19世紀初，英國“挑戰者”號調查船環球航行，從深海洋底表層采集到深海沉積物樣品，當時發現，深海底廣泛分布著紅黏土，它的褐紅色是氧化環境下形成的鐵離子所致。可見，現今海水的深層仍然富含氧，這是大洋環流強盛的反映。
20世紀，美國的“格洛瑪挑戰者”號深海鑽探船在各大洋打鑽，鑽杆穿過年輕地層，鑽到了距今1億年前後（白堊紀中期）的沉積物。科學家意外地發現，那時廣泛分布的並不是紅黏土，而是黑色沉積物。它的厚度多在45~270米之間，有機質含量高達1％~30％。顯然，l億年前的海洋狀況與現代明顯不同，這種狀況發生在白堊紀中期這一特定時期，被稱為大洋缺氧事件或叫白堊缺氧事件。這一事件的起因是什麼，也就是黑色沉積物是在怎樣的背景下形成的，引起了海洋學家的廣泛注意。
有學者根據白堊紀中期的黑色沉積物中缺乏底棲生物化石，認為當時海水的含氧量很低，沉積碳酸錳的形成也證明了這一點，因為沉積碳酸錳在氧化環境下是不穩定的。白堊紀為地球上的高溫時期，當時即使在兩極地區也無冰雪覆蓋，海水溫度比目前高10℃左右，而海水的含氧量又取決於溫度，溫度越高，含氧量越低。黑色沉積層中缺少海底洋流侵蝕的痕跡，表明當時海水環流很弱，這是因為當時赤道與兩極海洋的溫差，以及表層與底層海水的溫差都比現在小得多，停滯的海水環境使得氧氣消耗後得不到補充，也易於導致缺氧環境。
而有的專家則發現，白堊紀聯合古陸分裂不久，新生的洋盆麵積狹小，環境比較閉塞。比如當時南大西洋與北大西洋並不相連，又受到鯨魚海嶺、福克蘭海台的阻隔，所以處於停滯狀態，形成了大量黑色頁岩。很明顯，這一說法難以解釋太平洋中黑色沉積物的形成。
深海鑽探在非洲西北岸外的大西洋底發現，白堊紀中期的黑色沉積層與紅色沉積層相間形成互層。如果認為黑色沉積層形成於停滯缺氧環境，紅色沉積層形成於富氧環境，那就很難理解為什麼缺氧環境與富氧環境會如此頻繁地更迭。
有些學者強調這是有機質供應速率多次變化所致。深海濁流從淺海把夾雜大量動植物遺體的沉積物搬運到深海區，大量有機質被快速埋藏，形成黑色沉積層；其中的有機質在分解時耗去大量氧，從而在沉積層甚至底層海水中造成缺氧環境。
在這些學者看來，缺氧環境是黑色富碳沉積層堆積過程中的產物，而不是黑色沉積層的形成原因、由於濁流周期性地反複活動，故可以形成多層黑色沉積物。其間所夾的紅色沉積物是在有機質供應速率較低時期形成的。·
太平洋一些海嶺上的黑色沉積物，可能是由於其周圍的上升流導致生物繁盛，提供了大量有機質的緣故。
如果黑色沉積物的形成確與生物大量繁殖或有機質大量供應有關，那麼，我們還不明白：為什麼在1億年前會出現這種情況？生物大量繁殖是如何開始，又是如何結束的？
曾有人提出，生物繁殖率升高與海侵有關。白堊紀中期為大海浸時期，海水淹沒大片陸地，在廣闊的淺海區繁殖了大量浮遊生物；有機質源源不絕地沉積下來，消耗了大量氧，進而使缺氧環境擴展到深海區。盡管這一模式頗受青睞，但是也有人質問：為什麼另有幾次海侵並沒有造成缺氧事件？
l億年前的缺氧事件或黑色沉積層的成因，有的是因為海水停滯、含氧量低，有的因為是海盆閉塞，也有人認為主要是有機質大量供應或海侵所致，可謂眾說紛紜。探索白堊紀缺氧事件的奧秘，不僅對研究海水化學和海洋環境的變遷很有意義，而且由於黑色沉積層可構成數量龐大的生油岩，從而在石油資源的勘探開發方麵也有非常重大的意義。