Нещо изпомпва големи количества кислород на дъното на Тихия океан, на дълбочини, където пълната липса на слънчева светлина прави фотосинтезата невъзможна.

Феноменът е открит в регион, покрит с древни образувания с размер на слива, наречени полиметални възли, които могат да катализират производството на кислород, като вероятно насърчават разделянето на водните молекули. Резултатите са вNature Geoscience 1публикувани.

„Имаме друг източник на кислород на планетата, различен от фотосинтезата“, казва съавторът на изследването Андрю Суитман, еколог по морското дъно в Шотландската асоциация за морски науки в Обан, Обединеното кралство – въпреки че механизмът зад това производство на кислород остава загадка. Констатациите също биха могли да имат значение за разбирането на това как е започнал животът, казва той, както и възможното въздействие на дълбоководен добив в региона.

Наблюдението е „очарователно“, казва Доналд Канфийлд, биогеохимик от Университета на Южна Дания в Одензе. „Но го намирам за разочароващо, защото повдига много въпроси и не дава много отговори.“

Суитман и неговите сътрудници за първи път забелязаха нещо несъответствие по време на теренна работа през 2013 г. Изследователите изучаваха екосистемите на морското дъно в Зона Кларион-Клипертън между Хавай и Мексико, което е по-голямо от Индия и е потенциална цел за добив на богати на метал възли. По време на такива експедиции екипът пуска модул, който потъва на дъното на океана, за да провежда автоматизирани експерименти. Там модулът задвижва надолу цилиндрични камери, за да затвори малки участъци от морското дъно - заедно с малко морска вода - и да създаде "затворен микрокосмос на морското дъно", пишат авторите. След това „спускаемият модул“ измерва как концентрацията на кислород в затворената морска вода се променя за периоди до няколко дни.

Кислородни потоци

Без фотосинтезиращи организми, отделящи кислород във водата, и с всеки друг организъм, който консумира газа, концентрациите на кислород в камерите трябва бавно да намаляват. Sweetman е наблюдавал това в проучвания, които е провел в райони на Южния, Арктическия и Индийския океан, както и в Атлантическия океан. Екосистемите на морското дъно по целия свят дължат съществуването си на кислорода, пренасян от повърхността от теченията и биха умрели бързо, ако бъдат прекъснати. (По-голямата част от този кислород идва от Северния Атлантик и се транспортира до световните дълбини на океаните чрез „глобална конвейерна лента.“)

Но в зоната Clarion-Clipperton инструментите показаха, че затворената вода е станала по-богата, а не по-бедна на кислород. Първоначално Sweetman приписва показанията на грешка на сензора. Но феноменът се появява отново и отново по време на следващите експедиции през 2021 и 2022 г. и е потвърден от измервания, използващи алтернативна техника. „Внезапно осъзнах, че в продължение на осем години съм пренебрегвал този потенциално удивителен нов процес, на дълбочина 4000 метра на дъното на океана“, казва Суитман.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Количеството произведен кислород не е малко: газът в камерите достига концентрации, по-високи от тези в богатите на водорасли повърхностни води, казва Суитман. Нито един от другите региони, изследвани от Sweetman, не съдържа полиметални нодули, което предполага, че тези скали играят важна роля в производството на този "тъмен кислород".

Като първи тест на тази хипотеза, екипът възпроизвежда условията, които са открили на морското дъно в лаборатория на своя кораб. Те наблюдаваха проби, събрани от морското дъно - включително полиметални възли - и откриха, че концентрациите на кислород се повишават, поне временно. „Те започват да произвеждат кислород до определен момент. След това спират“, казва Суитман – вероятно защото енергията, която задвижва разделянето на водните молекули, е изчерпана. Това повдига въпроса откъде идва тази енергия. Ако самите клубени действаха като батерии - генерирайки енергия чрез химическа реакция - те щяха да са изтощени отдавна.

Електрически потенциал

Но възлите могат да служат като катализатори, позволяващи разделянето на водата и образуването на молекулярен кислород. Изследователите измерват напрежението на повърхността на клубените и откриват разлики в напрежението до 0,95 волта. Въпреки че това не се доближава съвсем до 1,5 волта, необходими за разделяне на водна молекула, по принцип могат да се генерират по-високи напрежения, подобно на това как напрежението на батерията може да се удвои чрез свързване на две батерии последователно, казва Суитман.

Съавторът Франц Гайгер, химик от Северозападния университет в Еванстън, Илинойс, казва, че все още не е ясно дали реакцията също така произвежда молекулярен водород - което се случва в индустриални електролизни реакции благодарение на катализатор - или освобождава протони във водата, докато изтласква остатъчните електрони другаде. Но разбирането в крайна сметка може да има полезни приложения, казва той. „Може би там на морското дъно има план, който може да ни помогне да направим по-добри катализатори.“

Ева Щюкен, биогеохимик от университета Сейнт Андрюс, Обединеното кралство, казва, че резултатите също могат да имат отражение върху предложенията за търсене на подписа на възможен живот в светлинния спектър на извънслънчевите планети. „Присъствието на О2„Газът на други планети може да се наложи да се тълкува с допълнителна предпазливост“, казва тя.

Sweetman казва, че преди да започне дълбоководният добив, изследователите трябва да картографират зоните, където се произвежда кислород. В противен случай екосистемите, които са станали зависими от този кислород, могат да се сринат, ако нодулите бъдат отстранени. „Ако се произвеждат големи количества кислород, това потенциално ще бъде важно за животните, които живеят там.“