aumenta la productividad en la superficie, lo que mejora aún más la trampa de nutrientes debido al bombeo biológico . El aumento del nivel del mar puede exacerbar este proceso al aumentar la cantidad de agua profunda que ingresa a una cuenca sedimentada y mejorar la circulación del estuario. [15] [16]
Clima cálido
Un clima cálido aumenta las temperaturas superficiales de las aguas, lo que afecta múltiples aspectos de la formación de agua euxínica. A medida que las aguas se calientan, la solubilidad del oxígeno disminuye , lo que permite que se formen más fácilmente aguas anóxicas profundas. [17] Además, el agua más caliente provoca un aumento de la respiración de materia orgánica que conduce a un mayor agotamiento del oxígeno. Las temperaturas más altas mejoran el ciclo hidrológico, aumentando la evaporación de los cuerpos de agua, lo que resulta en un aumento de la precipitación. Esto provoca mayores tasas de meteorización de las rocas y, por lo tanto, mayores concentraciones de nutrientes en los desagües de los ríos. Los nutrientes permiten una mayor productividad, lo que da como resultado más nieve marina y, posteriormente, menos oxígeno en aguas profundas debido al aumento de la respiración. [1]
El vulcanismo también se ha propuesto como un factor en la creación de condiciones euxínicas. El dióxido de carbono (CO 2 ) liberado durante la desgasificación volcánica provoca un calentamiento global que tiene efectos en cascada sobre la formación de condiciones euxínicas. [1] [16]
Evidencia de eventos euxínicos
Pizarra negra
Las lutitas negras son rocas sedimentarias microlaminadas ricas en materia orgánica que a menudo se asocian con la anoxia del agua del fondo. Esto se debe a que la anoxia ralentiza la degradación de la materia orgánica, lo que permite un mayor enterramiento en los sedimentos. Otra evidencia del entierro anóxico de lutita negra incluye la falta de bioturbación , lo que significa que no había organismos excavando en el sedimento porque no había oxígeno para la respiración. [4] También debe haber una fuente de materia orgánica para el entierro, generalmente de producción cerca de la superficie óxica. Muchos artículos que discuten los eventos euxínicos antiguos utilizan la presencia de pizarra negra como un indicador preliminar de las aguas de fondo anóxicas, pero su presencia no indica en sí misma euxinia o incluso anoxia fuerte. Generalmente, se necesitan pruebas geoquímicas para proporcionar una mejor evidencia de las condiciones. [4]
Geoquímica
Algunos investigadores estudian la aparición de euxinia en océanos antiguos porque era más frecuente en ese entonces que en la actualidad. Dado que los océanos antiguos no se pueden observar directamente, los científicos usan la geología y la química para encontrar evidencia en rocas sedimentarias creadas bajo condiciones euxínicas. Algunas de estas técnicas provienen del estudio de ejemplos modernos de euxinia, mientras que otras se derivan de la geoquímica. Aunque los entornos euxínicos modernos tienen propiedades geoquímicas en común con los océanos euxínicos antiguos, es muy probable que los procesos físicos que causan la euxinia varíen entre los dos. [1] [4]
Isótopos
Se pueden utilizar proporciones de isótopos estables para inferir las condiciones ambientales durante la formación de la roca sedimentaria. Utilizando la estequiometría y el conocimiento de las vías redox , los paleogeólogos pueden utilizar las proporciones de isótopos de los elementos para determinar la composición química del agua y los sedimentos cuando se produjo el entierro. [18]
Los isótopos de azufre se utilizan con frecuencia para buscar evidencia de euxinia antigua. Un δ 34 S bajo en lutitas negras y rocas sedimentarias proporciona evidencia positiva de las condiciones de formación euxínica. La pirita (FeS 2 ) en las cuencas euxínicas típicamente tiene concentraciones más altas de isótopos ligeros de azufre que la pirita en el océano moderno. [1] La reducción de sulfato a sulfuro favorece los isótopos de azufre más ligeros ( 32 S) y se agota en los isótopos más pesados ( 34 S). Este sulfuro más ligero luego se une con Fe 2+ para formar FeS 2 que luego se conserva parcialmente en los sedimentos. En la mayoría de los sistemas modernos, el sulfato eventualmente se vuelve limitante y los pesos isotópicos del azufre tanto en el sulfato como en el sulfuro (conservados como FeS 2 ) se igualan. [1]
El molibdeno (Mo), el ion de metal de transición más común en el agua de mar moderna, también se usa para buscar evidencia de euxinia. [4] La meteorización de las rocas proporciona una entrada de MoO 4 2– en los océanos. En condiciones óxicas, el MoO 4 2– es muy poco reactivo, pero en entornos euxínicos modernos como el Mar Negro , el molibdeno se precipita como oxitiomolibdato (MoO 4 − x S x 2– ). [19] [20] La proporción de isótopos para el molibdeno (δ 97/95 Mo) en sedimentos euxínicos parece ser más alta que en condiciones óxicas. [19] Además, la concentración de molibdeno se correlaciona frecuentemente con la concentración de materia orgánica en sedimentos euxínicos. [4] El uso de Mo para indicar euxinia aún está en debate. [4]
Enriquecimiento de elementos traza
En condiciones euxínicas, algunos oligoelementos como Mo, U, V, Cd, Cu, Tl, Ni, Sb y Zn se vuelven insolubles. [21] [22] Esto significa que los sedimentos euxínicos contendrían más de la forma sólida de estos elementos que el agua de mar de fondo. [1] Por ejemplo, el molibdeno y otros metales traza se vuelven insolubles en condiciones anóxicas y sulfídicas, por lo que con el tiempo el agua de mar se agota de metales traza en condiciones de euxinia persistente, y los sedimentos conservados están relativamente enriquecidos con molibdeno y otros oligoelementos. [23]
Biomarcadores orgánicos
Las bacterias como las bacterias de azufre verde y las bacterias de azufre púrpura , que existen donde la zona fótica se superpone con las masas de agua euxínica, dejan pigmentos en los sedimentos. Estos pigmentos se pueden usar para identificar afecciones euxínicas pasadas. [1] Los pigmentos utilizados para identificar la presencia pasada de bacterias de azufre verde son clorobactano e isorenierateno . [24] Los pigmentos utilizados para identificar la presencia pasada de bacterias de azufre púrpura es el okenano . [25]
Geoquímica del hierro
La pirita (FeS 2 ) es un mineral formado por la reacción de sulfuro de hidrógeno (H 2 S) y hierro biorreactivo (Fe 2+ ). En aguas de fondo óxicas, la pirita solo se puede formar en sedimentos donde está presente H 2 S. Sin embargo, en ambientes euxínicos ricos en hierro, la formación de pirita puede ocurrir a tasas más altas tanto en la columna de agua como en los sedimentos debido a concentraciones más altas de H 2 S. [14] Por lo tanto, la presencia de condiciones euxínicas puede inferirse por la proporción de pirita -Hierro unido al hierro total en sedimentos. Se pueden usar altas proporciones de hierro unido a pirita como indicador de condiciones euxínicas pasadas. [9] [26] De manera similar, si> 45% del hierro biorreactivo en los sedimentos está ligado a pirita, entonces se pueden inferir condiciones anóxicas o euxínicas. [14] Si bien son útiles, estos métodos no proporcionan una prueba definitiva de la euxinia porque no todas las aguas euxínicas tienen las mismas concentraciones de hierro biorreactivo disponible. [14] Se ha descubierto que estas relaciones están presentes en el mar Negro euxínico moderno. [10]
Eventos euxínicos en la historia de la Tierra
Proterozoico
El Proterozoico es la era de transición entre océanos anóxicos y oxigenados. El modelo clásico es que el final de las formaciones de hierro en bandas (BIF) se debió a la inyección de oxígeno en las profundidades del océano, un retraso de aproximadamente 600 millones de años con respecto al Gran Evento de Oxigenación . [27] Canfield, sin embargo, argumentó que la anoxia duró mucho más, y el final de las formaciones de hierro en bandas se debió a la introducción de sulfuro. [2] Respaldando la hipótesis original de Canfield, se han encontrado registros sedimentarios de 1,84 mil millones de años en el grupo Animike en Canadá que exhiben una piritización casi completa en la parte superior de la última de las formaciones de hierro en bandas, lo que muestra evidencia de una transición a condiciones euxínicas en que cuenca. [28] Para que ocurriera la piritización completa, casi todo el sulfato en el agua se redujo a sulfuro, que quitó el hierro del agua, formando pirita. Debido a que esta cuenca estaba abierta al océano, la euxinia profunda se interpretó como un fenómeno generalizado. [28] Se supone que esta euxinia duró hasta hace unos 800 millones de años, lo que hace que la euxinia del fondo de la cuenca sea una característica potencialmente extendida en todo el Boring Billion . [28]
Se descubrió más evidencia de euxinia en la cuenca McArthur en Australia, donde se encontró una química del hierro similar. El grado de piritización y el δ 34 S fueron altos, lo que respalda la presencia de anoxia y sulfuro, así como el agotamiento del sulfato. [14] Un estudio diferente encontró biomarcadores para bacterias de azufre verde y bacterias de azufre púrpura en la misma área, proporcionando más evidencia de la reducción de sulfato a sulfuro de hidrógeno. [29]
Se han utilizado isótopos de molibdeno para examinar la distribución de euxinia en el eón proterozoico, y sugieren que quizás la euxinia no estaba tan extendida como Canfield postuló inicialmente. Las aguas del fondo pueden haber sido más subóxicas que anóxicas, y podría haber habido una retroalimentación negativa entre la euxinia y los altos niveles de producción primaria superficial necesarios para mantener las condiciones euxínicas. [30] Otros trabajos han sugerido que desde hace 700 millones de años (Proterozoico tardío) y en adelante, los océanos profundos pueden haber sido anóxicos y ricos en hierro con condiciones similares a las de la formación de BIF. [3] [31]
Fanerozoico
Hay evidencia de múltiples eventos euxínicos durante el Fanerozoico. Es muy probable que la euxinia fuera periódica durante el Paleozoico y el Mesozoico, pero los datos geológicos son demasiado escasos para sacar conclusiones a gran escala. En este eón, hay alguna evidencia de que los eventos euxínicos están potencialmente vinculados con eventos de extinción masiva, incluidos el Devónico tardío y el Pérmico-Triásico . [1]
Paleozoico
La presencia periódica de condiciones euxínicas en el Cámbrico Inferior ha sido apoyada por evidencia encontrada en la plataforma Yangtze en el sur de China. Los isótopos de azufre durante la transición del Proterozoico al Fanerozoico dan evidencia de la euxinia generalizada, que quizás dure durante todo el período Cámbrico. [32] Hacia el final del Cámbrico Inferior, la quimioclina euxínica se hizo más profunda hasta que la euxinia estuvo presente solo en los sedimentos, y una vez que el sulfato se volvió limitante, las condiciones se volvieron anóxicas en lugar de euxínicas. Algunas áreas eventualmente se volvieron óxicas, mientras que otras eventualmente volvieron a ser euxínicas por algún tiempo. [33]
Los registros geológicos del paleozoico en la cuenca de Selwyn en el norte de Canadá también han mostrado evidencia de estratificación y mezcla episódica, donde, usando δ 34 S, se determinó que el sulfuro de hidrógeno era más prevalente que el sulfato . [34] Aunque esto no se atribuyó originalmente a la euxinia, estudios posteriores encontraron que el agua de mar en ese momento probablemente tenía bajas concentraciones de sulfato, lo que significa que el azufre en el agua estaba principalmente en forma de sulfuro. Esto, combinado con el esquisto negro rico en materia orgánica, proporciona una fuerte evidencia de la euxinia. [35]
Existe evidencia similar en las lutitas negras en la parte central del continente de América del Norte desde los períodos Devónico y Misisipio temprano. Isorenieratene , un pigmento conocido como proxy de una zona fótica anóxica, se ha encontrado en el registro geológico en Illinois y Michigan. [11] Aunque presentes, estos eventos probablemente fueron efímeros y no duraron por períodos de tiempo más largos. [36] También se pueden encontrar pruebas periódicas similares de euxinia en las lutitas de Sunbury en Kentucky. [12]
La evidencia de euxinia también se ha relacionado con los eventos de Kellwasser del evento de extinción del Devónico tardío. La euxinia en las aguas de la cuenca de lo que ahora es Europa central (Alemania, Polonia y Francia) persistió durante parte del Devónico tardío y puede haberse extendido a aguas poco profundas, lo que contribuyó al evento de extinción. [37]
Quizás hubo un período de oxigenación de las aguas del fondo durante el Carbonífero , muy probablemente entre la Extinción del Devónico Tardío y la Extinción del Pérmico-Triásico, momento en el que la euxinia sería muy rara en los océanos paleo. [27]
El evento de extinción del Pérmico-Triásico también puede tener algunos vínculos con la euxinia, ya que la hipercapnia y la toxicidad del sulfuro de hidrógeno matan a muchas especies. [38] Se ha encontrado la presencia de un biomarcador para la fotosíntesis anaeróbica por bacterias de azufre verde que abarca desde el Pérmico hasta el Triásico temprano en rocas sedimentarias tanto en Australia como en China, lo que significa que las condiciones euxínicas se extendieron bastante poco profundas en la columna de agua, contribuyendo a las extinciones. y quizás incluso ralentizó la recuperación. [39] Sin embargo, es incierto cuán extendida fue la zona fótica de euxinia durante este período. Los modeladores han planteado la hipótesis de que, debido a las condiciones ambientales, la anoxia y el sulfuro pueden haber surgido de un depósito euxínico vasto y profundo en áreas de afloramiento , pero las áreas estables en forma de remolino permanecieron óxicas. [40]
mesozoico
El Mesozoico es bien conocido por sus distintos eventos anóxicos oceánicos (OAE) que resultaron en el entierro de capas de pizarra negra. Aunque estos OAE no son una prueba independiente de la euxinia, muchos contienen biomarcadores que apoyan la formación de euxinios. [1] Nuevamente, la evidencia no es universal. Las OAEs pueden haber estimulado la propagación de la euxinia existente, especialmente en regiones de afloramiento o cuencas semirrestrictas, pero la euxinia de la zona fótica no se produjo en todas partes. [1]
Cenozoico
Pocos episodios de euxinia son evidentes en el registro sedimentario durante el Cenozoico. [1] Desde el final del Cretácico OAE, es muy probable que las aguas del fondo oceánico se hayan mantenido óxicas. [27]
Euxinia moderna
Las condiciones euxínicas casi han desaparecido de los entornos de mar abierto de la Tierra, pero todavía existen algunos ejemplos a pequeña escala en la actualidad. Muchos de estos lugares comparten características biogeoquímicas comunes. [1] Por ejemplo, las bajas tasas de vuelco y mezcla vertical de la columna de agua total es común en cuerpos de agua euxínicos. [1] Las pequeñas relaciones de superficie a profundidad permiten que se formen múltiples capas estables al tiempo que limitan el vuelco impulsado por el viento y la circulación termohalina. [1] Además, la mezcla restringida mejora las capas estratificadas de alta densidad de nutrientes que se refuerzan mediante el reciclaje biológico. [1] Dentro de la quimioclina, los organismos altamente especializados, como las bacterias verdes del azufre, aprovechan el fuerte gradiente de potencial redox y la luz solar mínima. [1]
El mar Negro
El Mar Negro es un modelo moderno de uso común para comprender los procesos biogeoquímicos que ocurren en condiciones euxínicas. [41] Se cree que representa las condiciones de los proto-océanos de la Tierra y, por lo tanto, ayuda en la interpretación de los proxies oceánicos. [41] El sedimento del Mar Negro contiene reacciones redox a profundidades de decenas de metros, en comparación con los centímetros individuales en el océano abierto. [42] Esta característica única es importante para comprender el comportamiento de la cascada redox en condiciones euxínicas. [42]
La única conexión entre el océano abierto y el Mar Negro es el Estrecho del Bósforo , a través del cual se importan las densas aguas del Mediterráneo. [42] Posteriormente, numerosos ríos, como el Danubio , el Don , el Dnieper y el Dniéster , drenan agua dulce al Mar Negro, que flota sobre el agua más densa del Mediterráneo, provocando una fuerte columna de agua estratificada. [41] Esta estratificación es mantenida por una fuerte picnoclina que restringe la ventilación de aguas profundas y da como resultado una capa intermedia llamada quimioclina , un límite nítido que separa las aguas superficiales óxicas de las aguas del fondo anóxicas generalmente entre 50 my 100 m de profundidad, [43] con variación atribuida a cambios de temperatura a gran escala. [42] Las condiciones óxicas bien mezcladas existen por encima de la quimioclina y las condiciones sulfídicas son dominantes por debajo. [42] El oxígeno superficial y el sulfuro de aguas profundas no se superponen mediante la mezcla vertical, [44] pero el arrastre horizontal de aguas oxigenadas y la mezcla vertical de manganeso oxidado en aguas sulfídicas pueden ocurrir cerca de la entrada del Estrecho del Bósforo. [42] El manganeso y óxidos de hierro sulfuro probable oxidan hidrógeno cerca de la chemocline, lo que resulta en la disminución de H 2 concentraciones S como uno se acerca al chemocline desde abajo.
Lagos meromícticos
Los lagos meromícticos son cuerpos de agua mal mezclados y anóxicos con fuerte estratificación vertical. [1] Si bien los lagos meromícticos se clasifican con frecuencia como cuerpos de agua con potencial para condiciones euxínicas, muchos no exhiben euxinia. Los lagos meromícticos son famosos por sus erupciones límbicas . [45] Estos eventos generalmente coinciden con la actividad tectónica o volcánica cercana que perturba la estratificación estable de los lagos meromícticos. [46] Esto puede resultar en la liberación de inmensas concentraciones de gases tóxicos almacenados de las aguas anóxicas del fondo, como el CO 2 [45] y el H 2 S, especialmente de los lagos meromícticos euxínicos. En concentraciones suficientemente altas, estas explosiones límnicas pueden ser mortales para humanos y animales, como el desastre del lago Nyos en 1986. [47]
Fiordos del Mar del Norte
Algunos fiordos desarrollan euxinia si la conexión con el océano abierto es restringida, similar al caso del Mar Negro. Esta constricción impide que el agua oceánica relativamente densa y rica en oxígeno se mezcle con el agua del fondo del fiordo, lo que conduce a capas estratificadas estables en el fiordo. [1] El agua derretida de baja salinidad forma una lente de agua dulce de baja densidad sobre una masa más densa de agua del fondo. Las fuentes terrestres de azufre también son una causa importante de euxinia en los fiordos. [48]
Fiordo de Framvaren
Este fiordo nació como un lago glaciar que se separó del océano abierto (el Mar del Norte) cuando se levantó durante el rebote glaciar. [1] Un canal poco profundo (2 m de profundidad) fue cavado en 1850, proporcionando una conexión marginal con el Mar del Norte. [1] Una picnoclina fuerte separa el agua dulce de la superficie del agua de fondo densa y salina, y esta picnolcina reduce la mezcla entre las capas. Las condiciones anóxicas persisten por debajo de la quimioclina a 20 m, y el fiordo tiene los niveles más altos de sulfuro de hidrógeno en el mundo marino anóxico. [49] [1] Al igual que en el Mar Negro, la superposición vertical de oxígeno y azufre es limitada, pero la disminución de H 2 S acercándose a la quimioclina desde abajo es indicativa de oxidación de H 2 S, que se ha atribuido al manganeso y los óxidos de hierro. , bacterias foto-autótrofas y arrastre de oxígeno horizontalmente desde los límites del fiordo. [50] Estos procesos de oxidación son similares a los presentes en el Mar Negro.
Dos fuertes eventos de intrusión de agua de mar han ocurrido a través del canal en la historia reciente (1902 y 1942). [1] Las intrusiones de agua de mar en los fiordos obligan a que el agua densa, salada y rica en oxígeno ingrese en las aguas del fondo sulfídicas y típicamente anóxicas de los fiordos euxínicos. [51] Estos eventos resultan en una alteración temporal de la quimioclina, elevando la profundidad a la que se detecta el H 2 S. El desglose de la chemocline provoca H 2 S para reaccionar con el oxígeno disuelto en una reacción redox. [51] Esto disminuye la concentración de oxígeno disuelto en la zona fótica biológicamente activa que puede resultar en la muerte de peces a escala de cuenca. [51] El evento de 1942, en particular, fue lo suficientemente fuerte como para reducir químicamente la gran mayoría del oxígeno y elevar la quimioclina a la interfaz aire-agua. [51] Esto causó un estado temporal de anoxia total en el fiordo, y resultó en una dramática mortalidad de peces. [51]
Fiordo de Mariager
Este fiordo está marcado por una quimioclina muy móvil con una profundidad que se cree que está relacionada con los efectos de la temperatura. [4] Los informes locales de un fuerte olor a huevos podridos (el olor a azufre) durante numerosos veranos alrededor del fiordo proporcionan evidencia de que, como el fiordo Framvaren, la quimioclina ha traspasado la superficie del fiordo al menos cinco veces en el último siglo. [4] La exportación de sedimentos durante estos eventos aumentó las concentraciones de fosfatos disueltos, nitrógeno inorgánico biodisponible y otros nutrientes, lo que resultó en una proliferación de algas nocivas . [48]
Cuenca Cariaco
La Cuenca del Cariaco en Venezuela se ha utilizado para estudiar el ciclo de la materia orgánica en ambientes marinos euxínicos. [52] Un aumento en la productividad coincidente con la carga de nutrientes post-glacial probablemente causó una transición de condiciones óxicas a anóxicas y subsecuentemente euxínicas hace alrededor de 14.5 mil años. [53] La alta productividad en la superficie produce una lluvia de materia orgánica particulada hacia el subsuelo donde persisten condiciones anóxicas y sulfídicas. [52] La materia orgánica en esta región se oxida con sulfato, produciendo azufre reducido (H 2 S) como producto de desecho. El azufre libre existe en las profundidades de la columna de agua y hasta 6 m de profundidad en el sedimento. [52]
Ver también
- Evento anóxico
- Océano de canfield
- Redox
- Aburrido mil millones
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af Meyer, Katja M .; Kump, Lee R. (29 de abril de 2008). "Euxinia oceánica en la historia de la tierra: causas y consecuencias". Revista anual de ciencias terrestres y planetarias . 36 (1): 251–288. Código Bibliográfico : 2008AREPS..36..251M . doi : 10.1146 / annurev.earth.36.031207.124256 . S2CID 140715755 .
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