Mystisk oksygenkilde oppdaget på havbunnen - forsker med tap

Noe pumper ut store mengder oksygen på bunnen av Stillehavet, i dybder der en fullstendig mangel på sollys gjør fotosyntesen umulig.

Fenomenet ble oppdaget i et område som er dekket med gamle, formasjoner av plomme-størrelse kalt polymetal knoller som kunne katalysere oksygenproduksjon ved sannsynligvis å fremme splittelsen av vannmolekyler. Resultatene er publisert i Nature Geoscience 1

"Vi har en annen oksygenkilde på planeten, bortsett fra fotosyntesen," sier studie Mitachor Andrew Sweetman, en marin gulvøkolog ved Scottish Association for Marine Science i Oban - selv om mekanismen bak denne oksygenproduksjonen fortsatt er et mysterium. Resultatene kan også ha innvirkning på forståelsen, som livet begynte, sier han, så vel som mulige effekter av Tiefsebergban

Observasjonen er "fascinerende", sier Donald Canfield, en biogeokimist ved University of South Danmark i Odense. "Men jeg synes det er frustrerende fordi det reiser mange spørsmål og ikke gir veldig mange svar."

Sweetman og hans ansatte la merke til noe avviklet under feltarbeidet i 2013. Forskerne undersøkte økosystemer for sjøbunn i Clarion-Clipperton-Zone mellom Hawaii og Mexico, som er større enn India og et potensielt mål for gruvedrift av metall-r-pulb. Under slike ekspedisjoner slipper teamet en modul som synker til havbunnen for å utføre automatiserte eksperimenter. Der driver modulen sylindriske kammer ned for å låse små deler av havbunnen - sammen med litt sjøvann - og skape "et lukket mikrokosmos av havbunnen", skriver forfatterne. "Lander" måler deretter hvordan oksygenkonsentrasjonen i det låste sjøvannet endres over tidsperioder på opptil flere dager.

Oksygenstrømmer

Uten noen fotosyntetiske organismer som frigjør oksygen i vannet, og med noen annen organisme som bruker gassen, bør oksygenkonsentrasjonene i kamrene sakte synke. Sweetman har observert dette i studier som han gjorde i områder i sørlige, arktiske og indiske hav så vel som i Atlanterhavet. Oksygenet verdensomspennende skylder oksygenet, som blir brakt opp av strømmer fra overflaten, og ville raskt dø hvis de ble avskåret. (Det meste av dette oksygenet kommer fra Nord -Atlanteren og blir fraktet til verdens dype hav av et "globalt transportbånd".)

Men i Clarion Clipperton -sonen viste instrumentene at det låste vannet rikere, ikke fattigere, ble oksygen. Først tilskrev Sweetman avlesningene til en sensorfeil. Men fenomenet skjedde igjen og igjen under de følgende ekspedisjonene i 2021 og 2022 og ble bekreftet ved målinger med en alternativ teknologi. "Plutselig skjønte jeg at jeg hadde ignorert denne potensielt fantastiske nye prosessen, 4000 meter dypt på havbunnen i åtte år," sier Sweetman.

Mengden oksygen som produseres er ikke lav: gassen i kamrene når konsentrasjoner høyere enn i alger -rike overflatevann, sier Sweetman. Ingen av de andre regionene som Sweetman undersøkte inneholdt polymetal knoller, noe som indikerer at disse steinene spiller en viktig rolle i produksjonen av dette "mørke oksygenet".

Som den første testen av denne hypotesen, reproduserte teamet forholdene som de fant på havbunnen i et laboratorium på skipet sitt. De overvåket prøver som ble samlet ved havbunnen-inkludert polymetal knoller-og fant at oksygenkonsentrasjonen økte minst midlertidig. "De begynner å produsere oksygen til et bestemt punkt. Så stopper de," sier Sweetman - antagelig fordi energien som driver vannmolekyler er utmattet. Dette reiser spørsmålet om hvor denne energien kommer fra. Hvis knollene selv fungerte som batterier - energi generert av en kjemisk reaksjon - ville de blitt utmattet for lenge siden.

elektrisk potensial

Men knollene kan tjene som katalysatorer som muliggjør splitting av vann og dannelse av molekylært oksygen. Forskerne målte spenninger på overflaten av knoller og fant spenningsforskjeller på opptil 0,95 volt. Dette er ikke helt tilstrekkelig for 1,5 volt som kreves for å dele et vannmolekyl, men i prinsippet kan høyere spenninger genereres, på samme måte som hvordan batterispenninger kan dobles ved å bytte to batterier i serie, sier Sweetman.

MIT -forfatter Franz Geiger, en kjemiker ved Northwestern University i Evanston, Illinois, sier at det fremdeles er uklart om reaksjonen også skaper molekylær hydrogen - som frigjøres i industriell elektrolyseurreaksjoner takket være en katalysator - eller protoner i vannet mens det presser de resterende elektronene andre steder. Men forståelsen kan til slutt ha nyttige applikasjoner, sier han. "Kanskje det er en blåkopi på havbunnen som kan hjelpe oss med å produsere bedre katalysatorer."

Eva Stüeken, en biogeokimist ved University of St Andrews, Storbritannia, sier at resultatene også kan ha innvirkning på forslag for å se etter mulig liv i det lette spekteret av ekstraasolare planeter. "Tilstedeværelsen av O 2 gass på andre planeter kan måtte tolkes med ytterligere forsiktighet," sier hun.

Sweetman sier at forskere før den dype fjellbygningen begynner, bør kartlegge områdene der oksygen produseres. Ellers kan økosystemer som har blitt avhengige av dette oksygenet kollapse hvis knollene fjernes. "Hvis det produseres store mengder oksygen, kan dette være viktig for dyrene som bor der."