Noget pumper ud store mængder ilt i bunden af ​​Stillehavet, på dybder, hvor en fuldstændig mangel på sollys gør fotosyntesen umulig.

Fænomenet blev opdaget i en region dækket med gamle formationer i blomme-størrelse kaldet polymetalliske knuder, som kunne katalysere iltproduktion ved formodentlig fremme af opdeling af vandmolekyler. Resultaterne er iNature Geoscience 1offentliggjort.

"Vi har en anden kilde til ilt på planeten bortset fra fotosyntesen," siger studiets medforfatter Andrew Sweetman, en havbundsøkolog ved Scottish Association for Marine Science i Oban, UK - selvom mekanismen bag denne iltproduktion forbliver en mysterium. Resultaterne kunne også have konsekvenser for at forstå, hvordan livet begyndte, siger han såvel som den mulige indflydelse af Dybhavsmining i regionen.

Observationen er "fascinerende", siger Donald Canfield, en biogeochimist ved University of Southern Danmark i Odense. ”Men jeg synes det er frustrerende, fordi det rejser mange spørgsmål og giver ikke så mange svar.”

Sweetman og hans samarbejdspartnere bemærkede først noget uoverensstemmende under feltarbejde i 2013. Forskerne studerede havbundsøkosystemer i Clarion-Clipperton Zone Mellem Hawaii og Mexico, som er større end Indien og er et potentielt mål for minedrift af metalrige knuder. Under sådanne ekspeditioner frigiver teamet et modul, der synker til havbunden for at udføre automatiserede eksperimenter. Der neddriver modulet cylindriske kamre for at forsegle små sektioner af havbunden - sammen med noget havvand - og skabe "et lukket mikrokosmos af havbunden", skriver forfatterne. "Landeren" måler derefter, hvordan iltkoncentrationen i det forseglede havvand ændres over perioder på op til flere dage.

Iltstrømme

Uden fotosyntetiske organismer, der frigiver ilt i vandet, og med nogen anden organisme, der forbruger gas, bør iltkoncentrationer inden i kamrene langsomt falde. Sweetman har observeret dette i studier, han gennemførte i områder af de sydlige, arktiske og indiske oceaner, såvel som Atlanterhavet. Havbundne økosystemer overalt i verden skylder deres eksistens til ilt, der transporteres fra overfladen af ​​strømme og ville hurtigt dø, hvis de blev afskåret. (Det meste af dette ilt kommer fra Nordatlanten og transporteres til verdens dybe oceaner med et "globalt transportbånd.")

Men i Clarion-Clipperton-zonen viste instrumenter, at lukningsvandet blev rigere, ikke fattigere, i ilt. Først tilskrev Sweetman aflæsningerne til en sensorfejl. Men fænomenet forekom igen og igen under efterfølgende ekspeditioner i 2021 og 2022 og blev bekræftet ved målinger ved anvendelse af en alternativ teknik. ”Pludselig indså jeg, at jeg i otte år havde ignoreret denne potentielt fantastiske nye proces, 4.000 meter dybt på havbunden,” siger Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Mængden af ​​produceret ilt er ikke lille: Gassen i kamrene når koncentrationer højere end dem i algerrige overfladevand, siger Sweetman. Ingen af ​​de andre regioner, som Sweetman undersøgte, indeholdt polymetalliske knuder, hvilket antydede, at disse klipper spiller en vigtig rolle i produktionen af ​​dette "mørke ilt."

Som en første test af denne hypotese gengav teamet de forhold, de fandt på havbunden i et laboratorium på deres skib. De overvågede prøver indsamlet fra havbunden - inklusive polymetalliske knuder - og fandt, at iltkoncentrationer steg, i det mindste midlertidigt. "De begynder at producere ilt op til et bestemt punkt. Så stopper de," siger Sweetman - formodentlig fordi den energi, der driver opdeling af vandmolekyler, er opbrugt. Dette rejser spørgsmålet om, hvor denne energi kommer fra. Hvis knoldene selv fungerede som batterier - generering af energi gennem en kemisk reaktion - ville de have været opbrugt for længe siden.

Elektrisk potentiale

Men knuderne kunne tjene som katalysatorer, hvilket tillader opdeling af vand og dannelse af molekylært ilt. Forskerne målte spændinger på overfladen af ​​knolde og fandt spændingsforskelle på op til 0,95 volt. Selvom dette ikke helt kommer tæt på de 1,5 volt, der er nødvendige for at opdele et vandmolekyle, kunne der i princippet genereres højere spændinger, svarende til, hvordan batterispændinger kan fordobles ved at forbinde to batterier i serie, siger Sweetman.

Medforfatter Franz Geiger, en kemiker ved Northwestern University i Evanston, Illinois, siger, at det stadig er uklart, om reaktionen også producerer molekylært brint - hvilket sker i industrielle elektrolysatorreaktioner takket være en katalysator - eller frigiver protoner i vandet, mens de skubber de resterende elektroner andre steder. Men forståelsen kunne i sidste ende have nyttige applikationer, siger han. ”Måske er der en plan der på havbunden, der kan hjælpe os med at skabe bedre katalysatorer.”

Eva Stüeken, en biogeochimist ved University of St. Andrews, UK, siger, at resultaterne også kunne have konsekvenser for forslag til at se efter underskrivelsen af ​​det mulige liv i lysspektret af ekstrasolære planeter. “Tilstedeværelsen af ​​O2”Gas på andre planeter skal muligvis fortolkes med yderligere forsigtighed,” siger hun.

Sweetman siger, at inden dybhavsminedrift begynder, bør forskere kortlægge de områder, hvor ilt produceres. Ellers kan økosystemer, der er blevet afhængige af dette ilt, kollapse, hvis knuderne fjernes. ”Hvis der produceres store mængder ilt, vil dette potentielt være vigtigt for de dyr, der bor der.”