Kažkas išpumpuoja didelius kiekius deguonies Ramiojo vandenyno dugne, gylyje, kur dėl visiško saulės šviesos trūkumo fotosintezė tampa neįmanoma.

Šis reiškinys buvo aptiktas regione, padengtame senoviniais, slyvos dydžio dariniais, vadinamais polimetaliniais mazgeliais, kurie galėjo katalizuoti deguonies gamybą, greičiausiai skatindami vandens molekulių skilimą. Rezultatai yraGamtos geomokslas 1paskelbta.

„Mes turime kitą deguonies šaltinį planetoje, išskyrus fotosintezę“, – sako tyrimo bendraautorius Andrew Sweetmanas, jūros dugno ekologas iš Škotijos jūrų mokslų asociacijos Obane, JK, nors šio deguonies gamybos mechanizmas tebėra paslaptis. Išvados taip pat gali turėti įtakos suprasti, kaip prasidėjo gyvybė, ir galimą jo poveikį giliavandenės kasybos regione.

Stebėjimas yra „stulbinantis“, sako Donaldas Canfieldas, Pietų Danijos universiteto Odensėje biogeochimistas. „Tačiau man tai apmaudu, nes kyla daug klausimų ir nepateikiama labai daug atsakymų.

Sweetmanas ir jo bendradarbiai pirmą kartą pastebėjo kažką nesuderinamo lauko darbų metu 2013 m. Tyrėjai tyrinėjo jūros dugno ekosistemas Clarion-Clipperton zona tarp Havajų ir Meksikos, kuri yra didesnė už Indiją ir yra potencialus metalo turtingų mazgų gavybos tikslas. Tokių ekspedicijų metu komanda išleidžia modulį, kuris nugrimzta į vandenyno dugną, kad galėtų atlikti automatizuotus eksperimentus. Ten modulis nuleidžia cilindrines kameras, kad uždarytų mažas jūros dugno dalis – kartu su šiek tiek jūros vandens – ir sukurtų „uždarą jūros dugno mikrokosmosą“, rašo autoriai. Tada „nusileidimo aparatas“ matuoja, kaip deguonies koncentracija sandariame jūros vandenyje kinta per kelias dienas.

Deguonies srautai

Be jokių fotosintetinių organizmų, išskiriančių deguonį į vandenį, ir jei joks kitas organizmas nevartoja dujas, deguonies koncentracija kamerose turėtų lėtai mažėti. Sweetmanas tai pastebėjo tyrimuose, kuriuos jis atliko Pietų, Arkties ir Indijos vandenynų bei Atlanto vandenyno srityse. Jūros dugno ekosistemos visame pasaulyje yra skolingos deguoniui, kurį iš paviršiaus neša srovės, ir greitai žūtų, jei būtų nutrauktos. (Didžioji dalis šio deguonies atkeliauja iš Šiaurės Atlanto ir „pasauliniu konvejeriu“ gabenama į giliuosius pasaulio vandenynus.)

Tačiau Clarion-Clipperton zonoje prietaisai parodė, kad uždarytas vanduo tapo turtingesnis, o ne skurdesniu deguonimi. Iš pradžių Sweetmanas priskyrė rodmenis jutiklio klaidai. Tačiau reiškinys vėl ir vėl pasikartojo per vėlesnes ekspedicijas 2021 ir 2022 m. ir buvo patvirtintas matavimais naudojant alternatyvią techniką. „Staiga supratau, kad aštuonerius metus ignoravau šį potencialiai nuostabų naują procesą, vykstantį 4000 metrų gylyje vandenyno dugne“, – sako Sweetmanas.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Gaminamo deguonies kiekis nėra mažas: kamerose esančios dujos pasiekia didesnę koncentraciją nei dumblių turtinguose paviršiniuose vandenyse, sako Sweetmanas. Nė viename iš kitų Sweetmano tirtų regionų nebuvo polimetalinių mazgų, o tai rodo, kad šios uolienos vaidina svarbų vaidmenį gaminant šį „tamsiąjį deguonį“.

Pirmuoju šios hipotezės patikrinimu komanda atkartojo sąlygas, kurias rado jūros dugne savo laivo laboratorijoje. Jie stebėjo mėginius, paimtus iš jūros dugno, įskaitant polimetalinius mazgus, ir nustatė, kad deguonies koncentracija bent laikinai padidėjo. "Jie pradeda gaminti deguonį iki tam tikro taško. Tada jie sustoja", - sako Sweetmanas, tikriausiai todėl, kad energija, kuri skatina vandens molekulių skaidymą, yra išeikvota. Tai kelia klausimą, iš kur atsiranda ši energija. Jei patys stiebagumbiai veiktų kaip baterijos – cheminės reakcijos būdu generuotų energiją – jie jau seniai būtų išsekę.

Elektrinis potencialas

Tačiau mazgeliai galėtų tarnauti kaip katalizatoriai, leidžiantys suskaidyti vandenį ir susidaryti molekuliniam deguoniui. Mokslininkai išmatavo įtampą gumbų paviršiuje ir nustatė iki 0,95 volto įtampos skirtumus. Nors tai ne visai priartėja prie 1,5 volto, reikalingo vandens molekulei padalinti, iš esmės galima generuoti aukštesnę įtampą, panašiai kaip baterijos įtampa gali būti padvigubinta sujungiant dvi baterijas nuosekliai, sako Sweetmanas.

Bendraautorius Franzas Geigeris, chemikas iš Šiaurės vakarų universiteto Evanstone, Ilinojaus valstijoje, sako, kad vis dar neaišku, ar reakcija taip pat gamina molekulinį vandenilį, kuris vyksta pramoninėse elektrolizatoriaus reakcijose dėl katalizatoriaus, ar išskiria protonus vandenyje, o likusius elektronus stumia kitur. Tačiau supratimas galiausiai gali turėti naudingų pritaikymų, sako jis. „Galbūt jūros dugne yra planas, kuris galėtų padėti mums sukurti geresnius katalizatorius.

Eva Stüeken, biogeochimistė iš St Andrews universiteto, JK, teigia, kad rezultatai taip pat gali turėti įtakos pasiūlymams ieškoti galimos gyvybės ženklo išorinių planetų šviesos spektre. „Dėl O2„Dujos kitose planetose gali būti aiškinamos ypač atsargiai“, - sako ji.

Sweetmanas sako, kad prieš pradedant giliavandenę kasybą, tyrėjai turėtų nustatyti sritis, kuriose gaminamas deguonis. Priešingu atveju ekosistemos, kurios tapo priklausomos nuo šio deguonies, gali sugriūti, jei mazgeliai bus pašalinti. „Jei bus gaminamas didelis deguonies kiekis, tai gali būti svarbu ten gyvenantiems gyvūnams.