Ookeanilised anoksilised sündmused: põhjused, tagajärjed ja ajalugu
Ookeanilised anoksilised sündmused: uurimus põhjuseid, ökoloogilisi tagajärgi ja geoloogilist ajalugu — massilised väljasuremised, mustad kolded ja taastumine.
Anoksilised sündmused (AE) toimuvad siis, kui ookeanides tekib allpool pinnataset täielik hapnikuvaegus (O2 ). Neid võib nimetada ka ookeaniliste anoksiliste sündmuste või ookeani süvamere anoksiliste sündmuste nimeks.
Suuremad anoksilised sündmused on toimunud ka geoloogilises minevikus — seda näitavad orgaaniliselt rikkalikud setted ja mustad kolded. Need sündmused ei olnud alati pidevad miljonite aastate jooksul, vaid ilmusid episoodiliselt. Mõnel juhul viisid eriti ulatuslikud anoksilised tingimused euxinia (st hapniku puudumine koos väävliühendite, nt H2S, kohaloluga) ja sellest tulenevad biootilised kriisid massilise väljasuremiseni; seda on eriti arutatud lõpupermiidi massilise väljasuremise kontekstis.
Anoksilised sündmused võivad põhjustada massilist väljasuremist; need sündmused on nii selgelt mõjutanud elu ja setete koostist, et geoloogid kasutavad mõnikord anoksilisi faase biostratigraafiliste markeritena. Tavaliselt kestavad ookeanilised anoksilised sündmused alla poole miljoni aasta, enne täielikku taastumist, kuid kestus võib varieeruda sõltuvalt juhtunust ja tagasisideprotsessidest.
Maal on tänapäeval mitmeid kohti, kus on näha anoksiliste sündmuste tunnuseid kohalikul tasandil. "Surnud tsoonid" eksisteerivad Ameerika Ühendriikide idarannikul Chesapeake'i lahes, Skandinaavia väinas Kattegatis, Mustas meres, Aadria mere põhjaosas ja Louisiana rannikul.
Põhjused
- Vee kihistumine ja vähene ventileeritus: tugeva stratifikatsiooni korral (soe/magus pinnakiht üle külma ja soolasema süvavee) piiratakse pinnalt süvaookeanile hapniku sisseviimist.
- Toitainete suurenemine ja eutrofeerumine: suured toitainete (nt lämmastik, fosfor) lisandid soodustavad planktoni vohamist. Kui see plankton surmajah unes ära vajub, lagundavad mikroobid orgaanilist ainet ja tarbivad hapnikku, tekitades anoksia.
- Kliimasoojenemine: soojem vesi hoiab hapnikku vähem ja võib muuta ookeani tsirkulatsiooni, vähendades sügavvee uuenemist ja ventilatsiooni.
- Upwelling'i ja regionaalsed protsessid: upwelling võib tuua pinnalt sügavamat, juba hapnikuvaest vett rannikualadele, halvendades tingimusi vetesüsteemides.
- Võimsad vulkaanilised või antropogeensed süsinikuheited: suured CO2 paisumised võivad käivitada kaskaadi: soojenemine → stratifikatsioon → produktiivsuse muutused → anoksia.
Mõjud ja tagajärjed
- Elustiku kadumine ja väljasuremised: hapnikupuudus tapab või sunnib liikide rände kaudu elupaiku muutma; laialdane anoksia võib viia massilise väljasuremiseni või kohanemismeetmete (nt epifauna vähesus) tekkeni.
- Keemilised muutused setetes: anoksilised tingimused soodustavad orgaanilise aine säilimist ja moodustavad musti lubjakivisarnaseid või muda setted ehk black shales, mis sisaldavad sageli palju orgaanilist süsinikku ja metallide kontsentratsioone (nt Mo, U).
- Euxinia ja väävliga seotud mõjud: kui süvavesi muutub euxiiniliseks, võib tekkida H2S, mis on toksiline ja võib põhjustada hapnikul põhinevate ökosüsteemide täiendava kahanemise ning mõju õhule ja merelähedastele ökosüsteemidele.
- Biogeokeemilised tagasisideid: anoksilised tingimused mõjutavad süsiniku, lämmastiku ja väävli ringet; need muutused võivad soodustada kasvuhoonegaaside (nt metaani) eritumist ja mõjutada globaalkliimat.
Ajaloolised näited
Geoloogilises kirjanduses kirjeldatakse mitmeid tuntud anoksilisi sündmusi: Mesozoikumis leidunud ookeanilised anoksilised sündmused (OAE — Oceanic Anoxic Events) nagu varajane Toarcian (varane Juura) ja keskmine-kreeka ajastulised OAE-d, samuti arutelu selle üle, kuidas need seotud massiliste väljasuremiste ja suurtähtsate kliimasündmustega. Eriti laialdaselt uuritud on lõpupermiidi sündmused, kus anoksial ja euxinial on tõenäoliselt olnud oluline roll maailma elustiku rahvusvahelises languses.
Kaasaegsed "surnud tsoonid" ja inimtekkeline mõju
Tänapäevased rannikualade "surnud tsoonid" on sageli seotud inimtegevusest tuleneva toitainete vooluga (põllumajandus, reoveepuhastuse juhised), muutunud meretranspordiga ja kliimamuutustega. Sellised alad — nagu eelpool nimetatud Chesapeake'i laht, Louisiana rannik või Musta mere osad — on heaks meeldetuletuseks, et anoksia ei ole alati ainult sügavajalooline nähtus, vaid võib toimuda ka kiiresti ja paikaliselt inimese tegevuse mõjul.
Uuringumeetodid ja tõendid
- Mustad kolded ja orgaaniline süsinik: setete suur orgaanilise aine sisaldus näitab madalat oksüdeerumist settekeskkonnas.
- Keemilised indikaatorid: metallide (nt molübdeen, uraan) ja väävli isotoopide anomaaliad kinnitavad vähese hapnikuga tingimusi.
- Biomarkerid: teatud molekulid (nt isorenieratane) viitavad photic-zone euxiniale (väävel sisaldav suletud ookeani ülaosa).
- Paleontoloogilised muutused: liikide koosluste ja fossiilkülluse järsud muutused settes näitavad elustiku vastust anoksiale.
Mida sellest õppida?
Anoksilised sündmused näitavad, kuidas kliima, ookeanide tsirkulatsioon ja toitumisainete tsüklid on omavahel seotud ning kuidas nende häired võivad põhjustada ulatuslikke muutusi ökosüsteemides. Tänapäeva kiire kliima- ja maakasutuse muutus suurendab riske sarnasteks piirkondlikeks anoksiateks, mistõttu on oluline jälgida, vähendada toitainete voogu rannikualadele ning mõista ookeanide ventilatsiooni ja globaalse tsirkulatsiooni käitumist.
Võimalik stsenaarium
Ei ole kindlalt teada, millised olid kõrvaltoimete põhjused. Võimalik sündmuste käik on:
- Ülemaailmne soe kliima toob kaasa biomassi tohutu kasvu.
- Suur sademete hulk pühib orgaanilise materjali ookeanidesse.
- Sügavvee ringlus pooluste ja ekvaatori vahel peatus.
- Ookeani hapnik kulub ära ja ei asendu piisavalt kiiresti.
- Mürgine vesiniksulfiid koguneb ookeanidesse.
- Ookeanid muutuvad vaenulikuks enamikule eluvormidele.
- Tulemus: massiline väljasuremine meredes, mis mõjutab kõiki mereelukatest toituvaid loomi.
See ei ole veel tõestatud teadus. See on paleoökoloogiast ja kliimamuutustest huvitatud teadlaste spekulatsioon. Fakt on aga see, et need anoksilised sündmused toimusid ja neil olid põhjused, mis võivad toimida ka praegu.
Ajaloolised näited
Jurassic
- Toarciumi sündmus 183 miljonit aastat tagasi (mya)
Alumine kriidiaeg
- Aptian: Aptiani keskpaiga väljasuremisjuhtum, 116/7 mya.
Ülemine kriidiaeg
- Cenomani-Turoni piirsündmus: musta põlevkivi ladestumine ookeanibasseinides. 91,5 (±8,6) mya.
Kainosoikumi
- Paleotseeni-eotseeni termiline maksimum (PETM), 55,8 aastat tagasi.
Küsimused ja vastused
K: Mis on anoksiline sündmus?
V: Anoksiline sündmus on sündmus, mille puhul ookeani osad muutuvad hapniku (O2) poolest madalamaks või kui kogu hapnik on kadunud.
K: Kuidas nimetatakse anoksilisi sündmusi?
V: Anoksilisi sündmusi võib nimetada ookeaniliste anoksiliste sündmuste või ookeanisügavuste anoksiliste sündmuste nimeks.
K: Kas viimasel ajal on toimunud suuri anoksilisi sündmusi?
V: Suuremad anoksilised sündmused ei ole toimunud hiljuti; need toimusid minevikus.
K: Milliseid tõendeid anoksiliste sündmuste kohta on näha geoloogilistes andmetes?
V: Geoloogilistes andmetes esinevad anoksiliste sündmuste tõendid on orgaaniliste ainete rikas sete (mustad kolded), mis näitab, et need sündmused toimusid minevikus.
K: Kas anoksilised sündmused on põhjustanud massilist väljasuremist?
V: Anoksilised sündmused võivad olla põhjustanud massilist väljasuremist.
K: Kui kaua ookeanilised anoksilised sündmused tavaliselt kestavad?
V: Ookeanilised anoksilised sündmused kestavad tavaliselt alla poole miljoni aasta enne täielikku taastumist.
K: Millised on mõned näited kohtadest Maal, mis näitavad anoksiliste sündmuste tunnuseid kohalikul tasandil?
V: Mõned näited kohtadest Maal, kus on näha anoksiliste sündmuste tunnuseid kohalikul tasandil, on "surnud tsoonid" Ameerika Ühendriikide idarannikul Chesapeake'i lahes, Skandinaavia väinas Kattegatis, Mustas meres, Aadria mere põhjaosas ja Louisiana rannikul.
Otsige