Κάτι αντλεί μεγάλες ποσότητες οξυγόνου στον πυθμένα του Ειρηνικού Ωκεανού, σε βάθη όπου η παντελής έλλειψη ηλιακού φωτός καθιστά αδύνατη τη φωτοσύνθεση.

Το φαινόμενο ανακαλύφθηκε σε μια περιοχή καλυμμένη με αρχαίους σχηματισμούς μεγέθους δαμάσκηνου που ονομάζονται πολυμεταλλικοί όζοι, οι οποίοι θα μπορούσαν να καταλύσουν την παραγωγή οξυγόνου προάγοντας πιθανώς τη διάσπαση των μορίων του νερού. Τα αποτελέσματα είναι μέσαΓεωεπιστήμη της φύσης 1δημοσιευμένο.

«Έχουμε άλλη πηγή οξυγόνου στον πλανήτη εκτός από τη φωτοσύνθεση», λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Andrew Sweetman, οικολόγος στον πυθμένα της θάλασσας στη Σκωτσέζικη Ένωση για τη Θαλάσσια Επιστήμη στο Oban του Ηνωμένου Βασιλείου - αν και ο μηχανισμός πίσω από αυτήν την παραγωγή οξυγόνου παραμένει μυστήριο. Τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να έχουν επιπτώσεις στην κατανόηση του πώς ξεκίνησε η ζωή, λέει, καθώς και στον πιθανό αντίκτυπο του εξόρυξη βαθέων υδάτων στην περιφέρεια.

Η παρατήρηση είναι «συναρπαστική», λέει ο Donald Canfield, βιογεωχημικός στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Δανίας στο Odense. «Αλλά το βρίσκω απογοητευτικό γιατί εγείρει πολλά ερωτήματα και δεν δίνει πολλές απαντήσεις».

Ο Sweetman και οι συνεργάτες του παρατήρησαν για πρώτη φορά κάτι ασυμβίβαστο κατά τη διάρκεια της επιτόπιας εργασίας το 2013. Οι ερευνητές μελετούσαν τα οικοσυστήματα του θαλάσσιου πυθμένα στο Ζώνη Clarion-Clipperton μεταξύ της Χαβάης και του Μεξικού, το οποίο είναι μεγαλύτερο από την Ινδία και αποτελεί πιθανό στόχο για την εξόρυξη οζιδίων πλούσιων σε μέταλλα. Κατά τη διάρκεια τέτοιων αποστολών, η ομάδα απελευθερώνει μια μονάδα που βυθίζεται στον πυθμένα του ωκεανού για τη διεξαγωγή αυτοματοποιημένων πειραμάτων. Εκεί, η μονάδα οδηγεί τους κυλινδρικούς θαλάμους για να σφραγίσει μικρά τμήματα του πυθμένα της θάλασσας - μαζί με λίγο θαλασσινό νερό - και να δημιουργήσει «έναν κλειστό μικρόκοσμο του πυθμένα της θάλασσας», γράφουν οι συγγραφείς. Στη συνέχεια, η «προσγείωση» μετρά πώς η συγκέντρωση οξυγόνου στο σφραγισμένο θαλασσινό νερό αλλάζει σε περιόδους έως και αρκετών ημερών.

Ρεύματα οξυγόνου

Χωρίς φωτοσυνθετικούς οργανισμούς που απελευθερώνουν οξυγόνο στο νερό και με οποιονδήποτε άλλο οργανισμό που καταναλώνει το αέριο, οι συγκεντρώσεις οξυγόνου μέσα στους θαλάμους θα πρέπει να μειώνονται αργά. Ο Sweetman το έχει παρατηρήσει αυτό σε μελέτες που πραγματοποίησε σε περιοχές του Νότου, του Αρκτικού και του Ινδικού Ωκεανού, καθώς και στον Ατλαντικό. Τα οικοσυστήματα του βυθού σε όλο τον κόσμο οφείλουν την ύπαρξή τους στο οξυγόνο που μεταφέρεται από την επιφάνεια από τα ρεύματα και θα πέθαιναν γρήγορα αν αποκοπούν. (Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του οξυγόνου προέρχεται από τον Βόρειο Ατλαντικό και μεταφέρεται στους βαθείς ωκεανούς του κόσμου μέσω μιας «παγκόσμιας ταινίας μεταφοράς».)

Αλλά στη ζώνη Clarion-Clipperton, τα όργανα έδειξαν ότι το νερό απενεργοποίησης έγινε πλουσιότερο, όχι φτωχότερο, σε οξυγόνο. Αρχικά, ο Sweetman απέδωσε τις μετρήσεις σε σφάλμα αισθητήρα. Αλλά το φαινόμενο εμφανίστηκε ξανά και ξανά κατά τη διάρκεια των επόμενων αποστολών το 2021 και το 2022 και επιβεβαιώθηκε από μετρήσεις που χρησιμοποιούν μια εναλλακτική τεχνική. «Ξαφνικά συνειδητοποίησα ότι για οκτώ χρόνια αγνοούσα αυτή την δυνητικά εκπληκτική νέα διαδικασία, 4.000 μέτρα βάθος στον πυθμένα του ωκεανού», λέει ο Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Η ποσότητα του οξυγόνου που παράγεται δεν είναι μικρή: Το αέριο στους θαλάμους φθάνει σε συγκεντρώσεις υψηλότερες από εκείνες στα επιφανειακά νερά πλούσια σε φύκια, λέει ο Sweetman. Καμία από τις άλλες περιοχές που εξέτασε ο Sweetman δεν περιείχε πολυμεταλλικούς όζους, υποδηλώνοντας ότι αυτοί οι βράχοι παίζουν σημαντικό ρόλο στην παραγωγή αυτού του «σκοτεινού οξυγόνου».

Ως πρώτη δοκιμή αυτής της υπόθεσης, η ομάδα αναπαρήγαγε τις συνθήκες που βρήκε στον πυθμένα της θάλασσας σε ένα εργαστήριο στο πλοίο τους. Παρακολούθησαν δείγματα που συλλέχθηκαν από τον πυθμένα της θάλασσας - συμπεριλαμβανομένων των πολυμεταλλικών οζιδίων - και διαπίστωσαν ότι οι συγκεντρώσεις οξυγόνου αυξήθηκαν, τουλάχιστον προσωρινά. "Αρχίζουν να παράγουν οξυγόνο μέχρι ένα ορισμένο σημείο. Μετά σταματούν", λέει ο Sweetman - πιθανώς επειδή η ενέργεια που οδηγεί τη διάσπαση των μορίων του νερού έχει εξαντληθεί. Αυτό εγείρει το ερώτημα από πού προέρχεται αυτή η ενέργεια. Εάν οι ίδιοι οι κόνδυλοι λειτουργούσαν ως μπαταρίες - δημιουργώντας ενέργεια μέσω μιας χημικής αντίδρασης - θα είχαν εξαντληθεί εδώ και πολύ καιρό.

Ηλεκτρικό δυναμικό

Αλλά τα οζίδια θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως καταλύτες, επιτρέποντας τη διάσπαση του νερού και το σχηματισμό μοριακού οξυγόνου. Οι ερευνητές μέτρησαν τις τάσεις στην επιφάνεια των κονδύλων και βρήκαν διαφορές τάσης έως και 0,95 βολτ. Αν και αυτό δεν πλησιάζει πολύ το 1,5 βολτ που απαιτείται για τη διάσπαση ενός μορίου νερού, κατ 'αρχήν θα μπορούσαν να δημιουργηθούν υψηλότερες τάσεις, παρόμοια με το πώς οι τάσεις της μπαταρίας μπορούν να διπλασιαστούν συνδέοντας δύο μπαταρίες σε σειρά, λέει ο Sweetman.

Ο συν-συγγραφέας Franz Geiger, χημικός στο Northwestern University στο Evanston του Ιλινόις, λέει ότι δεν είναι ακόμη σαφές εάν η αντίδραση παράγει επίσης μοριακό υδρογόνο - το οποίο συμβαίνει σε αντιδράσεις βιομηχανικού ηλεκτρολύτη χάρη σε έναν καταλύτη - ή απελευθερώνει πρωτόνια στο νερό ενώ ωθεί τα ηλεκτρόνια που έχουν απομείνει αλλού. Αλλά η κατανόηση θα μπορούσε τελικά να έχει χρήσιμες εφαρμογές, λέει. «Ίσως υπάρχει ένα σχέδιο εκεί στον βυθό που θα μπορούσε να μας βοηθήσει να φτιάξουμε καλύτερους καταλύτες».

Η Eva Stüeken, βιογεωχημικός στο Πανεπιστήμιο του St Andrews, στο Ηνωμένο Βασίλειο, λέει ότι τα αποτελέσματα θα μπορούσαν επίσης να έχουν επιπτώσεις σε προτάσεις για την αναζήτηση της υπογραφής πιθανής ζωής στο φάσμα φωτός των εξωηλιακών πλανητών. «Η παρουσία του Ο2«Το αέριο σε άλλους πλανήτες μπορεί να χρειαστεί να ερμηνευθεί με πρόσθετη προσοχή», λέει.

Ο Sweetman λέει ότι πριν ξεκινήσει η εξόρυξη βαθέων υδάτων, οι ερευνητές θα πρέπει να χαρτογραφήσουν τις περιοχές όπου παράγεται οξυγόνο. Διαφορετικά, τα οικοσυστήματα που έχουν γίνει εξαρτημένα από αυτό το οξυγόνο θα μπορούσαν να καταρρεύσουν εάν αφαιρεθούν τα οζίδια. «Εάν παράγονται μεγάλες ποσότητες οξυγόνου, αυτό θα είναι δυνητικά σημαντικό για τα ζώα που ζουν εκεί».