Qualcosa sta pompando grandi quantità di ossigeno sul fondo dell’Oceano Pacifico, a profondità dove la completa mancanza di luce solare rende impossibile la fotosintesi.

Il fenomeno è stato scoperto in una regione ricoperta da antiche formazioni grandi quanto una prugna chiamate noduli polimetallici, che potrebbero catalizzare la produzione di ossigeno promuovendo presumibilmente la scissione delle molecole d’acqua. I risultati sono arrivatiGeoscienza della natura 1pubblicato.

"Abbiamo un'altra fonte di ossigeno sul pianeta oltre alla fotosintesi", afferma il coautore dello studio Andrew Sweetman, ecologo dei fondali marini presso la Scottish Association for Marine Science di Oban, nel Regno Unito, anche se il meccanismo dietro questa produzione di ossigeno rimane un mistero. I risultati potrebbero anche avere implicazioni per comprendere come è iniziata la vita, nonché il possibile impatto dell’evento estrazione mineraria in acque profonde nella regione.

L’osservazione è “affascinante”, afferma Donald Canfield, biogeochimico dell’Università della Danimarca meridionale a Odense. “Ma lo trovo frustrante perché solleva molte domande e non fornisce molte risposte”.

Sweetman e i suoi collaboratori hanno notato per la prima volta qualcosa di discrepante durante il lavoro sul campo nel 2013. I ricercatori stavano studiando gli ecosistemi dei fondali marini nel Zona Clarion-Clipperton tra le Hawaii e il Messico, che è più grande dell’India ed è un potenziale bersaglio per l’estrazione di noduli ricchi di metalli. Durante tali spedizioni, il team rilascia un modulo che affonda sul fondo dell'oceano per condurre esperimenti automatizzati. Lì, il modulo scende in camere cilindriche per sigillare piccole sezioni del fondale marino - insieme ad un po' di acqua di mare - e creare "un microcosmo chiuso del fondale marino", scrivono gli autori. Il “lander” misura quindi come cambia la concentrazione di ossigeno nell’acqua di mare sigillata nel corso di periodi che possono durare anche diversi giorni.

Flussi di ossigeno

Senza alcun organismo fotosintetico che rilasci ossigeno nell'acqua e con qualsiasi altro organismo che consuma il gas, le concentrazioni di ossigeno all'interno delle camere dovrebbero diminuire lentamente. Sweetman lo ha osservato negli studi che ha condotto nelle aree degli oceani meridionale, artico e indiano, nonché nell’Atlantico. Gli ecosistemi dei fondali marini di tutto il mondo devono la loro esistenza all’ossigeno trasportato dalla superficie dalle correnti e morirebbero rapidamente se tagliati fuori. (La maggior parte di questo ossigeno proviene dal Nord Atlantico e viene trasportato negli oceani profondi del mondo da un "nastro trasportatore globale".)

Ma nella zona Clarion-Clipperton, gli strumenti hanno mostrato che l’acqua chiusa è diventata più ricca, e non più povera, di ossigeno. Inizialmente Sweetman attribuì le letture a un errore del sensore. Ma il fenomeno si è ripetuto più volte durante le spedizioni successive nel 2021 e nel 2022 ed è stato confermato da misurazioni effettuate con una tecnica alternativa. "All'improvviso mi sono reso conto che per otto anni avevo ignorato questo nuovo processo potenzialmente sorprendente, a 4.000 metri di profondità sul fondo dell'oceano", dice Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

La quantità di ossigeno prodotta non è piccola: il gas nelle camere raggiunge concentrazioni superiori a quelle delle acque superficiali ricche di alghe, afferma Sweetman. Nessuna delle altre regioni esaminate da Sweetman conteneva noduli polimetallici, suggerendo che queste rocce svolgono un ruolo importante nella produzione di questo “ossigeno scuro”.

Come primo test di questa ipotesi, il team ha riprodotto le condizioni trovate sul fondo del mare in un laboratorio a bordo della loro nave. Hanno monitorato i campioni raccolti dal fondale marino – compresi i noduli polimetallici – e hanno scoperto che le concentrazioni di ossigeno aumentavano, almeno temporaneamente. "Cominciano a produrre ossigeno fino a un certo punto. Poi si fermano", dice Sweetman, presumibilmente perché l'energia che guida la scissione delle molecole d'acqua è esaurita. Ciò solleva la questione da dove proviene questa energia. Se i tuberi stessi funzionassero come batterie, generando energia attraverso una reazione chimica, si sarebbero esauriti già da tempo.

Potenziale elettrico

Ma i noduli potrebbero fungere da catalizzatori, consentendo la scissione dell’acqua e la formazione di ossigeno molecolare. I ricercatori hanno misurato le tensioni sulla superficie dei tuberi e hanno riscontrato differenze di tensione fino a 0,95 volt. Anche se questo non si avvicina del tutto agli 1,5 volt necessari per dividere una molecola d'acqua, in linea di principio potrebbero essere generate tensioni più elevate, in modo simile a come la tensione delle batterie può essere raddoppiata collegando due batterie in serie, dice Sweetman.

Il coautore Franz Geiger, chimico della Northwestern University di Evanston, Illinois, afferma che non è ancora chiaro se la reazione produca anche idrogeno molecolare - cosa che avviene nelle reazioni degli elettrolizzatori industriali grazie a un catalizzatore - o rilasci protoni nell'acqua spingendo gli elettroni rimanenti altrove. Ma questa comprensione alla fine potrebbe avere applicazioni utili, dice. “Forse sul fondo del mare c’è un progetto che potrebbe aiutarci a creare catalizzatori migliori”.

Eva Stüeken, biogeochimista dell'Università di St Andrews, nel Regno Unito, afferma che i risultati potrebbero anche avere implicazioni per le proposte volte a cercare la firma della possibile vita nello spettro luminoso dei pianeti extrasolari. “La presenza di O2“Il gas presente su altri pianeti potrebbe dover essere interpretato con ulteriore cautela”, afferma.

Sweetman afferma che prima che inizi l'estrazione in acque profonde, i ricercatori dovrebbero mappare le aree in cui viene prodotto l'ossigeno. Altrimenti, gli ecosistemi che sono diventati dipendenti da questo ossigeno potrebbero collassare se i noduli venissero rimossi. “Se vengono prodotte grandi quantità di ossigeno, ciò sarà potenzialmente importante per gli animali che vivono lì”.