Nešto ispumpava velike količine kisika na dnu Tihog oceana, na dubinama gdje potpuni nedostatak sunčeve svjetlosti onemogućuje fotosintezu.

Fenomen je otkriven u regiji prekrivenoj drevnim tvorevinama veličine šljive zvanim polimetalni noduli, koji bi mogli katalizirati proizvodnju kisika vjerojatno potičući cijepanje molekula vode. Stigli su rezultatiNature Geoscience 1objavljeno.

"Imamo još jedan izvor kisika na planetu osim fotosinteze", kaže koautor studije Andrew Sweetman, ekolog morskog dna u Škotskoj udruzi za znanost o moru u Obanu, UK - iako je mehanizam iza te proizvodnje kisika i dalje misterij. Otkrića bi također mogla imati implikacije na razumijevanje kako je život započeo, kaže on, kao i na mogući utjecaj dubokomorsko rudarenje u regiji.

Opažanje je "fascinantno", kaže Donald Canfield, biogeokemičar sa Sveučilišta južne Danske u Odenseu. "Ali smatram da je to frustrirajuće jer postavlja mnogo pitanja, a ne daje mnogo odgovora."

Sweetman i njegovi suradnici prvi su put primijetili nešto nepodudarno tijekom rada na terenu 2013. Istraživači su proučavali ekosustave morskog dna u Clarion-Clipperton zona između Havaja i Meksika, koji je veći od Indije i potencijalna je meta za iskopavanje nodula bogatih metalima. Tijekom takvih ekspedicija, tim oslobađa modul koji tone na dno oceana kako bi proveo automatizirane eksperimente. Tamo modul pokreće cilindrične komore kako bi zatvorio male dijelove morskog dna - zajedno s malo morske vode - i stvorio "zatvoreni mikrokozmos morskog dna", pišu autori. "Lander" zatim mjeri kako se koncentracija kisika u zatvorenoj morskoj vodi mijenja tijekom razdoblja do nekoliko dana.

Struje kisika

Bez fotosintetskih organizama koji ispuštaju kisik u vodu i s bilo kojim drugim organizmom koji konzumira plin, koncentracije kisika unutar komora trebale bi polako opadati. Sweetman je to primijetio u studijama koje je proveo u područjima Južnog, Arktičkog i Indijskog oceana, kao i Atlantika. Ekosustavi morskog dna diljem svijeta duguju svoje postojanje kisiku koji struje prenose s površine i brzo bi umrli ako bi bili prekinuti. (Većina tog kisika dolazi iz sjevernog Atlantika i prenosi se u duboke oceane svijeta "globalnom pokretnom trakom.")

Ali u Clarion-Clipperton zoni instrumenti su pokazali da je voda za zatvaranje postala bogatija, a ne siromašnija kisikom. Isprva je Sweetman očitanja pripisao pogrešci senzora. No, fenomen se ponavljao uvijek iznova tijekom sljedećih ekspedicija 2021. i 2022. i potvrđen je mjerenjima korištenjem alternativne tehnike. "Odjednom sam shvatio da sam osam godina ignorirao ovaj potencijalno nevjerojatan novi proces, 4000 metara dubine na dnu oceana", kaže Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Količina proizvedenog kisika nije mala: plin u komorama doseže koncentracije veće od onih u površinskim vodama bogatim algama, kaže Sweetman. Niti jedna druga regija koju je Sweetman istraživao nije sadržavala polimetalne čvoriće, što sugerira da te stijene igraju važnu ulogu u proizvodnji ovog "tamnog kisika".

Kao prvi test ove hipoteze, tim je reproducirao uvjete koje su pronašli na morskom dnu u laboratoriju na svom brodu. Pratili su uzorke prikupljene s morskog dna - uključujući polimetalne čvoriće - i otkrili da se koncentracija kisika povećala, barem privremeno. "Počinju proizvoditi kisik do određene točke. Zatim prestaju", kaže Sweetman - vjerojatno zato što je energija koja pokreće cijepanje molekula vode iscrpljena. Postavlja se pitanje odakle dolazi ta energija. Da su sami gomolji djelovali kao baterije – stvarajući energiju kemijskom reakcijom – odavno bi bili iscrpljeni.

Električni potencijal

Ali kvržice bi mogle poslužiti kao katalizatori, omogućujući cijepanje vode i stvaranje molekularnog kisika. Istraživači su mjerili napone na površini gomolja i otkrili razlike napona do 0,95 volti. Iako to nije sasvim blizu 1,5 volti potrebnih za razdvajanje molekule vode, u načelu se mogu generirati viši naponi, slično kao što se naponi baterija mogu udvostručiti spajanjem dviju baterija u seriju, kaže Sweetman.

Koautor Franz Geiger, kemičar sa Sveučilišta Northwestern u Evanstonu, Illinois, kaže da je još uvijek nejasno proizvodi li reakcija i molekularni vodik - što se događa u industrijskim reakcijama elektrolizera zahvaljujući katalizatoru - ili oslobađa protone u vodi dok gura preostale elektrone negdje drugdje. Ali razumijevanje bi u konačnici moglo imati korisne primjene, kaže on. "Možda tamo na morskom dnu postoji nacrt koji bi nam mogao pomoći da napravimo bolje katalizatore."

Eva Stüeken, biogeokemičarka sa Sveučilišta St Andrews, UK, kaže da bi rezultati također mogli imati implikacije na prijedloge za traženje potpisa mogućeg života u svjetlosnom spektru ekstrasolarnih planeta. “Prisutnost O2"Plin na drugim planetima možda treba tumačiti s dodatnim oprezom", kaže ona.

Sweetman kaže da bi istraživači trebali mapirati područja u kojima se proizvodi kisik prije nego što počne rudarenje u dubokom moru. Inače bi ekosustavi koji su postali ovisni o tom kisiku mogli propasti ako se kvržice uklone. "Ako se proizvode velike količine kisika, to će potencijalno biti važno za životinje koje tamo žive."