Почему из вод мирового океана иногда почти исчезал кислород?

В истории Земли в океане неоднократно случались катастрофы, которые палеонтологи называют "бескислородными событиями" (Oceanic anoxic events или OAE). Во время этих катастроф за очень короткое по геологическим масштабам время земные океаны оказывались практически лишены растворенного в воде кислорода. Жизнь в океане сохранялась, в основном, в относительно тонком приповерхностном слое воды.

Следы подобных глобальных заморов - слои осадочных пород, сформировавшихся в бескислородных условиях, прослеживаются на всех континентах. Дело в том, что эти катастрофы происходили в основном в теплые периоды – когда средняя температура на земле была почти вдвое выше чем сейчас, полярных ледяных шапок не существовало и уровень моря был на 100-200 метров выше, чем в наше время. На материках существовали континентальные моря, сообщающиеся с мировым океаном и их тоже затрагивала общая катастрофа.

Именно такие отложения на территории США изучили американские палеонтологи из Северо-западного университета штата Иллинойс (Northwestern University, Illinois), пытавшиеся понять причину этих катастроф. Они исследовали осадочные породы на территории штата Колорадо. Около ста миллионов лет назад эта территория была скрыта под водами континентального моря, разделявшего пополам североамериканский континент.

Бескислородные события происходили и в палеозое, но самые известные и глобальные катастрофы случились в мезозое – около 120 миллионов лет назад – в аптском веке раннего мела и порядка 94 миллионов лет назад – на границе сеноманского и туронского веков позднего мела. Первое событие в литературе обычно обозначается как OAE 1, а второе, соответственно, как OAE 2. По вызванному этой катастрофой вымиранию морской фауны проводят границу между сеноманом и туроном – веками позднего мела. Отложения, сформировавшиеся именно во время этого события изучали палеонтологи в Колорадо.

Не стоит путать эти катастрофы с глобальными вымираниями на границах палеозой - мезозой и мезозой – кайнозой или даже отдельных периодов. Хотя они и приводили к довольно существенной смене морской фауны, до масштабов великих вымираний последствия бескислородных событий явно не дотягивали. В конце концов, эти события пережили не только различные представители приповерхностной морской фауны, но и такие глубоководные существа, как знаменитая рыба латимерия и значительно менее известный, но более древний моллюск Neopilina galatheae из класса моноплакофор.

А человечество и вовсе до сих пользуется результатами тех древних катастроф - именно к слоям, сформировавшимся во время бескислородных событий, приурочены месторождения нефти и газа.

Несмотря на то, что о бескислородных событиях известно уже давно, а сейчас в мире существует даже "действующая модель" подобного события – Черное море, в котором на глубине вода насыщена сероводородом, о причинах этих глобальных перестроек океана единого мнения пока нет. Американские палеонтологи, изучившие химический состав сформировавшихся тогда горных пород, предложили свою версию событий, вернее, уточнение к существующей версии.

Ученые уже давно связывают начало бескислородных событий с мощными вулканическими извержениями. Многие ранее полученные данные свидетельствуют о том, что связь между глобальными вспышками вулканической активности и глобальными заморами существует. С другой стороны, в общем понятен процесс исчезновения кислорода из воды. В воде начинает бурно размножаться планктон, в огромных количествах, а затем массы этих планктонных организмов отмирают и опускаются в низ, где начинается их разложение. А на это нужен кислород. Так как биомасса планктона огромна, на его разложение уходит практически весь растворенный в воде кислород. Не стоит забывать, что это происходит в теплом климате, а в теплой воде кислород растворяется гораздо хуже, чем в холодной, зато гораздо лучше размножается всякая живность.

Это все было, в общем, понятно. Непонятно только, что запускает этот цикл размножения планктона, от чего начинается взрывной рост его биомассы. Палеонтологи, изучившие отложения в Колорадо, высказали и обосновали в своей статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience предположение, что "спусковым крючком", запускающим размножение планктона, могли быть соединения серы – сульфаты, выброшенные вулканами.

Дело в том, что живым организмам для роста и развития нужны различные химические элементы. Если какой-то элемент нужен, но его в окружающей среде мало, то он, фактически, лимитирует размножение тех или иных существ. Сера и сульфаты в данном случае не являются лимитирующими для планктона, зато они, вступая в различные химические реакции, способствуют быстрому высвобождению таких веществ, например, фосфора. И уже избыток этих веществ приводит к взрывному возрастанию биомассы планктона в океанах. Затем, постепенно, выброшенная вулканами сера оседает на дне в виде сульфида железа – пирита, а в след за падением ее концентрации в воде снижается концентрация и других веществ, лимитирующих размножение планктона. И все постепенно приходит в норму.