Miski pumpab välja suures koguses hapnikku Vaikse ookeani põhjas, sügavustes, kus täielik päikesevalguse puudumine muudab fotosünteesi võimatuks.

Nähtus avastati piirkonnas, mis oli kaetud iidsete ploomisuuruste moodustistega, mida nimetatakse polümetalliks sõlmedeks, mis võivad katalüüsida hapniku tootmist, soodustades arvatavasti veemolekulide lõhenemist. Tulemused on käesLoodusgeoteadus 1avaldatud.

"Meil on planeedil veel üks hapnikuallikas peale fotosünteesi," ütleb uuringu kaasautor Andrew Sweetman, Ühendkuningriigis Obanis asuva Šoti mereteaduste assotsiatsiooni merepõhja ökoloog, kuigi selle hapnikutootmise mehhanism jääb endiselt saladuseks. Ta ütleb, et leiud võivad mõjutada ka elu alguse mõistmist, samuti selle võimalikku mõju süvamere kaevandamine piirkonnas.

Vaatlus on "põnev," ütleb Odense Lõuna-Taani ülikooli biogeohimist Donald Canfield. "Kuid ma leian, et see on masendav, sest see tekitab palju küsimusi ja ei anna väga palju vastuseid."

Sweetman ja tema kaastöötajad märkasid esimest korda 2013. aasta välitööde käigus midagi vastuolulist. Teadlased uurisid merepõhja ökosüsteeme Clarion-Clippertoni tsoon Hawaii ja Mehhiko vahel, mis on suurem kui India ja on potentsiaalne sihtmärk metallirikaste sõlmede kaevandamiseks. Selliste ekspeditsioonide käigus vabastab meeskond mooduli, mis vajub ookeanipõhja, et viia läbi automatiseeritud katseid. Seal juhib moodul silindrilisi kambreid alla, et sulgeda väikesed merepõhja osad - koos mõne mereveega - ja luua "merepõhja suletud mikrokosmos", kirjutavad autorid. Seejärel mõõdab "maandur", kuidas hapniku kontsentratsioon suletud merevees muutub kuni mitmepäevaste perioodide jooksul.

Hapniku vood

Kui fotosünteesivad organismid ei eralda vette hapnikku, ja kui ükski teine ​​organism seda gaasi tarbib, peaks hapniku kontsentratsioon kambrites aeglaselt vähenema. Sweetman on seda täheldanud uuringutes, mille ta viis läbi Lõuna-, Arktika ja India ookeanide ning Atlandi ookeani piirkondades. Merepõhja ökosüsteemid üle maailma võlgnevad oma olemasolu hoovuste poolt pinnalt kantud hapnikule ja surevad kiiresti, kui need ära lõigatakse. (Suurem osa sellest hapnikust pärineb Põhja-Atlandilt ja transporditakse ülemaailmse konveieri abil maailma sügavatesse ookeanidesse.)

Kuid Clarion-Clippertoni tsoonis näitasid instrumendid, et sulgemisvesi muutus hapnikurikkamaks, mitte vaesemaks. Alguses seostas Sweetman näidud anduri veaga. Kuid nähtus ilmnes ikka ja jälle järgmistel ekspeditsioonidel aastatel 2021 ja 2022 ning seda kinnitasid alternatiivse tehnikaga tehtud mõõtmised. "Äkki mõistsin, et olin kaheksa aastat ignoreerinud seda potentsiaalselt hämmastavat uut protsessi 4000 meetri sügavusel ookeanipõhjas," ütleb Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Toodetud hapniku kogus ei ole väike: kambrites olev gaas saavutab kõrgema kontsentratsiooni kui vetikarikastes pinnavetes, ütleb Sweetman. Ükski teine ​​Sweetmani uuritud piirkond ei sisaldanud polümetallist sõlme, mis viitab sellele, et need kivimid mängivad selle "tumeda hapniku" tootmisel olulist rolli.

Selle hüpoteesi esimese testina kordas meeskond oma laeva laboris merepõhjast leitud tingimusi. Nad jälgisid merepõhjast kogutud proove - sealhulgas polümetallist sõlme - ja leidsid, et hapniku kontsentratsioon suurenes, vähemalt ajutiselt. "Nad hakkavad teatud punktini hapnikku tootma. Siis nad lõpetavad," ütleb Sweetman – arvatavasti seetõttu, et veemolekulide lõhenemist käivitav energia on ammendatud. See tõstatab küsimuse, kust see energia tuleb. Kui mugulad ise toimiksid patareidena – tekitaksid keemilise reaktsiooni kaudu energiat –, oleksid need ammu ammendatud.

Elektriline potentsiaal

Kuid sõlmed võivad toimida katalüsaatoritena, võimaldades vee lõhenemist ja molekulaarse hapniku moodustumist. Teadlased mõõtsid pingeid mugulate pinnal ja leidsid pingeerinevusi kuni 0,95 volti. Kuigi see ei ole veemolekuli jagamiseks vajaliku 1,5 volti lähedal, võib põhimõtteliselt tekitada kõrgemaid pingeid, sarnaselt sellele, kuidas aku pinget saab kahekordistada, ühendades kaks akut järjest, ütleb Sweetman.

Kaasautor Franz Geiger, Illinoisi osariigi Evanstoni Northwesterni ülikooli keemik, ütleb, et pole veel selge, kas reaktsioon tekitab ka molekulaarset vesinikku – mis juhtub tänu katalüsaatorile tööstuslikes elektrolüüsireaktsioonides – või vabastab prootonid vees, surudes ülejäänud elektronid mujale. Kuid mõistmisel võib lõpuks olla kasulikke rakendusi, ütleb ta. "Võib-olla on seal merepõhjas plaan, mis võiks aidata meil paremaid katalüsaatoreid teha."

Ühendkuningriigi St Andrewsi ülikooli biogeohimist Eva Stüeken ütleb, et tulemused võivad mõjutada ka ettepanekuid otsida võimaliku elu tunnuseid Päikeseväliste planeetide valgusspektris. "O kohalolek2"Teiste planeetide gaasi võib olla vaja tõlgendada täiendava ettevaatusega, " ütleb ta.

Sweetman ütleb, et enne süvamere kaevandamise algust peaksid teadlased kaardistama piirkonnad, kus hapnikku toodetakse. Vastasel juhul võivad sellest hapnikust sõltuvad ökosüsteemid sõlmede eemaldamisel kokku kukkuda. "Kui toodetakse suures koguses hapnikku, on see potentsiaalselt oluline seal elavate loomade jaoks."