Algo está bombeando grandes cantidades de oxígeno en el fondo del Océano Pacífico, a profundidades donde la falta total de luz solar hace imposible la fotosíntesis.

El fenómeno fue descubierto en una región cubierta de antiguas formaciones del tamaño de ciruelas llamadas nódulos polimetálicos, que podrían catalizar la producción de oxígeno presumiblemente promoviendo la división de las moléculas de agua. Los resultados están enNaturaleza Geociencia 1publicado.

"Tenemos otra fuente de oxígeno en el planeta además de la fotosíntesis", dice el coautor del estudio Andrew Sweetman, ecólogo del fondo marino de la Asociación Escocesa de Ciencias Marinas en Oban, Reino Unido, aunque el mecanismo detrás de esta producción de oxígeno sigue siendo un misterio. Los hallazgos también podrían tener implicaciones para comprender cómo comenzó la vida, afirma, así como el posible impacto de la minería en aguas profundas en la región.

La observación es "fascinante", afirma Donald Canfield, biogeoquimista de la Universidad del Sur de Dinamarca en Odense. "Pero lo encuentro frustrante porque plantea muchas preguntas y no proporciona muchas respuestas".

Sweetman y sus colaboradores notaron por primera vez algo discrepante durante el trabajo de campo en 2013. Los investigadores estaban estudiando los ecosistemas del fondo marino en el Zona Clarion-Clipperton entre Hawaii y México, que es más grande que la India y es un objetivo potencial para la extracción de nódulos ricos en metales. Durante tales expediciones, el equipo libera un módulo que se hunde en el fondo del océano para realizar experimentos automatizados. Allí, el módulo desciende por cámaras cilíndricas para sellar pequeñas secciones del fondo marino (junto con algo de agua de mar) y crear "un microcosmos cerrado del fondo marino", escriben los autores. Luego, el "módulo de aterrizaje" mide cómo cambia la concentración de oxígeno en el agua de mar sellada durante períodos de hasta varios días.

Corrientes de oxígeno

Sin ningún organismo fotosintético que libere oxígeno al agua y con cualquier otro organismo consumiendo el gas, las concentraciones de oxígeno dentro de las cámaras deberían disminuir lentamente. Sweetman ha observado esto en estudios que realizó en zonas de los océanos Sur, Ártico e Índico, así como en el Atlántico. Los ecosistemas del fondo marino de todo el mundo deben su existencia al oxígeno transportado desde la superficie por las corrientes y morirían rápidamente si se cortaran. (La mayor parte de este oxígeno proviene del Atlántico Norte y es transportado a los océanos profundos del mundo mediante una "cinta transportadora global").

Pero en la zona Clarion-Clipperton, los instrumentos mostraron que el agua cortada se volvió más rica, no más pobre, en oxígeno. Al principio, Sweetman atribuyó las lecturas a un error del sensor. Pero el fenómeno se repitió una y otra vez durante expediciones posteriores en 2021 y 2022 y fue confirmado mediante mediciones realizadas con una técnica alternativa. "De repente me di cuenta de que durante ocho años había estado ignorando este nuevo proceso potencialmente sorprendente, a 4.000 metros de profundidad en el fondo del océano", dice Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

La cantidad de oxígeno producida no es pequeña: el gas en las cámaras alcanza concentraciones más altas que las de las aguas superficiales ricas en algas, dice Sweetman. Ninguna de las otras regiones examinadas por Sweetman contenía nódulos polimetálicos, lo que sugiere que estas rocas desempeñan un papel importante en la producción de este "oxígeno oscuro".

Como primera prueba de esta hipótesis, el equipo reprodujo en un laboratorio de su barco las condiciones que encontraron en el fondo marino. Monitorearon muestras recolectadas del fondo marino, incluidos nódulos polimetálicos, y descubrieron que las concentraciones de oxígeno aumentaban, al menos temporalmente. "Empiezan a producir oxígeno hasta cierto punto. Luego se detienen", dice Sweetman, probablemente porque se agota la energía que impulsa la división de las moléculas de agua. Esto plantea la cuestión de de dónde viene esta energía. Si los propios tubérculos actuaran como baterías, generando energía mediante una reacción química, se habrían agotado hace mucho tiempo.

Potencial electrico

Pero los nódulos podrían servir como catalizadores, permitiendo la división del agua y la formación de oxígeno molecular. Los investigadores midieron los voltajes en la superficie de los tubérculos y encontraron diferencias de voltaje de hasta 0,95 voltios. Si bien esto no se acerca a los 1,5 voltios necesarios para dividir una molécula de agua, en principio se podrían generar voltajes más altos, similar a cómo se pueden duplicar los voltajes de las baterías conectando dos baterías en serie, dice Sweetman.

El coautor Franz Geiger, químico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, dice que aún no está claro si la reacción también produce hidrógeno molecular (lo que ocurre en las reacciones de electrolizadores industriales gracias a un catalizador) o libera protones en el agua mientras empuja los electrones sobrantes a otra parte. Pero, en última instancia, este conocimiento podría tener aplicaciones útiles, afirma. "Quizás haya un modelo en el fondo del mar que podría ayudarnos a fabricar mejores catalizadores".

Eva Stüeken, biogeoquímica de la Universidad de St Andrews, Reino Unido, dice que los resultados también podrían tener implicaciones para las propuestas destinadas a buscar huellas de posible vida en el espectro de luz de planetas extrasolares. “La presencia de O2"Es posible que sea necesario interpretar el gas en otros planetas con mayor cautela", afirma.

Sweetman dice que antes de que comience la minería en aguas profundas, los investigadores deberían mapear las áreas donde se produce oxígeno. De lo contrario, los ecosistemas que se han vuelto dependientes de este oxígeno podrían colapsar si se eliminan los nódulos. "Si se producen grandes cantidades de oxígeno, esto será potencialmente importante para los animales que viven allí".