キャンフィールド海

キャンフィールド海洋モデルは、地球化学者のドナルド・キャンフィールドによって、中期から後期原生代の海洋の組成を説明するために提唱された。

1998年にNatureに掲載された論文^{[ 1 ]}で、キャンフィールドは、深海は「退屈な10億年前」（18億～ 8億年前）には無酸素で硫化物に富む（ユーキシックとも呼ばれる）状態であり、これらの条件によって海洋堆積物中の鉄に富む縞状鉄鉱層（BIF）の鉱物沈着が停止したと主張した。キャンフィールド海洋理論以前は、大酸化イベント（GOE、約24.6億年前）中に海洋が完全に酸素化されたことがBIFの沈着停止のメカニズムであると考えられていた。^{[ 2 ]}

GOEの終焉までに、大気中の酸素濃度は現在の10%にも達した。^{[ 3 ]}このような状況下では、深海は無酸素状態のままであった可能性が高い。しかし、大気には硫酸塩を含む陸生鉱物の風化を促進するのに十分な酸素があり、流出によって硫酸塩（SO42- _）^が海洋に運ばれた。^{[ 4 ]}その後、硫酸塩は微生物によって還元され、硫化水素（H2S _）が生成された。

${\displaystyle {\ce {2CH2O + SO4^2- -> H2S + 2HCO3^-}}}$

18億年前までに、硫化物（S ^{2- ）濃度が十分に高くなり、鉄と結合して}黄鉄鉱（FeS ₂ ）を形成することで深海から鉄を沈殿させ、BIFの形成を事実上終了させた。^{[ 1 ]}

貧酸素海洋状態を示す証拠のほとんどは、堆積物記録に見られる安定同位体比から得られています。例えば、δ ³⁴ S 、つまり標準と比較した³⁴ S と³² S の濃度の測定値は、退屈な 10 億年には約 40 ‰であることがわかりました。^{[ 4 ]} δ ³⁴ S の値が 45 ‰ より高い場合は、完全に酸素化された海洋の証拠となり、δ ³⁴ S の値が 5 ‰ より低い場合は、無酸素大気を示唆します。^{[ 4 ]}

論文の中で、キャンフィールドはボックスモデルを用いて、中間的な海洋、つまり部分的にしか酸化されていない海洋がどのように形成されたかを説明した。^{[ 1 ]}このモデルは、栄養塩濃度が現在の濃度に近いと仮定した場合、海洋を完全に酸素化するには、GOEの終わりに大気中の酸素濃度がはるかに高くなければならなかったことを示している。

大規模な無酸素状態の安定性については議論がある。^{[ 5 ]}無酸素状態では、モリブデンや銅など生命に不可欠な金属が枯渇する。これにより、無酸素海洋の形成に必要な高い一次生産速度が阻害される。 ^{[ 5 ]}実際、頁岩の記録から、海洋中のモリブデン濃度は今日の海洋の5分の1以下であったことが分かっている。^{[ 6 ]}

• 無酸素事象– 地球の海洋における歴史的な酸素欠乏事象 
• 低酸素症– 酸素濃度が低い状態またはレベル 
• 退屈な10億年― 地球の歴史、18億年前から8億年前 
• 大量絶滅― 地球上の生物多様性の急速な減少 
• 海洋成層― 密度差による海水の層状構造 
• ペルム紀-三畳紀絶滅イベント– 地球史上最も深刻な絶滅イベント 
• スース効果– 化石燃料燃焼による大気中の化学的特徴