19世纪初，英国“挑战者”号调查船环球航行，从深海洋底表层采集到深海沉积物样品，当时发现，深海底广泛分布着红黏土，它的褐红色是氧化环境下形成的铁离子所致。可见，现今海水的深层仍然富含氧，这是大洋环流强盛的反映。
20世纪，美国的“格洛玛挑战者”号深海钻探船在各大洋打钻，钻杆穿过年轻地层，钻到了距今1亿年前后（白垩纪中期）的沉积物。科学家意外地发现，那时广泛分布的并不是红黏土，而是黑色沉积物。它的厚度多在45～270米之间，有机质含量高达1％～30％。显然，1亿年前的海洋状况与现代明显不同，这种状况发生在白垩纪中期这一特定时期，被称为大洋缺氧事件或叫白垩缺氧事件。这一事件的起因是什么，也就是黑色沉积物是在怎样的背景下形成的，引起了海洋学家的广泛注意。
有学者根据白垩纪中期的黑色沉积物中缺乏底栖生物化石，认为当时海水的含氧量很低，沉积碳酸锰的形成也证明了这一点，因为沉积碳酸锰在氧化环境下是不稳定的。白垩纪为地球上的高温时期，当时即使在两极地区也无冰雪覆盖，海水温度比目前高10℃左右，而海水的含氧量又取决于温度，温度越高，含氧量越低。黑色沉积层中缺少海底洋流侵蚀的痕迹，表明当时海水环流很弱，这是因为当时赤道与两极海洋的温差，以及表层与底层海水的温差都比现在小得多，停滞的海水环境使得氧气消耗后得不到补充，也易于导致缺氧环境。
而有的专家则发现，白垩纪联合古陆分裂不久，新生的洋盆面积狭小，环境比较闭塞。比如当时南大西洋与北大西洋并不相连，又受到鲸鱼海岭、福克兰海台的阻隔，所以处于停滞状态，形成了大量黑色页岩。很明显，这一说法难以解释太平洋中黑色沉积物的形成。
深海钻探在非洲西北岸外的大西洋底发现，白垩纪中期的黑色沉积层与红色沉积层相间形成互层。如果认为黑色沉积层形成于停滞缺氧环境，红色沉积层形成于富氧环境，那就很难理解为什么缺氧环境与富氧环境会如此频繁地更迭。
有些学者强调这是有机质供应速率多次变化所致。深海浊流从浅海把夹杂大量动植物遗体的沉积物搬运到深海区，大量有机质被快速埋藏，形成黑色沉积层；其中的有机质在分解时耗去大量氧，从而在沉积层甚至底层海水中造成缺氧环境。
在这些学者看来，缺氧环境是黑色富碳沉积层堆积过程中的产物，而不是黑色沉积层的形成原因、由于浊流周期性地反复活动，故可以形成多层黑色沉积物。其间所夹的红色沉积物是在有机质供应速率较低时期形成的。·
太平洋一些海岭上的黑色沉积物，可能是由于其周围的上升流导致生物繁盛，提供了大量有机质的缘故。
如果黑色沉积物的形成确与生物大量繁殖或有机质大量供应有关，那么，我们还不明白：为什么在1亿年前会出现这种情况？生物大量繁殖是如何开始，又是如何结束的？
曾有人提出，生物繁殖率升高与海侵有关。白垩纪中期为大海浸时期，海水淹没大片陆地，在广阔的浅海区繁殖了大量浮游生物；有机质源源不绝地沉积下来，消耗了大量氧，进而使缺氧环境扩展到深海区。尽管这一模式颇受青睐，但是也有人质问：为什么另有几次海侵并没有造成缺氧事件？
l亿年前的缺氧事件或黑色沉积层的成因，有的是因为海水停滞、含氧量低，有的是因为海盆闭塞，也有人认为主要是有机质大量供应或海侵所致，可谓众说纷纭。探索白垩纪缺氧事件的奥秘，不仅对研究海水化学和海洋环境的变迁很有意义，而且由于黑色沉积层可构成数量庞大的生油岩，从而在石油资源的勘探开发方面也有非常重大的意义。