Euxinia - Euxinia
Les conditions d' Euxinia ou euxiniques se produisent lorsque l'eau est à la fois anoxique et sulfurée. Cela signifie qu'il n'y a pas d' oxygène (O 2 ) et un niveau élevé de sulfure d'hydrogène libre (H 2 S). Les masses d'eau euxiniques sont souvent fortement stratifiées, ont une couche superficielle oxique, très productive et mince, et ont des eaux de fond anoxiques et sulfurées. Le mot euxinia est dérivé du nom grec de la mer Noire (Εὔξεινος Πόντος ( Euxeinos Pontos )) qui se traduit par "mer hospitalière". L'eau profonde euxinique est une composante clé de l' océan Canfield , un modèle des océans au cours de la période protérozoïque (connu sous le nom de Boring Billion ) proposé par Donald Canfield , un géologue américain, en 1998. Il y a encore un débat au sein de la communauté scientifique à la fois sur le durée et fréquence des conditions euxiniques dans les anciens océans. L'exinia est relativement rare dans les plans d'eau modernes, mais se produit encore dans des endroits comme la mer Noire et certains fjords .
Fond
Euxinia se produisait le plus souvent dans les anciens océans de la Terre, mais sa distribution et sa fréquence d'occurrence font encore l'objet de débats. Le modèle original était qu'il était assez constant pendant environ un milliard d'années. Certaines méta-analyses ont remis en question la façon dont les conditions euxiniques persistantes étaient basées sur des dépôts de schiste noir relativement petits à une période où l'océan aurait dû théoriquement préserver plus de matière organique.
Avant que le Grand Événement d'Oxygénation ne se produise il y a environ 2,3 milliards d'années, il y avait peu d'oxygène libre dans l'atmosphère ou l'océan. On pensait à l'origine que l'océan accumulait de l'oxygène peu de temps après l'atmosphère, mais cette idée a été contestée par Canfield en 1998 lorsqu'il a proposé qu'au lieu que l'océan profond devienne oxydant, il devienne sulfureux. Cette hypothèse repose en partie sur la disparition des formations de fer rubanées des archives géologiques il y a 1,8 milliard d'années. Canfield a fait valoir que même si suffisamment d'oxygène est entré dans l'atmosphère pour éroder les sulfures dans les roches continentales, il n'y avait pas assez d'oxygène pour se mélanger dans l'océan profond. Cela se traduirait par un océan profond anoxique avec un flux accru de soufre en provenance des continents. Le soufre éliminerait les ions fer de l'eau de mer, produisant du sulfure de fer (pyrite), dont une partie a finalement été enfouie. Lorsque le sulfure est devenu le principal réducteur océanique à la place du fer, les eaux profondes sont devenues euxiniques. C'est devenu ce que l'on appelle l' océan Canfield , un modèle soutenu par l'augmentation de la présence de δ 34 S dans la pyrite sédimentaire et la découverte de preuves des premières évaporites de sulfate .
L'anoxie et les états sulfurés se produisent souvent ensemble. Dans des conditions anoxiques anaérobies, les bactéries sulfato-réductrices convertissent le sulfate en sulfure, créant des conditions sulfurées. L'émergence de cette voie métabolique était très importante dans les océans pré-oxygénés, car les adaptations à des environnements autrement habitables ou « toxiques » comme celui-ci peuvent avoir joué un rôle dans la diversification des premiers eucaryotes et protozoaires au pré-Phanérozoïque.
Euxinia se produit encore occasionnellement aujourd'hui, principalement dans les lacs méromictiques et les bassins encaissés tels que la mer Noire et certains fjords. C'est rare dans les temps modernes; moins de 0,5% des fonds marins actuels sont euxiniques.
Causes
Les conditions de base pour la formation de conditions euxiniques sont l'absence d' oxygène (O 2 ), et la présence d' ions sulfate (SO 4 2− ), de matière organique (CH 2 O) et de bactéries capables de réduire le sulfate en sulfure d'hydrogène ( H 2 S). Les bactéries utilisent le potentiel redox du sulfate comme oxydant et la matière organique comme réducteur pour générer de l'énergie chimique par la respiration cellulaire . Les espèces chimiques d'intérêt peuvent être représentées via la réaction :
2CH 2 O + SO 4 2− → H 2 S + 2HCO 3 −
Dans la réaction ci-dessus, le soufre a été réduit pour former le sous - produit sulfure d'hydrogène, le composé caractéristique présent dans l'eau dans des conditions euxiniques. Bien que la réduction des sulfates se produise dans les eaux du monde entier, la plupart des habitats aquatiques modernes sont oxygénés en raison de la production photosynthétique d'oxygène et des échanges gazeux entre l'atmosphère et les eaux de surface. La réduction des sulfates dans ces environnements se limite souvent à se produire dans les sédiments du fond marin qui ont un fort gradient redox et deviennent anoxiques à une certaine profondeur sous l' interface sédiment-eau . Dans l'océan, le taux de ces réactions n'est pas limité par le sulfate, qui est présent en grande quantité dans tous les océans depuis 2,1 milliards d'années. Le grand événement d'oxygénation a augmenté les concentrations d'oxygène dans l'atmosphère, de sorte que l' altération oxydative des sulfures est devenue une source majeure de sulfate dans l'océan. Malgré la présence de nombreux ions sulfate en solution, ils ne sont pas préférentiellement utilisés par la plupart des bactéries. La réduction du sulfate ne donne pas autant d'énergie à un organisme que la réduction de l'oxygène ou du nitrate , de sorte que les concentrations de ces autres éléments doivent être presque nulles pour que les bactéries sulfato-réductrices l'emportent sur les bactéries aérobies et dénitrifiantes . Dans la plupart des contextes modernes, ces conditions ne se produisent que dans une petite partie des sédiments, ce qui entraîne des concentrations insuffisantes de sulfure d'hydrogène pour former des eaux euxiniques.
Les conditions requises pour la formation d'euxinia persistants comprennent des eaux anoxiques , des niveaux élevés de nutriments et une colonne d'eau stratifiée . Ces conditions ne sont pas exhaustives et sont largement basées sur des observations modernes d'euxinia. Les conditions menant à et déclenchant des événements euxiniques à grande échelle, tels que l' océan Canfield , sont probablement le résultat de plusieurs facteurs interdépendants, dont beaucoup ont été déduits par des études des enregistrements géologiques à des endroits pertinents. La formation d'eaux anoxiques stratifiées avec des niveaux élevés de nutriments est influencée par une variété de phénomènes à l'échelle mondiale et locale tels que la présence de pièges à nutriments et le réchauffement climatique.
Pièges à nutriments
Pour que les conditions euxiniques persistent, une boucle de rétroaction positive doit perpétuer l'exportation de matière organique vers les eaux de fond et la réduction de sulfate dans des conditions anoxiques. L'exportation de matière organique est stimulée par des niveaux élevés de production primaire dans la zone photique , soutenus par un apport continu de nutriments aux eaux de surface oxiques. Une source naturelle de nutriments, comme le phosphate ( PO3−
4), provient de l' altération des roches et du transport ultérieur de ces nutriments dissous via les rivières. Dans un piège à nutriments, un apport accru de phosphate des rivières, des taux élevés de recyclage du phosphate des sédiments et un mélange vertical lent dans la colonne d'eau permettent aux conditions euxiniques de persister.
Géographie
La disposition des continents a changé au fil du temps en raison de la tectonique des plaques , ce qui a entraîné une modification de la bathymétrie des bassins océaniques au fil du temps. La forme et la taille des bassins influencent les schémas de circulation et la concentration des nutriments à l'intérieur de ceux-ci. Des modèles numériques simulant des arrangements passés de continents ont montré que des pièges à nutriments peuvent se former dans certains scénarios, augmentant les concentrations locales de phosphate et créant des conditions euxiniques potentielles. À plus petite échelle, les bassins à seuil servent souvent de pièges à nutriments en raison de leur circulation estuarienne . La circulation estuarienne se produit lorsque les eaux de surface sont reconstituées à partir des apports fluviaux et des précipitations, provoquant un écoulement des eaux de surface du bassin, tandis que les eaux profondes s'écoulent dans le bassin par-dessus le seuil. Ce type de circulation permet à une eau de fond anoxique et riche en nutriments de se développer dans le bassin.
Stratification
Les eaux stratifiées, combinées à un mélange vertical lent, sont essentielles au maintien des conditions euxiniques. La stratification se produit lorsque deux ou plusieurs masses d'eau de densités différentes occupent le même bassin. Alors que les eaux de surface moins denses peuvent échanger des gaz avec l'atmosphère riche en oxygène, les eaux de fond plus denses maintiennent une faible teneur en oxygène. Dans les océans modernes, la circulation thermohaline et l' upwelling empêchent les océans de maintenir des eaux de fond anoxiques. Dans un bassin seuillé, les couches stratifiées stables permettent uniquement à l'eau de surface de s'écouler hors du bassin tandis que l'eau profonde reste anoxique et relativement non mélangée. Cependant, lors d'une intrusion d'eau salée dense, l'eau de fond riche en nutriments monte, entraînant une productivité accrue à la surface, améliorant encore le piège à nutriments grâce au pompage biologique . L'élévation du niveau de la mer peut exacerber ce processus en augmentant la quantité d'eau profonde entrant dans un bassin encaissé et en améliorant la circulation estuarienne.
Le réchauffement climatique
Un climat qui se réchauffe augmente les températures de surface des eaux, ce qui affecte de multiples aspects de la formation d'eau euxinique. À mesure que les eaux se réchauffent, la solubilité de l' oxygène diminue , ce qui permet aux eaux anoxiques profondes de se former plus facilement. De plus, l'eau plus chaude provoque une respiration accrue de la matière organique, ce qui entraîne un épuisement supplémentaire de l'oxygène. Des températures plus élevées améliorent le cycle hydrologique, augmentant l'évaporation des plans d'eau, entraînant une augmentation des précipitations. Cela provoque des taux plus élevés d'altération des roches et donc des concentrations plus élevées de nutriments dans les débits des rivières. Les nutriments permettent une plus grande productivité résultant en plus de neige marine et par la suite moins d'oxygène dans les eaux profondes en raison d'une respiration accrue.
Le volcanisme a également été proposé comme facteur de création de conditions euxiniques. Le dioxyde de carbone (CO 2 ) libéré lors du dégazage volcanique provoque un réchauffement climatique qui a des effets en cascade sur la formation de conditions euxiniques.
Preuve des événements euxiniques
schiste noir
Les schistes noirs sont des roches sédimentaires microlaminées riches en matière organique souvent associées à l'anoxie des eaux de fond. En effet, l'anoxie ralentit la dégradation de la matière organique, permettant un enfouissement plus important dans les sédiments. Une autre preuve de l'enfouissement anoxique du schiste noir comprend l'absence de bioturbation , ce qui signifie qu'il n'y avait pas d'organismes s'enfouissant dans les sédiments car il n'y avait pas d'oxygène pour la respiration. Il doit également y avoir une source de matière organique pour l'enfouissement, provenant généralement de la production à proximité de la surface oxique. De nombreux articles discutant d'anciens événements euxiniques utilisent la présence de schiste noir comme indicateur préliminaire des eaux de fond anoxiques, mais leur présence n'indique pas en soi l'euxinia ou même une forte anoxie. En général, des tests géochimiques sont nécessaires pour fournir de meilleures preuves des conditions.
Géochimie
Certains chercheurs étudient la présence d'euxinia dans les anciens océans, car elle était plus répandue à l'époque qu'elle ne l'est aujourd'hui. Étant donné que les océans anciens ne peuvent pas être observés directement, les scientifiques utilisent la géologie et la chimie pour trouver des preuves dans les roches sédimentaires créées dans des conditions euxiniques. Certaines de ces techniques proviennent de l'étude d'exemples modernes d'euxinia, tandis que d'autres sont dérivées de la géochimie. Bien que les environnements euxiniques modernes aient des propriétés géochimiques en commun avec les anciens océans euxiniques, les processus physiques provoquant euxinia varient très probablement entre les deux.
Isotopes
Les rapports d'isotopes stables peuvent être utilisés pour déduire les conditions environnementales lors de la formation de la roche sédimentaire. En utilisant stoechiométrie et la connaissance de redox voies, paleogeologists peuvent utiliser des isotopes rapports d'éléments pour déterminer la composition chimique de l'eau et des sédiments lors de l' enterrement a eu lieu.
Les isotopes du soufre sont fréquemment utilisés pour rechercher des preuves d'euxinia anciens. Un faible δ 34 S dans les schistes noirs et les roches sédimentaires fournit des preuves positives des conditions de formation euxiniques. La pyrite (FeS 2 ) dans les bassins euxiniques a généralement des concentrations plus élevées d'isotopes légers de soufre que la pyrite dans l'océan moderne. La réduction du sulfate en sulfure favorise les isotopes plus légers du soufre ( 32 S) et s'appauvrit en isotopes plus lourds ( 34 S). Ce sulfure plus léger se lie alors avec Fe 2+ pour former FeS 2 qui est ensuite partiellement conservé dans les sédiments. Dans la plupart des systèmes modernes, le sulfate finit par devenir limitant, et les poids isotopiques du soufre dans le sulfate et le sulfure (conservés sous forme de FeS 2 ) deviennent égaux.
Le molybdène (Mo), l'ion de métal de transition le plus courant dans l'eau de mer moderne, est également utilisé pour rechercher des preuves d'euxinia. L'altération des roches fournit un apport de MoO 4 2- dans les océans. Dans des conditions oxiques, MoO 4 2– est très peu réactif, mais dans les environnements euxiniques modernes tels que la mer Noire , le molybdène précipite sous forme d'oxythiomolybdate (MoO 4−x S x 2– ). Le rapport isotopique du molybdène (δ 97/95 Mo) dans les sédiments euxiniques semble être plus élevé que dans les conditions oxiques. De plus, la concentration de molybdène est fréquemment corrélée avec la concentration de matière organique dans les sédiments euxiniques. L'utilisation de Mo pour indiquer euxinia est toujours en débat.
Enrichissement en oligo-éléments
Dans des conditions euxiniques, certains oligo-éléments tels que Mo, U, V, Cd, Cu, Tl, Ni, Sb et Zn, deviennent insolubles. Cela signifie que les sédiments euxiniques contiendraient plus de la forme solide de ces éléments que l'eau de mer de fond. Par exemple, le molybdène et d'autres métaux traces deviennent insolubles dans des conditions anoxiques et sulfurées, de sorte qu'avec le temps, l'eau de mer s'appauvrit en métaux traces dans des conditions d'euxinia persistants, et les sédiments préservés sont relativement enrichis en molybdène et autres oligo-éléments.
Biomarqueurs organiques
Les bactéries telles que les bactéries sulfureuses vertes et les bactéries sulfureuses violettes , qui existent là où la zone photique chevauche les masses d'eau euxiniques, laissent des pigments dans les sédiments. Ces pigments peuvent être utilisés pour identifier les conditions euxiniques passées. Les pigments utilisés pour identifier la présence passée de bactéries sulfureuses vertes sont le chlorobactane et l' isorénieratène . Les pigments utilisés pour identifier la présence passée de bactéries sulfureuses violettes sont l' okénane .
Géochimie du fer
La pyrite (FeS 2 ) est un minéral formé par la réaction du sulfure d'hydrogène (H 2 S) et du fer bioréactif (Fe 2+ ). Dans les eaux de fond oxiques, la pyrite ne peut se former que dans les sédiments où H 2 S est présent. Cependant, dans les environnements euxiniques riches en fer, la formation de pyrite peut se produire à des taux plus élevés à la fois dans la colonne d'eau et dans les sédiments en raison de concentrations plus élevées de H 2 S. Par conséquent, la présence de conditions euxiniques peut être déduite par le rapport de fer lié à la pyrite. au fer total dans les sédiments. Des taux élevés de fer lié à la pyrite peuvent être utilisés comme indicateur des conditions euxiniques passées. De même, si >45% du fer bioréactif dans les sédiments est lié à la pyrite, alors des conditions anoxiques ou euxiniques peuvent être déduites. Bien qu'utiles, ces méthodes ne fournissent pas de preuve définitive d'euxinia car toutes les eaux euxiniques n'ont pas les mêmes concentrations de fer bioréactif disponible. Ces relations se sont avérées présentes dans la mer Noire euxinique moderne.
Événements euxiniques dans l'histoire de la Terre
Protérozoïque
Le Protérozoïque est l'ère de transition entre les océans anoxiques et oxygénés. Le modèle classique est que la fin des formations de fer à bandes (BIF) était due à l'injection d'oxygène dans l'océan profond, avec un décalage d'environ 0,6 milliard d'années derrière le grand événement d'oxygénation . Canfield, cependant, a fait valoir que l'anoxie a duré beaucoup plus longtemps et que la fin des formations de fer rubanées était due à l'introduction de sulfure. À l'appui de l'hypothèse originale de Canfield, des enregistrements sédimentaires vieux de 1,84 milliard d'années ont été trouvés dans le groupe Animike au Canada qui présentent une pyritisation presque complète au-dessus de la dernière des formations de fer rubanées, montrant des preuves d'une transition vers des conditions euxiniques dans ce bassin. Pour que la pyritisation complète se produise, presque tout le sulfate dans l'eau a été réduit en sulfure, qui a extrait le fer de l'eau, formant de la pyrite. Parce que ce bassin était ouvert sur l'océan, l'euxinia profond a été interprété comme étant un phénomène répandu. On suppose que cet euxinia a duré jusqu'à il y a environ 0,8 milliard d'années, faisant de l'euxinia du fond du bassin une caractéristique potentiellement répandue dans l'ensemble du milliard de forage .
D'autres preuves d'euxinia ont été découvertes dans le bassin de McArthur en Australie, où une chimie du fer similaire a été trouvée. Le degré de pyritisation et le 34 S étaient tous deux élevés, soutenant la présence d'anoxie et de sulfure, ainsi que l'appauvrissement en sulfate. Une autre étude a trouvé des biomarqueurs pour les bactéries de soufre vertes et les bactéries de soufre pourpres dans la même zone, fournissant des preuves supplémentaires de la réduction du sulfate en sulfure d'hydrogène.
Les isotopes du molybdène ont été utilisés pour examiner la distribution d'euxinia au cours de l'éon protérozoïque et suggèrent que l'euxinia n'était peut-être pas aussi répandu que Canfield l'avait initialement postulé. Les eaux de fond peuvent avoir été plus largement suboxiques qu'anoxiques, et il pourrait y avoir eu une rétroaction négative entre euxinia et les niveaux élevés de production primaire de surface nécessaires pour maintenir les conditions euxiniques. D'autres travaux ont suggéré qu'à partir de 700 millions d'années (fin du Protérozoïque) et au-delà, les océans profonds pourraient avoir été en fait anoxiques et riches en fer avec des conditions similaires à celles de la formation des BIF.
Phanérozoïque
Il existe des preuves de multiples événements euxiniques au cours du Phanérozoïque. Il est fort probable qu'euxinia ait été périodique au Paléozoïque et au Mésozoïque, mais les données géologiques sont trop rares pour tirer des conclusions à grande échelle. À cet éon, il existe des preuves que les événements euxiniques sont potentiellement liés à des événements d'extinction de masse, notamment le Dévonien supérieur et le Permien-Trias .
Paléozoïque
La présence périodique de conditions euxiniques dans le Cambrien inférieur a été corroborée par des preuves trouvées sur la plate-forme du Yangtze dans le sud de la Chine. Les isotopes du soufre au cours de la transition du Protérozoïque au Phanérozoïque donnent des preuves d'euxinia répandus, qui ont peut-être duré tout au long de la période cambrienne. Vers la fin du Cambrien inférieur, la chimiocline euxinique s'est approfondie jusqu'à ce qu'euxinia ne soit présent que dans les sédiments, et une fois que le sulfate est devenu limitant, les conditions sont devenues anoxiques au lieu d'euxiniques. Certaines zones sont finalement devenues oxiques, tandis que d'autres sont finalement revenues à euxinic pendant un certain temps.
Les enregistrements géologiques du paléozoïque dans le bassin Selwyn dans le nord du Canada ont également montré des preuves de stratification et de mélange épisodiques, où, en utilisant δ 34 S, il a été déterminé que le sulfure d'hydrogène était plus répandu que le sulfate . Bien que cela n'ait pas été attribué à l'origine à euxinia, d'autres études ont révélé que l'eau de mer à cette époque avait probablement de faibles concentrations de sulfate, ce qui signifie que le soufre dans l'eau était principalement sous forme de sulfure. Ceci, combiné au schiste noir riche en matière organique, fournit des preuves solides de l'euxinia.
Il existe des preuves similaires dans les schistes noirs du centre du continent nord-américain datant du Dévonien et du début du Mississippien. L'isoreniératène , un pigment connu comme indicateur d'une zone photique anoxique, a été trouvé dans les archives géologiques de l'Illinois et du Michigan. Bien que présents, ces événements étaient probablement éphémères et n'ont pas duré plus longtemps. Des preuves périodiques similaires d'euxinia peuvent également être trouvées dans les schistes de Sunbury du Kentucky.
Les preuves d'euxinia ont également été liées aux événements de Kellwasser de l'événement d'extinction du Dévonien supérieur. L'Euxinia dans les eaux des bassins de ce qui est maintenant l'Europe centrale (Allemagne, Pologne et France) a persisté pendant une partie de la fin du Dévonien et peut s'être propagée dans les eaux peu profondes, contribuant à l'événement d'extinction.
Il y a peut-être eu une période d'oxygénation des eaux de fond au Carbonifère , très probablement entre l'extinction du Dévonien supérieur et l'extinction du Permien-Trias, période à laquelle les euxinia seraient très rares dans les océans paléo.
L' événement d'extinction du Permien-Trias peut également avoir des liens avec euxinia, avec l'hypercapnie et la toxicité du sulfure d'hydrogène tuant de nombreuses espèces. La présence d'un biomarqueur pour la photosynthèse anaérobie par les bactéries vertes sulfureuses a été trouvée du Permien au début du Trias dans les roches sédimentaires en Australie et en Chine, ce qui signifie que les conditions euxiniques se sont étendues assez peu profondes dans la colonne d'eau, contribuant aux extinctions et peut-être même ralenti la reprise. On ne sait pas, cependant, à quel point la zone photique euxinia était répandue au cours de cette période. Les modélisateurs ont émis l'hypothèse qu'en raison des conditions environnementales, l'anoxie et le sulfure peuvent avoir été soulevés à partir d'un vaste et profond réservoir euxinique dans les zones d' upwelling , mais les zones stables ressemblant à des tourbillons sont restées oxiques.
Mésozoïque
Le Mésozoïque est bien connu pour ses événements anoxiques océaniques (OAE) distincts qui ont entraîné l'enfouissement de couches de schiste noir. Bien que ces OAE ne soient pas des preuves isolées d'euxinia, beaucoup contiennent des biomarqueurs qui soutiennent la formation d'euxinia. Encore une fois, les preuves ne sont pas universelles. Les OAE ont peut-être stimulé la propagation des euxinia existants, en particulier dans les régions d'upwelling ou les bassins semi-restreints, mais la zone photique euxinia ne s'est pas produite partout.
Cénozoïque
Peu d'épisodes d'euxinia sont évidents dans les archives sédimentaires au cours du Cénozoïque. Depuis la fin des OAE du Crétacé, il est fort probable que les eaux des fonds océaniques soient restées oxiques.
Euxinia moderne
Les conditions euxiniques ont presque disparu des environnements océaniques de la Terre, mais quelques exemples à petite échelle existent encore aujourd'hui. Bon nombre de ces emplacements partagent des caractéristiques biogéochimiques communes. Par exemple, de faibles taux de renversement et de mélange vertical de la colonne d'eau totale sont courants dans les plans d'eau euxiniques. De faibles rapports surface/profondeur permettent la formation de plusieurs couches stables tout en limitant le renversement dû au vent et la circulation thermohaline. De plus, un mélange restreint améliore les couches stratifiées à haute densité nutritive qui sont renforcées par le recyclage biologique. Au sein de la chimiocline, des organismes hautement spécialisés, tels que les bactéries sulfureuses vertes, profitent du fort gradient de potentiel redox et de la lumière solaire minimale.
La mer Noire
La mer Noire est un modèle moderne couramment utilisé pour comprendre les processus biogéochimiques qui se produisent dans des conditions euxiniques. On pense qu'il représente les conditions des proto-océans de la Terre et aide ainsi à l'interprétation des proxies océaniques. Les sédiments de la mer Noire contiennent des réactions d'oxydoréduction à des profondeurs de plusieurs dizaines de mètres, contre quelques centimètres en pleine mer. Cette caractéristique unique est importante pour comprendre le comportement de la cascade redox dans des conditions euxiniques.
Le seul lien entre l'océan ouvert et la mer Noire est le détroit du Bosphore , à travers lequel les eaux denses de la Méditerranée sont importées. Par la suite, de nombreux fleuves, tels que le Danube , le Don , le Dniepr et le Dniestr , drainent de l'eau douce dans la mer Noire, qui flotte au-dessus des eaux méditerranéennes plus denses, provoquant une forte colonne d'eau stratifiée. Cette stratification est maintenue par une forte pycnocline qui restreint la ventilation des eaux profondes et se traduit par une couche intermédiaire appelée la chimiocline , une frontière nette séparant les eaux de surface oxiques des eaux de fond anoxiques généralement entre 50 m et 100 m de profondeur, avec une variation interannuelle attribuée à des changements à grande échelle. en température. Des conditions oxiques bien mélangées existent au-dessus de la chimiocline et des conditions sulfuriques sont dominantes en dessous. L'oxygène de surface et le sulfure d'eau profonde ne se chevauchent pas par mélange vertical, mais un entraînement horizontal d'eaux oxygénées et un mélange vertical de manganèse oxydé dans des eaux sulfurées peuvent se produire près de l'entrée du détroit du Bosphore. Les oxydes de manganèse et de fer oxydent probablement le sulfure d'hydrogène près de la chimiocline, ce qui entraîne une diminution des concentrations de H 2 S à mesure que l'on s'approche de la chimiocline par le bas.
Lacs méromictiques
Les lacs méromictiques sont des plans d'eau mal mélangés et anoxiques avec une forte stratification verticale. Alors que les lacs méromictiques sont fréquemment classés comme des plans d'eau avec un potentiel de conditions euxiniques, beaucoup ne présentent pas d'euxinia. Les lacs méromictiques sont tristement célèbres pour leurs éruptions limniques . Ces événements coïncident généralement avec une activité tectonique ou volcanique à proximité qui perturbe la stratification par ailleurs stable des lacs méromictiques. Cela peut entraîner la libération d'immenses concentrations de gaz toxiques stockés des eaux de fond anoxiques, tels que le CO 2 et le H 2 S, en particulier des lacs méromictiques euxiniques. En concentration suffisamment élevée, ces explosions limniques peuvent être mortelles pour les humains et les animaux, comme la catastrophe du lac Nyos en 1986.
Fjords de la mer du Nord
Certains fjords développent euxinia si la connexion avec l'océan ouvert est resserrée, comme dans le cas de la mer Noire. Cette constriction empêche l'eau océanique relativement dense et riche en oxygène de se mélanger avec les eaux du fond du fjord, ce qui conduit à des couches stratifiées stables dans le fjord. L'eau de fonte à faible salinité forme une lentille d'eau douce de faible densité au-dessus d'une masse plus dense d'eau de fond. Les sources souterraines de soufre sont également une cause importante d'euxinia dans les fjords.
Fjord de Framvaren
Ce fjord est né comme un lac glaciaire qui a été séparé de l'océan ouvert (la mer du Nord) lorsqu'il a été soulevé lors du rebond glaciaire. Un canal peu profond (2 m de profondeur) a été creusé en 1850, fournissant une connexion marginale à la mer du Nord. Une forte pycnocline sépare l'eau douce de surface de l'eau de fond dense et saline, et cette pycnocline réduit le mélange entre les couches. Les conditions anoxiques persistent en dessous de la chimiocline à 20 m, et le fjord a les niveaux les plus élevés de sulfure d'hydrogène dans le monde marin anoxique. Comme la mer Noire, le chevauchement vertical de l'oxygène et du soufre est limité, mais le déclin de H 2 S s'approchant de la chimiocline par le bas est révélateur d'une oxydation de H 2 S, qui a été attribuée aux oxydes de manganèse et de fer, bactéries photo-autotrophes, et l'entraînement d'oxygène horizontalement depuis les limites du fjord. Ces processus d'oxydation sont similaires à ceux présents dans la mer Noire.
Deux forts événements d'intrusion d'eau de mer se sont produits à travers le canal dans l'histoire récente (1902 et 1942). Les intrusions d'eau de mer dans les fjords forcent une eau dense, salée et riche en oxygène dans les eaux de fond typiquement anoxiques et sulfurées des fjords euxiniques. Ces événements entraînent une perturbation temporaire de la chimiocline, augmentant la profondeur à laquelle H 2 S est détecté. La rupture de la chimiocline fait réagir H 2 S avec l'oxygène dissous dans une réaction redox. Cela diminue la concentration d'oxygène dissous dans la zone photique biologiquement active, ce qui peut entraîner la mort de poissons à l'échelle du bassin. L'événement de 1942, en particulier, était suffisamment fort pour réduire chimiquement la grande majorité de l'oxygène et élever la chimiocline à l'interface air-eau. Cela a provoqué un état temporaire d'anoxie totale dans le fjord et a entraîné une mortalité dramatique des poissons.
Fjord Mariager
Ce fjord est marqué par une chimiocline très mobile dont la profondeur serait liée aux effets de la température. Des rapports locaux faisant état d'une forte odeur d'œufs pourris - l'odeur de soufre - pendant de nombreux étés autour du fjord prouvent que, comme le fjord de Framvaren, la chimiocline a percé la surface du fjord au moins cinq fois au cours du siècle dernier. L'exportation de sédiments au cours de ces événements a augmenté les concentrations de phosphates dissous, d'azote biodisponible inorganique et d'autres nutriments, entraînant une prolifération d'algues nuisibles .
Bassin du Cariaco
Le bassin de Cariaco au Venezuela a été utilisé pour étudier le cycle de la matière organique dans les environnements marins euxiniques. Une augmentation de la productivité coïncidant avec la charge en nutriments post-glaciaires a probablement provoqué une transition des conditions oxiques aux conditions anoxiques et ensuite euxiniques il y a environ 14 500 ans. Une productivité élevée à la surface produit une pluie de matière organique particulaire vers la sous-surface où des conditions anoxiques et sulfurées persistent. La matière organique de cette région est oxydée avec du sulfate, produisant du soufre réduit (H 2 S) comme déchet. Le soufre libre existe profondément dans la colonne d'eau et jusqu'à 6 m de profondeur dans les sédiments.