DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-03112-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41552281
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Anya V. Hess وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الجيولوجيا وعلم المناخ القديم
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في مستويات الأكسجة التاريخية لبحر العرب، وخاصة خلال ذروة المناخ الميوسيني (MCO، 17.0-14.8 مليون سنة مضت)، وتقارن هذه النتائج مع شمال المحيط الهادئ الاستوائي الشرقي (ETNP). باستخدام العناصر النزرة ونظائر النيتروجين من الفورامينيfera العائمة، تكشف الدراسة أن بحر العرب كان أكثر أكسجة خلال MCO مما هو عليه اليوم، مشابهًا لـ ETNP. ومع ذلك، فإن إنشاء منطقة نقص الأكسجين الحقيقية (ODZ) في بحر العرب تأخر عن تلك الموجودة في ETNP، مما يشير إلى أن العمليات المحيطية الإقليمية، مثل النشاط المونصوني الأولي وتدفق تيثيس، أثرت بشكل كبير على أنماط نقص الأكسجين.
توفر الدراسة أدلة جيوكيميائية شبه كمية تشير إلى أن بحر العرب حافظ على منطقة نقص الأكسجين طويلة الأمد (OMZ) منذ ما لا يقل عن 19.8 مليون سنة مضت، مع نقص تدريجي في الأكسجين culminated في إنشاء ODZ حوالي 12.1 مليون سنة مضت. كانت هذه العملية معقدة وحدثت على مدى حوالي 2.5 مليون سنة، مع مراحل متميزة من فقدان الأكسجين تشير إليها مؤشرات مختلفة (Mn/Ca، I/Ca، وFB-δ15N). تشير النتائج إلى أنه بينما شهد كل من بحر العرب وETNP تحسينًا في الأكسجة خلال MCO، كان نقص الأكسجين في بحر العرب متأخرًا وأكثر تعقيدًا. تؤكد الدراسة على أهمية الديناميات المحيطية الإقليمية في التنبؤ باتجاهات الأكسجة المستقبلية للمحيطات، خاصة في سياق تغير أنماط المونسون وتدفق المياه من البحار المجاورة.
طرق البحث
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تتفصل المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها، بالإضافة إلى المعايير لاختيار المشاركين أو إعداد العينات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم والمتغيرات التي تم التلاعب بها خلال الدراسة. يسمح هذا النهج الشامل بفهم واضح لكيفية إجراء البحث، مما يسهل تقييم صحة وموثوقية النتائج المقدمة في الأقسام اللاحقة من الورقة.
النتائج
تكشف نتائج هذه الدراسة عن رؤى مهمة حول الظروف المحيطية الماضية بناءً على مؤشرات جيوكيميائية مختلفة. تشير نسب Mn/Ca في طلاءات كربونات الفورامينيfera إلى أكسجة المياه القاعية، مع ملاحظات لقيم مرتفعة في الموقع 714 بين 18.6 و13.4 مليون سنة مضت (212.1 ± 35.2 ميكرومول/مول)، مما يشير إلى ظروف أكسجية ملائمة لتكوين كربونات المنغنيز الثانوية. بالمقابل، ظلت نسب I/Ca، الحساسة للبيئات ذات الأكسجين المنخفض، منخفضة عبر كلا الموقعين، حيث بلغ متوسط الموقع 730 0.96 ± 0.21 ميكرومول/مول ومتوسط الموقع 714 1.35 ± 0.35 ميكرومول/مول. من الجدير بالذكر أن الانخفاض في قيم I/Ca بعد ذروة المناخ الميوسيني (MCO) يشير إلى نقص تدريجي في الأكسجين، مع حدوث التحولات أولاً في Mn/Ca، تليها I/Ca، ثم نظائر النيتروجين (δ¹⁵N)، التي تعكس نزع النيتروجين تحت ظروف الأكسجين المنخفض.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر بيانات نظائر النيتروجين من T. sacculifer في الموقع 730 قيم δ¹⁵N مرتفعة (4.6-9.9‰)، مما يشير إلى زيادة نزع النيتروجين، خاصة بين 14.0 و13.5 مليون سنة مضت. بلغت تركيزات الدهون GDGT، التي تعمل كمؤشرات للإنتاجية البحرية وظروف الحفظ، ذروتها عند 9.7 مليون سنة مضت، مما يشير إلى زيادة الإنتاج التصديري أو تحسين الحفظ بسبب تقليل تهوية المياه القاعية. كانت نسبة GDGTs من نوع البحر الأحمر مرتفعة بشكل ملحوظ قبل 13.5 مليون سنة مضت لكنها انخفضت إلى حوالي 20% بحلول 9.8 مليون سنة مضت، مما يشير إلى تحولات في مساهمات المجتمع الميكروبي على مر الزمن. بشكل عام، توفر هذه النتائج رؤية شاملة للظروف المحيطية المتغيرة خلال الميوسيني، مع تسليط الضوء على التفاعل بين الأكسجة والإنتاجية والحفظ في البيئات البحرية.
المناقشة
تناقش البحث استمرار منطقة نقص الأكسجين (OMZ) في بحر العرب خلال الميوسيني المبكر وانتقال المناخ في الميوسيني الأوسط (MCO)، كما تشير سجلات I/Ca وFB-δ¹⁵N المجمعة. طوال الفترة من 19.8 إلى 8.6 مليون سنة مضت، تشير قيم I/Ca التي كانت باستمرار أقل من 2 ميكرومول/مول إلى ظروف نقص الأكسجين مع تركيزات أكسجين أقل من 90 ميكرومول/كجم، على الرغم من أنها لم تكن منخفضة بما يكفي لدعم نزع النيتروجين في عمود الماء، والذي يتطلب مستويات أقل من 5 ميكرومول/كجم. يتماشى هذا النقص مع أدلة على النشاط المونصوني الأولي وزيادة المدخلات الأرضية في بحر العرب، على الرغم من عدم وجود سجلات مباشرة للارتفاع الساحلي. تقترح الدراسة أن ظروف نقص الأكسجين قد تكون مرتبطة أيضًا بتدفق المياه المنخفضة الأكسجين من محيط تيثيس، خاصة بعد تدفق المياه الدافئة المالحة من البحر الأبيض المتوسط حوالي 19.5 مليون سنة مضت.
بعد MCO، حدث مزيد من نقص الأكسجين بين 14.6 و12.1 مليون سنة مضت، مع تحولات في مؤشرات متعددة، بما في ذلك Mn/Ca وI/Ca، مما يشير إلى توسع تدريجي لـ OMZ على مدى حوالي 2.5 مليون سنة. تبرز الدراسة فرقًا كبيرًا في توقيت وحجم الاستجابات بين بحر العرب وشرق المحيط الهادئ الاستوائي (ETNP) لتغيرات المناخ الميوسيني، حيث ظل بحر العرب ناقص الأكسجين خلال MCO بينما كان ETNP مؤكسجًا جيدًا. تشير النتائج إلى أن زيادة الارتفاع الإقليمي والتغيرات المناخية، وخاصة إنشاء نظام المونسون الحديث في جنوب آسيا، لعبت أدوارًا حاسمة في تاريخ نقص الأكسجين في بحر العرب. تؤكد الدراسة على أهمية فهم هذه العمليات الإقليمية للتنبؤ بالتغيرات المستقبلية في ديناميات OMZ، خاصة في ضوء تغير المناخ المستمر وتأثيراته المحتملة على تبادل الكتل المائية والتصنيف في بحر العرب.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-03112-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41552281
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Anya V. Hess et al.
Primary Topic: Geology and Paleoclimatology Research
Overview
This research investigates the historical oxygenation levels of the Arabian Sea, particularly during the Miocene Climatic Optimum (MCO, 17.0-14.8 Ma), and compares these findings with the eastern tropical North Pacific (ETNP). Utilizing trace elements and nitrogen isotopes from planktonic foraminifera, the study reveals that the Arabian Sea was more oxygenated during the MCO than it is today, similar to the ETNP. However, the establishment of a true oxygen deficient zone (ODZ) in the Arabian Sea lagged behind that of the ETNP, suggesting that regional oceanographic processes, such as proto-monsoonal activity and Tethys outflow, significantly influenced deoxygenation patterns.
The study provides semi-quantitative geochemical evidence indicating that the Arabian Sea has maintained a long-lived oxygen minimum zone (OMZ) since at least 19.8 Ma, with progressive deoxygenation culminating in the establishment of an ODZ around 12.1 Ma. This deoxygenation process was complex and occurred over approximately 2.5 million years, with distinct phases of oxygen loss indicated by various proxies (Mn/Ca, I/Ca, and FB-δ15N). The findings suggest that while both the Arabian Sea and ETNP experienced improved oxygenation during the MCO, the Arabian Sea’s deoxygenation was delayed and more intricate. The study underscores the importance of regional oceanographic dynamics in predicting future ocean oxygenation trends, particularly in the context of changing monsoonal patterns and inflow from adjacent seas.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols for data collection, including any statistical analyses performed, as well as the criteria for participant selection or sample preparation.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control conditions and the variables manipulated during the study. This comprehensive approach allows for a clear understanding of how the research was conducted, facilitating the evaluation of the validity and reliability of the findings presented in subsequent sections of the paper.
Results
The results of this study reveal significant insights into past oceanic conditions based on various geochemical proxies. Mn/Ca ratios in foraminiferal carbonate coatings indicate bottom-water oxygenation, with elevated values observed at Site 714 between 18.6 and 13.4 Ma (212.1 ± 35.2 µmol/mol), suggesting oxic conditions conducive to secondary Mn-carbonate formation. In contrast, I/Ca ratios, sensitive to low-oxygen environments, remained low across both sites, with Site 730 averaging 0.96 ± 0.21 µmol/mol and Site 714 averaging 1.35 ± 0.35 µmol/mol. Notably, a decline in I/Ca values post-Miocene Climatic Optimum (MCO) indicates progressive deoxygenation, with shifts occurring first in Mn/Ca, followed by I/Ca, and then nitrogen isotopes (δ¹⁵N), which reflect denitrification under low-oxygen conditions.
Additionally, nitrogen isotopic data from T. sacculifer at Site 730 show elevated δ¹⁵N values (4.6-9.9‰), indicating intensified denitrification, particularly between 14.0 and 13.5 Ma. GDGT lipid concentrations, which serve as proxies for marine productivity and preservation conditions, peaked at 9.7 Ma, suggesting increased export production or improved preservation due to reduced bottom-water ventilation. The proportion of Red Sea-type GDGTs was notably high before 13.5 Ma but decreased to approximately 20% by 9.8 Ma, indicating shifts in microbial community contributions over time. Overall, these findings provide a comprehensive view of the changing oceanic conditions during the Miocene, highlighting the interplay between oxygenation, productivity, and preservation in marine environments.
Discussion
The research discusses the persistence of an oxygen minimum zone (OMZ) in the Arabian Sea during the Early Miocene and the Middle Miocene Climate Transition (MCO), as indicated by combined I/Ca and FB-δ¹⁵N records. Throughout the interval from 19.8 to 8.6 Ma, I/Ca values consistently below 2 µmol/mol suggest hypoxic conditions with oxygen concentrations under 90 µmol/kg, although they were not low enough to support water-column denitrification, which requires levels below 5 µmol/kg. This hypoxia aligns with evidence of proto-monsoonal activity and increased terrestrial input in the Arabian Sea, although direct records of coastal upwelling are lacking. The study proposes that the hypoxic conditions may also be linked to low-oxygen outflow from the Tethys Ocean, particularly following the influx of warm, saline waters from the Mediterranean around 19.5 Ma.
Following the MCO, further deoxygenation occurred between 14.6 and 12.1 Ma, marked by shifts in multiple proxies, including Mn/Ca and I/Ca, indicating a gradual expansion of the OMZ over approximately 2.5 million years. The study highlights a significant difference in the timing and magnitude of responses between the Arabian Sea and the Eastern Tropical North Pacific (ETNP) to Miocene climate changes, with the Arabian Sea remaining hypoxic during the MCO while the ETNP was well-oxygenated. The findings suggest that intensified upwelling and regional climatic changes, particularly the establishment of the modern South Asian Monsoon system, played crucial roles in the Arabian Sea’s deoxygenation history. The research emphasizes the importance of understanding these regional processes to predict future changes in OMZ dynamics, particularly in light of ongoing climate change and its potential impacts on water mass exchanges and stratification in the Arabian Sea.