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Articulo de referencia

Euxinia

La euxinia o condiciones euxínicas se dan cuando el agua es anóxica y sulfídica . Esto significa que no hay oxígeno (O₂ ) y que existe un nivel elevado de sulfuro de hidrógeno l...

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La euxinia o condiciones euxínicas se dan cuando el agua es anóxica y sulfídica . Esto significa que no hay oxígeno (O₂ ) y que existe un nivel elevado de sulfuro de hidrógeno libre (H₂S ) . Los cuerpos de agua euxínicos suelen estar fuertemente estratificados, poseen una capa superficial delgada, oxigenada y altamente productiva, y aguas de fondo anóxicas y sulfídicas. El Mar Negro es un ejemplo de este tipo de cuerpo de agua, y la palabra "euxinia" deriva de su nombre griego Εὔξεινος Πόντος ( Euxeinos Pontos , que se traduce como "mar hospitalario"). [ 1 ] Las aguas profundas euxínicas son un componente clave del océano de Canfield , un modelo de océanos durante parte del eón Proterozoico (una parte específicamente conocida como los Billones Aburridos ) propuesto por Donald Canfield , un geólogo estadounidense, en 1998. [ 2 ] Todavía existe debate dentro de la comunidad científica sobre la duración y la frecuencia de las condiciones euxínicas en los océanos antiguos. [ 3 ] La euxinia es relativamente rara en los cuerpos de agua modernos, pero todavía ocurre en lugares como el Mar Negro y ciertos fiordos .

Fondo

La euxinia se dio con mayor frecuencia en los océanos antiguos de la Tierra, pero su distribución y frecuencia de aparición aún son objeto de debate. [ 4 ] El modelo original sugería que se mantuvo bastante constante durante aproximadamente mil millones de años. [ 2 ] Algunos metaanálisis han cuestionado la persistencia de las condiciones euxínicas basándose en depósitos relativamente pequeños de esquisto negro en un período en el que, teóricamente, el océano debería haber conservado más materia orgánica. [ 1 ]

Antes del Gran Evento de Oxigenación, ocurrido hace aproximadamente 2300 millones de años, había poco oxígeno libre tanto en la atmósfera como en el océano. [ 5 ] Originalmente se pensaba que el océano acumulaba oxígeno poco después que la atmósfera, pero esta idea fue cuestionada por Canfield en 1998, quien propuso que, en lugar de que el océano profundo se volviera oxidante, se volvió sulfuroso. [ 2 ] Esta hipótesis se basa parcialmente en la desaparición de las formaciones de hierro bandeado de los registros geológicos hace 1800 millones de años. Canfield argumentó que, si bien entró suficiente oxígeno en la atmósfera para erosionar los sulfuros en las rocas continentales, no había suficiente oxígeno para mezclarse con el océano profundo. [ 2 ] Esto resultaría en un océano profundo anóxico con un mayor flujo de azufre proveniente de los continentes. El azufre eliminaría los iones de hierro del agua de mar, lo que daría como resultado sulfuro de hierro (pirita), una porción del cual finalmente quedó enterrada. Cuando el sulfuro se convirtió en el principal reductor oceánico en lugar del hierro, el agua profunda se volvió euxínica. [ 1 ] Esto se ha convertido en lo que se conoce como el océano de Canfield , un modelo respaldado por el aumento de la presencia de δ 34 S en la pirita sedimentaria [ 2 ] y el descubrimiento de evidencia de los primeros evaporitas de sulfato . [ 6 ]

La anoxia y las condiciones sulfídicas suelen presentarse juntas. En condiciones anóxicas, las bacterias anaeróbicas reductoras de sulfato convierten el sulfato en sulfuro, creando condiciones sulfídicas. [ 4 ] La aparición de esta vía metabólica fue muy importante en los océanos preoxigenados, ya que las adaptaciones a entornos inhabitables o "tóxicos" como este pudieron haber desempeñado un papel en la diversificación de los primeros eucariotas y protozoos en el prefanerozoico. [ 4 ]

La euxinia aún se presenta ocasionalmente hoy en día, principalmente en lagos meromícticos y cuencas con umbral, como el Mar Negro y algunos fiordos. [ 1 ] Es rara en la actualidad; menos del 0,5 % del fondo marino actual es euxínico. [ 4 ]

Causas

Diagrama de los mecanismos de euxinia en el océano de Canfield.

Los requisitos básicos para la formación de condiciones euxínicas son la ausencia de oxígeno (O₂ ) y la presencia de iones sulfato (SO₄²⁻ ) , materia orgánica (CH₂O ) y bacterias capaces de reducir el sulfato a sulfuro de hidrógeno (H₂S ) . [ 1 ] Las bacterias utilizan el potencial redox del sulfato como oxidante y de la materia orgánica como reductor para generar energía química mediante la respiración celular . Las especies químicas de interés se pueden representar mediante la reacción:

2CH₂O + SO₄²⁻ → H₂S + 2HCO₃⁻​​​

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 aguas de todo el mundo, la mayoría de los hábitats acuáticos modernos están oxigenados 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 entornos a menudo se limita a ocurrir en sedimentos del fondo 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 Archivado el 15-03-2017 en Wayback Machine 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 sulfuros se convirtió en una fuente importante de sulfato para el océano. [ 7 ] [ 8 ] A pesar de que hay abundantes iones sulfato presentes en solución, no son utilizados preferentemente por la mayoría de las bacterias. La reducción de sulfato no aporta tanta energía a un organismo como la reducción de oxígeno o nitrato , por lo que las concentraciones de estos otros elementos deben ser prácticamente nulas para que las bacterias reductoras de sulfato puedan competir con éxito con las bacterias aerobias y desnitrificantes . En la mayoría de los entornos modernos, estas condiciones solo se dan en una pequeña porción de los sedimentos, lo que resulta en concentraciones insuficientes de sulfuro de hidrógeno para formar aguas euxínicas. [ 4 ]

Las condiciones necesarias 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 principalmente en observaciones modernas de euxinia. Las condiciones que conducen a eventos euxínicos a gran escala, como el océano de Canfield , y que los desencadenan, probablemente sean el resultado de múltiples factores interrelacionados, muchos de los cuales se han inferido a través de estudios del registro geológico en lugares 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 en calentamiento. [ 1 ]

Trampas de nutrientes

Para que persistan las condiciones euxínicas, debe perpetuarse un ciclo de retroalimentación positiva que impulse 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 , sustentada por un suministro continuo de nutrientes a las aguas superficiales oxigenadas. Una fuente natural de nutrientes, como el fosfato ( PO₄³⁻ ) , proviene de la meteorización de las rocas y el posterior transporte de estos nutrientes disueltos a través de los ríos. [ 13 ] En una trampa de nutrientes, el aumento del aporte 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

Modelo simplificado de la circulación estuarina en una cuenca con umbral. Aquí se representa una masa de agua de tres capas, que en este artículo se ha simplificado aún más combinando las capas intermedia y profunda.

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 en su interior. Los modelos numéricos que simulan disposiciones pasadas de los continentes han demostrado que pueden formarse trampas de nutrientes en ciertos escenarios, aumentando las concentraciones locales de fosfato y estableciendo posibles condiciones euxínicas. [ 1 ] A menor escala, las cuencas con umbral suelen actuar como trampas de nutrientes debido a su circulación estuarina . [ 14 ] La circulación estuarina se produce cuando el agua superficial se repone mediante el aporte fluvial y la precipitación, lo que provoca una salida de aguas superficiales de la cuenca, mientras que el agua profunda fluye hacia la cuenca sobre el umbral. Este tipo de circulación permite que se desarrolle agua de fondo anóxica y con alto contenido de nutrientes dentro de la cuenca. [ 1 ]

Estratificación

Las aguas estratificadas, en combinación con una mezcla vertical lenta, son esenciales para mantener condiciones euxínicas. [ 1 ] La estratificación ocurre cuando dos o más masas de agua con densidades diferentes ocupan la misma cuenca. Mientras que el agua superficial menos densa puede intercambiar gases con la atmósfera rica en oxígeno, las aguas profundas más densas mantienen un bajo contenido de oxígeno. En los océanos modernos, la circulación termohalina y el afloramiento impiden que los océanos mantengan aguas profundas anóxicas. En una cuenca con umbral, 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 profunda rica en nutrientes asciende, causando una mayor 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 incrementar la cantidad de agua profunda que ingresa a una cuenca con umbral y mejorar la circulación estuarina. [ 15 ] [ 16 ]

Calentamiento climático

El calentamiento global aumenta la temperatura superficial del agua, lo que afecta a múltiples aspectos de la formación de aguas euxínicas. A medida que el agua se calienta, disminuye la solubilidad del oxígeno , lo que facilita la formación de aguas anóxicas profundas. [ 17 ] Además, el agua más cálida provoca un aumento de la respiración de la materia orgánica, lo que conlleva una mayor disminución del oxígeno. Las temperaturas más altas intensifican el ciclo hidrológico, aumentando la evaporación de los cuerpos de agua y, por consiguiente, las precipitaciones. Esto provoca mayores tasas de meteorización de las rocas y, por lo tanto, mayores concentraciones de nutrientes en las desembocaduras de los ríos. Los nutrientes permiten una mayor productividad, lo que resulta en más nieve marina y, posteriormente, en una menor concentración de oxígeno en las aguas profundas debido al aumento de la respiración. [ 1 ]

También se ha propuesto el vulcanismo como un factor en la creación de condiciones euxínicas. El dióxido de carbono (CO₂ ) liberado durante la desgasificación volcánica provoca el calentamiento global , lo que tiene efectos en cascada sobre la formación de condiciones euxínicas. [ 1 ] [ 16 ]

Evidencia de eventos euxínicos

pizarra negra

La pizarra negra es uno de los indicadores preliminares de anoxia y quizás de euxinia.

Las lutitas negras son rocas sedimentarias microlaminadas ricas en materia orgánica, frecuentemente asociadas con la anoxia de las aguas del fondo. [ 18 ] Esto se debe a que la anoxia ralentiza la degradación de la materia orgánica, permitiendo un mayor enterramiento en los sedimentos. Otra evidencia del enterramiento anóxico de la 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 existir una fuente de materia orgánica para el enterramiento, generalmente proveniente de la producción cerca de la superficie oxigenada. Muchos artículos que discuten eventos euxínicos antiguos utilizan la presencia de lutita negra como un indicador preliminar de aguas de fondo anóxicas, pero su presencia no indica por sí sola euxinia ni siquiera anoxia fuerte. [ 18 ] Generalmente se necesitan pruebas geoquímicas para proporcionar mejor evidencia de las condiciones. [ 4 ] [ 18 ]

Geoquímica

Algunos investigadores estudian la presencia de euxinia en océanos antiguos porque era más frecuente entonces que en la actualidad. Dado que los océanos antiguos no pueden observarse directamente, los científicos utilizan la geología y la química para encontrar evidencia en rocas sedimentarias formadas bajo condiciones euxínicas. Algunas de estas técnicas provienen del estudio de ejemplos modernos de euxinia, mientras que otras se derivan de la geoquímica. [ 18 ] 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 ambos. [ 1 ] [ 4 ] [ 18 ]

isótopos

Las proporciones de isótopos estables pueden utilizarse para inferir las condiciones ambientales durante la formación de rocas sedimentarias. Mediante la estequiometría y el conocimiento de las vías redox , los paleogeólogos pueden utilizar las proporciones isotópicas de los elementos para determinar la composición química del agua y los sedimentos en el momento del enterramiento. [ 19 ]

Los isótopos de azufre se utilizan frecuentemente para buscar evidencia de euxinia antigua. Un bajo valor de δ³⁴S en lutitas negras y rocas sedimentarias proporciona evidencia positiva de condiciones de formación euxínicas. La pirita (FeS₂ ) en cuencas euxínicas suele tener 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 ( ³²S ) y se empobrece en los isótopos más pesados ​​( ³⁴S ). Este sulfuro más ligero se une entonces con Fe²⁺ para formar FeS₂, que luego se conserva parcialmente en los sedimentos. En la mayoría de los sistemas modernos, el sulfato finalmente se convierte en el elemento limitante, y los pesos isotópicos del azufre tanto en el sulfato como en el sulfuro (conservado como FeS₂ ) se igualan. [ 1 ]

El molibdeno (Mo), el ion de metal de transición más común en el agua de mar moderna, también se utiliza para buscar evidencia de euxinia. [ 4 ] La meteorización de las rocas proporciona un aporte de MoO 4 2– a los océanos. En condiciones óxicas, el MoO 4 2– es muy poco reactivo, pero en ambientes euxínicos modernos como el Mar Negro , el molibdeno precipita como oxitiomolibdato (MoO 4−x S x 2– ). [ 18 ] [ 20 ] [ 21 ] La relación isotópica del molibdeno (δ 97/95 Mo) en sedimentos euxínicos parece ser mayor que en condiciones óxicas. [ 20 ] 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 con oligoelementos

En condiciones euxínicas, algunos oligoelementos como Mo, U, V, Cd, Cu, Tl, Ni, Sb y Zn se vuelven insolubles. [ 18 ] [ 22 ] [ 23 ] Esto significa que los sedimentos euxínicos contendrían más de la forma sólida de estos elementos que el agua de mar circundante. [ 1 ] Por ejemplo, el molibdeno y otros oligoelementos se vuelven insolubles en condiciones anóxicas y sulfídicas, por lo que con el tiempo el agua de mar se empobrece de oligoelementos en condiciones de euxinia persistente, y los sedimentos preservados se enriquecen relativamente con molibdeno y otros oligoelementos. [ 18 ] [ 24 ]

biomarcadores orgánicos

Los pigmentos de las bacterias reductoras de azufre púrpuras y verdes son una fuerte evidencia de condiciones euxínicas.

Las bacterias como las bacterias verdes del azufre y las bacterias púrpuras del azufre , que existen donde la zona fótica se superpone con masas de agua euxínicas, dejan pigmentos en los sedimentos. Estos pigmentos pueden usarse para identificar condiciones euxínicas pasadas. [ 1 ] Los pigmentos utilizados para identificar la presencia pasada de bacterias verdes del azufre son el clorobactano y el isorenierateno . [ 25 ] El pigmento utilizado para identificar la presencia pasada de bacterias púrpuras del azufre es el okenano . [ 26 ]

Geoquímica del hierro

La pirita (FeS₂ ) es un mineral formado por la reacción del sulfuro de hidrógeno (H₂S ) y el hierro biorreactivo (Fe²⁺ ) . En aguas de fondo oxigenadas, la pirita solo puede formarse en sedimentos donde hay H₂S presente . 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 las mayores concentraciones de H₂S. [ 14 ] [ 18 ] Por lo tanto, la presencia de condiciones euxínicas puede inferirse por la proporción de hierro ligado a la pirita con respecto al hierro total en los sedimentos. Las proporciones altas de hierro ligado a la pirita pueden usarse como un indicador de condiciones euxínicas pasadas. [ 9 ] [ 27 ] De manera similar, si >45% del hierro biorreactivo en los sedimentos está ligado a la pirita, entonces se pueden inferir condiciones anóxicas o euxínicas. [ 14 ] Si bien son útiles, estos métodos no proporcionan una prueba definitiva de euxinia porque no todas las aguas euxínicas tienen las mismas concentraciones de hierro biorreactivo disponible. [ 14 ] Se ha encontrado que estas relaciones están presentes en el Mar Negro euxínico moderno. [ 10 ]

Eventos euxínicos en la historia de la Tierra

Presencia de euxinia en los antiguos océanos profundos del mundo. Según Canfield, el océano profundo se volvió sulfítico hace unos 1800 millones de años y se mantuvo así durante gran parte de los últimos mil millones. La euxinia periódica predominó durante los eventos Kelwasser del Devónico tardío y, muy probablemente, desapareció durante el Carbonífero. La euxinia resurgió en el límite Pérmico-Triásico y pudo haber estado presente durante los eventos de anoxia oceánica del Mesozoico. La euxinia es rara en los océanos del Cenozoico. Adaptado de Lyons, 2008 [ 3 ].

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 bandeado (BIF) se debió a la inyección de oxígeno en el océano profundo, un retraso de aproximadamente 0,6 mil millones de años después del Gran Evento de Oxigenación . [ 28 ] Canfield, sin embargo, argumentó que la anoxia duró mucho más, y el final de las formaciones de hierro bandeado se debió a la introducción de sulfuro. [ 2 ] Apoyando 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 sobre la última de las formaciones de hierro bandeado, mostrando evidencia de una transición a condiciones euxínicas en esa cuenca. [ 29 ] Para que ocurriera la piritización completa, casi todo el sulfato en el agua se redujo a sulfuro, que extrajo el hierro del agua, formando pirita. Debido a que esta cuenca estaba abierta al océano, la euxinia profunda se interpretó como un fenómeno generalizado. [ 29 ] Se hipotetiza que esta euxinia duró hasta hace aproximadamente 0,8 mil millones de años, lo que convierte a la euxinia del fondo de la cuenca en una característica potencialmente generalizada a lo largo de Boring Billion . [ 29 ]

Se encontraron más pruebas de euxinia en la cuenca de McArthur, en Australia, donde se halló una química del hierro similar. El grado de piritización y el δ³⁴S fueron elevados, lo que respalda la presencia de anoxia y sulfuro, así como el agotamiento del sulfato. [ 14 ] Otro estudio halló biomarcadores de bacterias verdes del azufre y bacterias púrpuras del azufre en la misma zona, lo que proporciona más evidencia de la reducción del sulfato a sulfuro de hidrógeno. [ 30 ]

Los isótopos de molibdeno se han utilizado para examinar la distribución de la euxinia en el eón proterozoico y sugieren que tal vez la euxinia no fue tan generalizada como Canfield postuló inicialmente. Las aguas del fondo podrían haber sido más subóxicas que anóxicas, y podría haber existido una retroalimentación negativa entre la euxinia y los altos niveles de producción primaria superficial necesarios para mantener las condiciones euxínicas. [ 31 ] Trabajos posteriores han sugerido que desde hace 700 millones de años (finales del Proterozoico) en adelante, los océanos profundos podrían haber sido anóxicos y ricos en hierro con condiciones similares a las que se dieron durante la formación de las BIF. [ 3 ] [ 32 ]

Fanerozoico

Existen evidencias de múltiples eventos euxínicos durante el Fanerozoico. Lo más probable es que la euxinia fuera periódica durante el Paleozoico y el Mesozoico, pero los datos geológicos son demasiado escasos para extraer conclusiones a gran escala. En este eón, hay cierta evidencia de que los eventos euxínicos podrían estar vinculados con eventos de extinción masiva, incluyendo los del Devónico Tardío y el Pérmico-Triásico . [ 1 ]

Paleozoico

La presencia periódica de condiciones euxínicas en el Cámbrico Inferior ha sido respaldada por evidencia encontrada en la plataforma del Yangtze en el sur de China. Los isótopos de azufre durante la transición del Proterozoico al Fanerozoico dan evidencia de euxinia generalizada, que tal vez perduró durante todo el período Cámbrico. [ 33 ] 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 regresaron a condiciones euxínicas por algún tiempo. [ 34 ]

Los registros geológicos del Paleozoico en la Cuenca de Selwyn, en el norte de Canadá, también han mostrado evidencia de estratificación y mezcla episódicas, donde, utilizando δ³⁴S , se determinó que el sulfuro de hidrógeno era más frecuente que el sulfato . [ 35 ] Aunque esto no se atribuyó inicialmente 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 la presencia de lutitas negras ricas en materia orgánica, proporciona una fuerte evidencia de euxinia. [ 36 ]

Existe evidencia similar en las lutitas negras del centro de Norteamérica, correspondientes a los períodos Devónico y Misisípico temprano. Se ha encontrado isorenierateno , un pigmento conocido como indicador de una zona fótica anóxica, en el registro geológico de Illinois y Michigan. [ 11 ] Aunque presentes, estos eventos probablemente fueron efímeros y no duraron períodos prolongados. [ 37 ] También se puede encontrar evidencia periódica similar de euxinia en las lutitas de Sunbury, Kentucky. [ 12 ]

La evidencia de euxinia también se ha relacionado con los eventos de Kellwasser de la extinción del Devónico tardío. La euxinia en las aguas de cuenca de lo que hoy es Europa central (Alemania, Polonia y Francia) persistió durante parte del Devónico tardío y pudo haberse extendido a aguas poco profundas, contribuyendo al evento de extinción. [ 38 ]

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 paleoocéanos. [ 28 ]

El evento de extinción del Pérmico-Triásico también puede tener vínculos con la euxinia, ya que la hipercapnia y la toxicidad del sulfuro de hidrógeno causaron la muerte de muchas especies. [ 39 ] Se ha encontrado la presencia de un biomarcador de fotosíntesis anaeróbica por bacterias verdes del azufre 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 a poca profundidad en la columna de agua, contribuyendo a las extinciones y quizás incluso ralentizando la recuperación. [ 40 ] Sin embargo, no está claro cuán extendida estaba la euxinia en la zona fótica durante este período. Los modeladores han planteado la hipótesis de que, debido a las condiciones ambientales, la anoxia y el sulfuro podrían haber ascendido desde un reservorio euxínico profundo y extenso en áreas de afloramiento , pero las áreas estables, similares a giros, permanecieron oxigenadas. [ 41 ]

mesozoico

El Mesozoico es conocido por sus distintivos Eventos Anóxicos Oceánicos (EAO), que resultaron en el enterramiento de capas de lutita negra. Si bien estos EAO no constituyen una evidencia aislada de euxinia, muchos contienen biomarcadores que apoyan la formación de zonas euxínicas. [ 1 ] Nuevamente, la evidencia no es universal. Los EAO pueden haber impulsado la propagación de la euxinia existente, especialmente en regiones de afloramiento o cuencas semicerradas, pero la euxinia en la zona fótica no se dio en todas partes. [ 1 ]

Cenozoico

En el registro sedimentario del Cenozoico se observan pocos episodios de euxinia. [ 1 ] Desde el final de los OAE del Cretácico, es muy probable que las aguas del fondo oceánico se hayan mantenido oxigenadas. [ 28 ]

euxinia moderna

Las condiciones euxínicas casi han desaparecido de los ambientes oceánicos abiertos de la Tierra, pero aún existen algunos ejemplos a pequeña escala. Muchos de estos lugares comparten características biogeoquímicas comunes. [ 1 ] Por ejemplo, las bajas tasas de circulación y mezcla vertical de la columna de agua total son comunes en cuerpos de agua euxínicos. [ 1 ] Las pequeñas relaciones superficie-profundidad permiten la formación de múltiples capas estables, limitando la circulación impulsada 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, organismos altamente especializados, como las bacterias verdes del azufre, aprovechan el fuerte gradiente de potencial redox y la mínima luz solar. [ 1 ]

El Mar Negro

Mapa del Mar Negro que muestra los numerosos ríos que abastecen la cuenca con agua dulce de baja densidad, junto con el estrecho del Bósforo, al suroeste, que la abastece con agua salada de alta densidad. Esto contribuye a la estratificación y la euxinia que existen en el Mar Negro actual.

El Mar Negro es un modelo moderno comúnmente utilizado para comprender los procesos biogeoquímicos que ocurren en condiciones euxínicas. [ 42 ] Se cree que representa las condiciones de los protoocéanos de la Tierra y, por lo tanto, ayuda en la interpretación de los indicadores oceánicos. [ 42 ] Los sedimentos del Mar Negro contienen reacciones redox a profundidades de decenas de metros, en comparación con los pocos centímetros que se encuentran en el océano abierto. [ 43 ] Esta característica única es importante para comprender el comportamiento de la cascada redox en condiciones euxínicas. [ 43 ]

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. [ 43 ] Posteriormente, numerosos ríos, como el Danubio , el Don , el Dniéper y el Dniéster , vierten agua dulce en el Mar Negro, que flota sobre las aguas más densas del Mediterráneo, creando una columna de agua estratificada. [ 42 ] Esta estratificación se mantiene por una fuerte picnoclina que restringe la ventilación de las aguas profundas y da como resultado una capa intermedia llamada quimioclina , un límite bien definido que separa las aguas superficiales oxigenadas de las aguas de fondo anóxicas, generalmente entre 50 m y 100 m de profundidad, [ 44 ] con variación interanual atribuida a cambios de temperatura a gran escala. [ 43 ] Por encima de la quimioclina existen condiciones oxigenadas bien mezcladas y por debajo predominan las condiciones sulfídicas. [ 43 ] El oxígeno superficial y el sulfuro de aguas profundas no se superponen mediante mezcla vertical, [ 45 ] pero puede ocurrir arrastre horizontal de aguas oxigenadas y mezcla vertical de manganeso oxidado en aguas sulfurosas cerca de la entrada del estrecho del Bósforo. [ 43 ] Es probable que los óxidos de manganeso y hierro oxiden el sulfuro de hidrógeno cerca de la quimioclina, lo que resulta en la disminución de las concentraciones de H 2 S a medida que uno se acerca a la quimioclina desde abajo.

lagos meromícticos

Los lagos meromícticos son cuerpos de agua poco mezclados y anóxicos con una fuerte estratificación vertical. [ 1 ] Si bien los lagos meromícticos se clasifican frecuentemente como cuerpos de agua con potencial para condiciones euxínicas, muchos no presentan euxinia. Los lagos meromícticos son tristemente célebres por las erupciones límnicas . [ 46 ] Estos eventos suelen coincidir con actividad tectónica o volcánica cercana que perturba la estratificación, normalmente estable, de los lagos meromícticos. [ 47 ] Esto puede resultar en la liberación de inmensas concentraciones de gases tóxicos almacenados en las aguas anóxicas del fondo, como CO 2 [ 46 ] y H 2 S, especialmente en 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. [ 48 ]

El fiordo de Mariager suele desprender un olor a "huevo podrido" en verano debido a su contenido de azufre.

Fiordos del Mar del Norte

Algunos fiordos desarrollan euxinia si la conexión con el océano abierto se restringe, de forma similar al caso del Mar Negro. Esta restricción impide que el agua oceánica, relativamente densa y rica en oxígeno, se mezcle con el agua del fondo del fiordo, lo que da lugar a capas estratificadas estables en el fiordo. [ 1 ] El agua de deshielo de baja salinidad forma una lente de agua dulce y de baja densidad sobre una masa más densa de agua del fondo. Las fuentes subterráneas de azufre también son una causa importante de euxinia en los fiordos. [ 49 ]

Fiordo de Framvaren

Este fiordo nació como un lago glacial que se separó del océano abierto (el Mar del Norte) cuando se elevó durante el rebote glacial. [ 1 ] En 1850 se excavó un canal poco profundo (2 m de profundidad), que proporcionó una conexión marginal con el Mar del Norte. [ 1 ] Una fuerte picnoclina separa el agua dulce superficial del agua densa y salina del fondo, y esta picnoclina 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. [ 50 ] [ 1 ] Al igual que en el Mar Negro, la superposición vertical de oxígeno y azufre es limitada, pero la disminución de H 2 S a medida que se acerca a la quimioclina desde abajo es indicativa de la oxidación de H 2 S, que se ha atribuido a óxidos de manganeso y hierro, bacterias fotoautótrofas y arrastre de oxígeno horizontalmente desde los límites del fiordo. [ 51 ] 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 fuerzan agua densa, salada y rica en oxígeno hacia las aguas de fondo típicamente anóxicas y sulfurosas de los fiordos euxínicos. [ 52 ] Estos eventos resultan en una perturbación temporal de la quimioclina, elevando la profundidad a la que se detecta H 2 S. La ruptura de la quimioclina hace que el H 2 S reaccione con el oxígeno disuelto en una reacción redox. [ 52 ] Esto disminuye la concentración de oxígeno disuelto en la zona fótica biológicamente activa, lo que puede resultar en mortandad masiva de peces a escala de cuenca. [ 52 ] 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. [ 52 ] Esto causó un estado temporal de anoxia total en el fiordo y resultó en una dramática mortalidad de peces. [ 52 ]

Fiordo de Mariager

Este fiordo se caracteriza por una quimioclina muy móvil cuya profundidad se cree que está relacionada con los efectos de la temperatura. [ 4 ] Los informes locales sobre un fuerte olor a huevo podrido —el olor a azufre— durante numerosos veranos alrededor del fiordo proporcionan evidencia de que, al igual que en el fiordo de Framvaren, la quimioclina ha aflorado a 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 biodisponible inorgánico y otros nutrientes, lo que resultó en una floración de algas nocivas . [ 49 ]

Cuenca de Cariaco

La cuenca de Cariaco en Venezuela se ha utilizado para estudiar el ciclo de la materia orgánica en ambientes marinos euxínicos. [ 53 ] Un aumento en la productividad, coincidente con la carga de nutrientes posglacial, probablemente causó una transición de condiciones óxicas a anóxicas y posteriormente euxínicas hace unos 14.500 años. [ 54 ] La alta productividad en la superficie produce una lluvia de materia orgánica particulada hacia el subsuelo, donde persisten condiciones anóxicas y sulfídicas. [ 53 ] La materia orgánica en esta región se oxida con sulfato, produciendo azufre reducido (H₂S ) 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. [ 53 ]

Véase también

Referencias

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