Něco odčerpává velké množství kyslíku na dně Tichého oceánu, v hloubkách, kde naprostý nedostatek slunečního světla znemožňuje fotosyntézu.

Tento jev byl objeven v oblasti pokryté prastarými útvary velikosti švestky zvanými polymetalické noduly, které by mohly katalyzovat produkci kyslíku pravděpodobně podporou štěpení molekul vody. Výsledky jsou vPříroda Geoscience 1zveřejněno.

"Na planetě máme jiný zdroj kyslíku než fotosyntézu," říká spoluautor studie Andrew Sweetman, ekolog mořského dna ze Skotské asociace pro námořní vědu v Obanu ve Velké Británii - ačkoli mechanismus za touto produkcí kyslíku zůstává záhadou. Zjištění by mohla mít také důsledky pro pochopení toho, jak život začal, říká, stejně jako možný dopad toho hlubinná těžba v regionu.

Pozorování je „fascinující,“ říká Donald Canfield, biogeochimista z University of Southern Denmark v Odense. "Ale považuji to za frustrující, protože vyvolává mnoho otázek a neposkytuje příliš mnoho odpovědí."

Sweetman a jeho spolupracovníci si poprvé všimli něčeho rozporuplného během terénních prací v roce 2013. Vědci studovali ekosystémy mořského dna v Zóna Clarion-Clipperton mezi Havají a Mexikem, které je větší než Indie a je potenciálním cílem pro těžbu uzlů bohatých na kov. Během takových expedic tým uvolní modul, který se potopí na dno oceánu, aby provedl automatizované experimenty. Tam modul sjíždí dolů válcovými komorami, aby utěsnil malé části mořského dna - spolu s trochou mořské vody - a vytvořil "uzavřený mikrokosmos mořského dna", píší autoři. „Přistávací modul“ pak měří, jak se mění koncentrace kyslíku v uzavřené mořské vodě po dobu až několika dnů.

Proudy kyslíku

Bez jakýchkoli fotosyntetických organismů, které uvolňují kyslík do vody, a s jakýmkoli jiným organismem, který tento plyn spotřebovává, by koncentrace kyslíku v komorách měly pomalu klesat. Sweetman to pozoroval ve studiích, které provedl v oblastech jižního, arktického a indického oceánu a také v Atlantiku. Ekosystémy mořského dna po celém světě vděčí za svou existenci kyslíku přenášenému z povrchu proudy a v případě odříznutí by rychle zemřely. (Většina tohoto kyslíku pochází ze severního Atlantiku a je dopravována do světových hlubin oceánů „globálním dopravním pásem“.)

Ale v zóně Clarion-Clipperton přístroje ukázaly, že uzavřená voda se stala bohatší, nikoli chudší, na kyslík. Sweetman nejprve připisoval naměřené hodnoty chybě senzoru. Ale tento jev se objevoval znovu a znovu během následujících expedic v letech 2021 a 2022 a byl potvrzen měřeními pomocí alternativní techniky. „Najednou jsem si uvědomil, že jsem osm let ignoroval tento potenciálně úžasný nový proces, 4000 metrů hluboko na dně oceánu,“ říká Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Množství vyrobeného kyslíku není malé: Plyn v komorách dosahuje koncentrace vyšší než v povrchových vodách bohatých na řasy, říká Sweetman. Žádná z dalších oblastí, které Sweetman zkoumal, neobsahovala polymetalické uzliny, což naznačuje, že tyto horniny hrají důležitou roli při produkci tohoto „temného kyslíku“.

Jako první test této hypotézy tým reprodukoval podmínky, které našel na mořském dně v laboratoři na své lodi. Sledovali vzorky odebrané z mořského dna – včetně polymetalických uzlů – a zjistili, že se koncentrace kyslíku alespoň dočasně zvýšila. "Začnou produkovat kyslík až do určitého bodu. Pak se zastaví," říká Sweetman - pravděpodobně proto, že energie, která pohání štěpení molekul vody, je vyčerpána. To vyvolává otázku, odkud tato energie pochází. Pokud by hlízy samy fungovaly jako baterie – generovaly energii chemickou reakcí – byly by dávno vyčerpané.

Elektrický potenciál

Ale uzliny by mohly sloužit jako katalyzátory umožňující štěpení vody a tvorbu molekulárního kyslíku. Vědci měřili napětí na povrchu hlíz a zjistili rozdíly napětí až 0,95 voltu. I když se to úplně nepřibližuje 1,5 voltu potřebnému k rozdělení molekuly vody, v zásadě by mohlo být generováno vyšší napětí, podobně jako lze napětí baterií zdvojnásobit připojením dvou baterií do série, říká Sweetman.

Spoluautor Franz Geiger, chemik z Northwestern University v Evanstonu v Illinois, říká, že stále není jasné, zda reakce produkuje také molekulární vodík – což se děje v průmyslových elektrolyzérových reakcích díky katalyzátoru – nebo uvolňuje protony ve vodě, zatímco zbylé elektrony tlačí jinam. Ale porozumění by nakonec mohlo mít užitečné aplikace, říká. "Možná je tam plán na mořském dně, který by nám mohl pomoci vytvořit lepší katalyzátory."

Eva Stüeken, biogeochimistka z University of St Andrews ve Velké Británii, říká, že výsledky by mohly mít také důsledky pro návrhy na hledání podpisu možného života ve světelném spektru extrasolárních planet. „Přítomnost O2"Plyn na jiných planetách může být nutné interpretovat s větší opatrností," říká.

Sweetman říká, že než začne hlubinná těžba, měli by výzkumníci zmapovat oblasti, kde se vyrábí kyslík. Jinak by se ekosystémy, které se staly závislými na tomto kyslíku, mohly zhroutit, pokud by byly uzliny odstraněny. "Pokud se produkuje velké množství kyslíku, bude to potenciálně důležité pro zvířata, která tam žijí."