Jokin pumppaa ulos suuria määriä happea Tyynenmeren pohjalta syvyyksissä, joissa auringonvalon täydellinen puute tekee fotosynteesin mahdottomaksi.

Ilmiö löydettiin alueelta, joka oli peitetty muinaisilla, luumun kokoisilla muodostelmilla, joita kutsutaan polymetallisiksi kyhmyiksi, jotka voisivat katalysoida hapentuotantoa oletettavasti edistämällä vesimolekyylien jakautumista. Tulokset ovat mukanaLuonnon geotiede 1julkaistu.

"Meillä on planeetalla toinen hapenlähde kuin fotosynteesi", sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Andrew Sweetman, merenpohjan ekologi Scottish Association for Marine Science -järjestöstä Obanissa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa - vaikka tämän hapentuotannon takana oleva mekanismi on edelleen mysteeri. Löydöksillä voi myös olla vaikutusta elämän alkamisen ymmärtämiseen, hän sanoo, sekä sen mahdollisia vaikutuksia syvänmeren kaivostoiminta alueella.

Havainto on "kiehtova", sanoo Donald Canfield, biogeokimisti Etelä-Tanskan yliopistosta Odensessa. "Mutta minusta se on turhauttavaa, koska se herättää paljon kysymyksiä eikä anna kovin montaa vastausta."

Sweetman ja hänen työtoverinsa huomasivat ensimmäisen kerran jotain ristiriitaista kenttätyössään vuonna 2013. Tutkijat tutkivat merenpohjan ekosysteemejä Clarion-Clippertonin vyöhyke Havaijin ja Meksikon välillä, joka on suurempi kuin Intia ja on mahdollinen kohde metallirikkaiden kyhmyjen louhinnalle. Tällaisten tutkimusmatkojen aikana ryhmä vapauttaa moduulin, joka uppoaa merenpohjaan suorittaakseen automatisoituja kokeita. Siellä moduuli ajaa alas sylinterimäisiä kammioita tiivistääkseen pieniä osia merenpohjasta - sekä jonkin verran merivettä - ja luoda "suljetun merenpohjan mikrokosmosen", kirjoittajat kirjoittavat. Sitten "laskeutuja" mittaa kuinka happipitoisuus suljetussa merivedessä muuttuu useiden päivien aikana.

Happivirrat

Ilman fotosynteettisiä organismeja, jotka vapauttavat happea veteen, ja ilman mitään muuta organismia, joka kuluttaa kaasua, happipitoisuuksien pitäisi laskea kammioissa hitaasti. Sweetman on havainnut tämän tutkimuksissa, joita hän suoritti eteläisellä, arktisella ja Intian valtamerellä sekä Atlantilla. Merenpohjan ekosysteemit ympäri maailmaa ovat olemassaolonsa velkaa hapen mukana virtausten mukana, ja ne kuolevat nopeasti, jos ne katkaistaan. (Suurin osa tästä hapesta tulee Pohjois-Atlantilta, ja se kuljetetaan maailman syviin valtameriin "globaalilla kuljetinhihnalla".)

Mutta Clarion-Clippertonin vyöhykkeellä instrumentit osoittivat, että sulkuvesi rikastui, ei köyhempi, happipitoisuudessa. Aluksi Sweetman katsoi lukemat anturivirheen syyksi. Mutta ilmiö toistui kerta toisensa jälkeen myöhemmillä tutkimusmatkoilla vuosina 2021 ja 2022, ja se varmistettiin vaihtoehtoisella tekniikalla tehdyillä mittauksilla. "Yhtäkkiä tajusin, että olin jättänyt huomiotta tämän potentiaalisesti hämmästyttävän uuden prosessin 4 000 metriä syvällä merenpohjassa kahdeksan vuoden ajan", Sweetman sanoo.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Tuotetun hapen määrä ei ole pieni: kammioissa oleva kaasu saavuttaa korkeampia pitoisuuksia kuin levärikkaissa pintavesissä, Sweetman sanoo. Mikään muu Sweetmanin tutkima alue ei sisältänyt polymetallisia kyhmyjä, mikä viittaa siihen, että näillä kivillä on tärkeä rooli tämän "tumman hapen" tuotannossa.

Tämän hypoteesin ensimmäisenä testinä ryhmä toisti olosuhteet, jotka he löysivät merenpohjasta aluksensa laboratoriossa. He tarkkailivat merenpohjasta kerättyjä näytteitä - mukaan lukien polymetalliset kyhmyt - ja havaitsivat, että happipitoisuudet kasvoivat ainakin väliaikaisesti. "He alkavat tuottaa happea tiettyyn pisteeseen asti. Sitten ne lopettavat", Sweetman sanoo - luultavasti siksi, että vesimolekyylien hajoamista ohjaava energia loppuu. Tämä herättää kysymyksen, mistä tämä energia tulee. Jos mukulat itse toimisivat paristoina - tuottaisivat energiaa kemiallisen reaktion kautta - ne olisivat loppuneet jo kauan sitten.

Sähköinen potentiaali

Mutta kyhmyt voisivat toimia katalyytteinä, mikä mahdollistaa veden halkeamisen ja molekyylisen hapen muodostumisen. Tutkijat mittasivat jännitteitä mukuloiden pinnalla ja havaitsivat jopa 0,95 voltin jännite-eroja. Vaikka tämä ei ole aivan lähellä vesimolekyylin jakamiseen tarvittavaa 1,5 volttia, periaatteessa voidaan tuottaa korkeampia jännitteitä, samalla tavalla kuin akkujännitteet voidaan kaksinkertaistaa kytkemällä kaksi akkua sarjaan, Sweetman sanoo.

Toinen kirjoittaja Franz Geiger, kemisti Northwestern Universitystä Evanstonissa, Illinoisissa, sanoo, että on edelleen epäselvää, tuottaako reaktio myös molekyylivetyä - mitä tapahtuu teollisissa elektrolyysireaktioissa katalyytin ansiosta - vai vapauttaako protoneja vedessä samalla, kun se työntää jäljelle jääneet elektronit muualle. Mutta ymmärryksellä voi lopulta olla hyödyllisiä sovelluksia, hän sanoo. "Ehkä merenpohjassa on suunnitelma, joka voisi auttaa meitä valmistamaan parempia katalyyttejä."

Eva Stüeken, biogeokimisti St Andrewsin yliopistosta, Yhdistyneestä kuningaskunnasta, sanoo, että tuloksilla voi olla vaikutusta myös ehdotuksiin, joilla etsitään mahdollisen elämän merkkiä Auringon ulkopuolisten planeettojen valospektristä. "O:n läsnäolo2"Kaasua muilla planeetoilla on ehkä tulkittava erityisen varovaisesti", hän sanoo.

Sweetman sanoo, että ennen syvänmeren louhinnan aloittamista tutkijoiden tulisi kartoittaa alueet, joilla happea tuotetaan. Muuten tästä hapesta riippuvaiset ekosysteemit voivat romahtaa, jos kyhmyt poistetaan. "Jos tuotetaan suuria määriä happea, tämä on mahdollisesti tärkeää siellä eläville eläimille."