Nghiên cứu về sự thiếu hụt oxy trong cột nước (anoxia) đã được thực hiện tại ba địa điểm khác nhau trong mùa trồi lên ở Peru vào tháng 12/2008 – tháng 1/2009. Các lớp trộn bề mặt kéo dài xuống độ sâu khoảng 10m tại điểm 1, 20m tại điểm 2 và 60m tại điểm 3. Nồng độ oxy (O2) giảm xuống dưới lớp trộn bề mặt đến mức dưới ngưỡng phát hiện của các cảm biến O2 gắn trên CTD. Tại điểm 2, O2 là 75 µmol L−1 ở độ sâu 2m và giảm xuống dưới 20m đến mức không thể phát hiện được bởi cảm biến STOX. Sự suy giảm oxy này là do quá trình khoáng hóa chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Tình trạng thiếu oxy lan xuống tận đáy biển ở cả ba địa điểm.
Nồng độ sắt hòa tan (DFe) ở khu vực nghiên cứu cao hơn đáng kể so với các khu vực ven biển khác có vùng thiếu oxy (OMZ). Nồng độ DFe tại điểm 1 tăng từ 2 nmol L−1 ở lớp bề mặt lên 30 nmol L−1 ở độ sâu 80m và duy trì ổn định trong 24 giờ. Tương tự, tại điểm 3, DFe tăng từ 2 nmol L−1 lên 60 nmol L−1 ở độ sâu 90m. Ngược lại, tại điểm 2, DFe tăng từ 80 nmol L−1 ở vùng nước bề mặt lên khoảng 200 nmol L−1 dưới độ sâu 30m và duy trì ở mức này cho đến đáy biển. Dưới độ sâu 30m, DFe chủ yếu tồn tại ở dạng Fe(II) khử.
Điểm 2 có nồng độ hydro sulfide (H2S) tăng cao, trùng với mức DFe cao. Nồng độ H2S tăng theo độ sâu, đạt cực đại ở độ sâu 50m (~4 µmol L−1) và ~3 µmol L−1 gần đáy biển. Các nghiên cứu khác cũng ghi nhận nồng độ DFe cao (lên đến 300 nmol L−1) trong các sự kiện H2S (lên đến ~10 µmol H2S L−1) ở thềm lục địa Peru.
Sự loại bỏ DFe thông qua sự hình thành các khoáng sulfide sắt Fe(II) đã được báo cáo ở nhiều môi trường khác nhau. Sử dụng Visual MINTEQ. 3.1, các nhà nghiên cứu đã tính toán sự phân bố của các dạng Fe(II) hòa tan, sulfide (FeSaqu) và Fe(II)S trong cấu trúc tinh thể của mackinawite, một khoáng phổ biến ở môi trường nước nhiệt độ thấp. Kết quả cho thấy rằng, ở điều kiện điển hình của vùng biển Peru, sự hình thành Fe(II)S (mackinawite) không thuận lợi về mặt nhiệt động lực học.
Sự hình thành mackinawite chỉ bắt đầu ở nồng độ Fe(II) và H2S ở phạm vi micromol cao hơn. Mô hình hóa chỉ ra rằng cần hơn 2 mmol L−1 H2S để tạo điều kiện cho sự hình thành mackinawite ở pH 7.65 và 13 °C, với nồng độ Fe(II) là 200 nmol L−1.
Trong nước biển không có H2S, hơn 75% Fe(II) tồn tại dưới dạng cation tự do hòa tan, phần còn lại tạo phức với hydroxide (OH−), carbonate (CO32−) và chloride (Cl−). Khi có dư H2S so với Fe(II) và trên pH 7.5, FeSaqu trở thành dạng Fe(II) chiếm ưu thế. Sự hình thành thiol trong trầm tích có thể dẫn đến các phức Fe(II)-thiol, với thiol cũng tạo điều kiện cho sự khử Fe(III). Trong vùng biển Peru chứa sulfide, sự phân bố Fe trong cột nước được kiểm soát bởi tổng lượng Fe từ trầm tích hơn là nồng độ cân bằng của các pha rắn của chúng.
Sự hình thành FeSaqu ổn định DFe thông qua việc tăng lượng hòa tan, do đó tạo điều kiện cho các dòng DFe khuếch tán thẳng đứng trong OMZ của Peru. Các dòng DFe khuếch tán thẳng đứng từ độ sâu trung bình (40m) đến bề mặt (10m) là 101 µmol m−2 d−1.
Ở các điểm 1 và 3, nơi không có H2S trong cột nước thiếu oxy, nồng độ DFe thấp hơn đáng kể so với điểm 2. Các dòng nước khuếch tán thẳng đứng đồng thời giảm. Điều này cho thấy rằng các quá trình cung cấp và loại bỏ trong cột nước thiếu oxy có thể khác nhau và phụ thuộc vào các yếu tố kiểm soát khác ngoài O2.
Quá trình khử nitrate và nitrite, kết hợp với quá trình oxy hóa H2S, cho phép tăng cường dòng H2S và Fe(II) từ trầm tích-nước, dẫn đến sự tích tụ các chất này trong cột nước. Sự oxy hóa Fe(II) thành Fe(III) xảy ra ở oxycline, với sự có mặt của oxy và hydro peroxide.
Các nghiên cứu khác nhau cho thấy vai trò của nitrite trong quá trình oxy hóa Fe(II) và sự tích tụ các oxyhydroxide Fe dạng hạt trong cột nước thiếu oxy ngoài khơi Peru.
Các sự kiện sulfidic định kỳ xảy ra trong OMZ Peru. Các quan sát cho thấy rằng các điều kiện hiện tại không thuận lợi cho sự hình thành mackinawite trong vùng biển Peru thiếu oxy, do nồng độ Fe(II) và H2S quá thấp. Ở nồng độ H2S micromol, các phức và cluster sulfide Fe dạng nước trở thành dạng Fe(II) chiếm ưu thế và đệm DFe thông qua việc ngăn chặn sự thu gom, do đó tăng cường độ hòa tan Fe trong cột nước euxinic.
Các vùng thiếu oxy dự kiến sẽ mở rộng và tăng cường do giảm độ hòa tan oxy liên quan đến sự ấm lên của đại dương, tăng phân tầng cột nước, thay đổi trong tiêu thụ oxy thông qua hô hấp sinh học và thay đổi trong lưu thông lật lớn. Điều này có thể dẫn đến các sự kiện H2S thường xuyên hơn và tăng cường nồng độ Fe(II) trong các OMZ ven biển.
