Coś wypompowuje duże ilości tlenu na dnie Pacyfiku, na głębokościach, gdzie całkowity brak światła słonecznego uniemożliwia fotosyntezę.

Zjawisko odkryto w regionie pokrytym starożytnymi formacjami wielkości śliwki, zwanymi guzkami polimetalicznymi, które mogą katalizować produkcję tlenu, prawdopodobnie sprzyjając rozkładowi cząsteczek wody. Wyniki sąNauka o przyrodzie 1opublikowany.

„Mamy na planecie inne źródło tlenu niż fotosynteza” – mówi współautor badania Andrew Sweetman, ekolog dna morskiego w Scottish Association for Marine Science w Oban w Wielkiej Brytanii – choć mechanizm odpowiedzialny za produkcję tlenu pozostaje tajemnicą. Odkrycia mogą mieć również wpływ na zrozumienie początków życia, a także możliwego wpływu życia górnictwo głębinowe w regionie.

Obserwacja jest „fascynująca” – mówi Donald Canfield, biogeochimista z Uniwersytetu Południowej Danii w Odense. „Ale uważam to za frustrujące, ponieważ rodzi wiele pytań i nie daje zbyt wielu odpowiedzi”.

Sweetman i jego współpracownicy po raz pierwszy zauważyli pewną niezgodność podczas prac terenowych w 2013 roku. Naukowcy badali ekosystemy dna morskiego w Strefa Clariona-Clippertona między Hawajami a Meksykiem, które jest większe od Indii i stanowi potencjalny cel wydobycia konkrecji bogatych w metale. Podczas takich wypraw zespół wypuszcza moduł, który opada na dno oceanu w celu prowadzenia zautomatyzowanych eksperymentów. Tam moduł przesuwa się w dół cylindrycznych komór, aby uszczelnić małe fragmenty dna morskiego – wraz z pewną ilością wody morskiej – i stworzyć „zamknięty mikrokosmos dna morskiego” – piszą autorzy. Następnie „lądownik” mierzy, jak zmienia się stężenie tlenu w zamkniętej wodzie morskiej w okresach trwających nawet kilka dni.

Strumienie tlenu

Bez organizmów fotosyntetyzujących uwalniających tlen do wody i jakichkolwiek innych organizmów zużywających gaz, stężenie tlenu w komorach powinno powoli spadać. Sweetman zaobserwował to w badaniach, które przeprowadził na obszarach Oceanu Południowego, Arktycznego i Indyjskiego, a także na Atlantyku. Ekosystemy dna morskiego na całym świecie zawdzięczają swoje istnienie tlenowi przenoszonemu z powierzchni przez prądy i szybko by wymarły, gdyby zostały odcięte. (Większość tego tlenu pochodzi z Północnego Atlantyku i jest transportowana do głębokich oceanów świata „globalnym przenośnikiem taśmowym”).

Jednak w strefie Clarion-Clipperton instrumenty wykazały, że woda odcinająca stała się bogatsza, a nie uboższa w tlen. Początkowo Sweetman przypisał odczyty błędowi czujnika. Jednak zjawisko to powtarzało się podczas kolejnych wypraw w latach 2021 i 2022 i zostało potwierdzone pomiarami z wykorzystaniem alternatywnej techniki. „Nagle zdałem sobie sprawę, że przez osiem lat ignorowałem ten potencjalnie niesamowity nowy proces zachodzący na dnie oceanu na głębokości 4000 metrów” – mówi Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Ilość wytwarzanego tlenu nie jest mała: gaz w komorach osiąga stężenie wyższe niż w wodach powierzchniowych bogatych w glony, mówi Sweetman. Żaden z pozostałych zbadanych przez Sweetmana regionów nie zawierał guzków polimetalicznych, co sugeruje, że skały te odgrywają ważną rolę w produkcji „ciemnego tlenu”.

W ramach pierwszego testu tej hipotezy zespół odtworzył warunki zastane na dnie morskim w laboratorium na swoim statku. Monitorowali próbki pobrane z dna morskiego – w tym guzki polimetaliczne – i odkryli, że stężenie tlenu, przynajmniej tymczasowo, wzrosło. „Do pewnego momentu zaczynają wytwarzać tlen. Potem przestają” – mówi Sweetman – prawdopodobnie z powodu wyczerpania się energii napędzającej rozkład cząsteczek wody. Rodzi się pytanie, skąd pochodzi ta energia. Gdyby same bulwy działały jak baterie – wytwarzające energię w wyniku reakcji chemicznej – już dawno by się wyczerpały.

Potencjał elektryczny

Guzki mogą jednak służyć jako katalizatory, umożliwiające rozkład wody i tworzenie się tlenu cząsteczkowego. Naukowcy zmierzyli napięcia na powierzchni bulw i odkryli różnice w napięciu dochodzące do 0,95 wolta. Choć nie jest to całkiem zbliżone do 1,5 wolta potrzebnego do rozszczepienia cząsteczki wody, w zasadzie można wygenerować wyższe napięcie, podobnie jak napięcie akumulatora można podwoić, łącząc dwa akumulatory szeregowo, mówi Sweetman.

Współautor Franz Geiger, chemik z Northwestern University w Evanston w stanie Illinois, twierdzi, że nadal nie jest jasne, czy w wyniku tej reakcji powstaje również wodór cząsteczkowy – co ma miejsce w reakcjach elektrolizera przemysłowego dzięki katalizatorowi – czy też uwalnia protony do wody, wypychając pozostałe elektrony gdzie indziej. Jednak jego zrozumienie może ostatecznie znaleźć przydatne zastosowania – mówi. „Być może na dnie morskim znajduje się projekt, który pomoże nam wyprodukować lepsze katalizatory”.

Eva Stüeken, biogeochimistka z Uniwersytetu St Andrews w Wielkiej Brytanii, twierdzi, że wyniki mogą mieć również wpływ na propozycje poszukiwania śladów możliwego życia w widmie światła planet pozasłonecznych. „Obecność O2„Być może należy interpretować gaz na innych planetach z większą ostrożnością” – mówi.

Sweetman twierdzi, że zanim rozpocznie się wydobycie głębinowe, badacze powinni sporządzić mapę obszarów, w których produkowany jest tlen. W przeciwnym razie ekosystemy, które uzależniły się od tego tlenu, mogą się załamać, jeśli guzki zostaną usunięte. „Jeśli wytworzone zostaną duże ilości tlenu, będzie to potencjalnie ważne dla żyjących tam zwierząt”.