Algo está bombeando grandes quantidades de oxigênio no fundo do Oceano Pacífico, em profundezas onde a completa falta de luz solar torna a fotossíntese impossível.

O fenômeno foi descoberto em uma região coberta por antigas formações do tamanho de ameixas, chamadas nódulos polimetálicos, que poderiam catalisar a produção de oxigênio, presumivelmente promovendo a divisão das moléculas de água. Os resultados estão emGeociências da Natureza 1publicado.

“Temos outra fonte de oxigénio no planeta além da fotossíntese”, afirma o coautor do estudo, Andrew Sweetman, ecologista do fundo do mar da Associação Escocesa de Ciências Marinhas em Oban, Reino Unido – embora o mecanismo por detrás desta produção de oxigénio permaneça um mistério. As descobertas também podem ter implicações para a compreensão de como a vida começou, diz ele, bem como o possível impacto da mineração em alto mar na região.

A observação é “fascinante”, diz Donald Canfield, biogeoquímico da Universidade do Sul da Dinamarca, em Odense. “Mas acho isso frustrante porque levanta muitas questões e não fornece muitas respostas.”

Sweetman e seus colaboradores notaram pela primeira vez algo discrepante durante o trabalho de campo em 2013. Os pesquisadores estavam estudando ecossistemas do fundo do mar no Zona Clarion-Clipperton entre o Havaí e o México, que é maior que a Índia e é um alvo potencial para a mineração de nódulos ricos em metais. Durante essas expedições, a equipe libera um módulo que afunda no fundo do oceano para realizar experimentos automatizados. Lá, o módulo desce por câmaras cilíndricas para vedar pequenas seções do fundo do mar - junto com um pouco de água do mar - e criar "um microcosmo fechado do fundo do mar", escrevem os autores. O “lander” mede então como a concentração de oxigênio na água do mar selada muda ao longo de períodos de vários dias.

Fluxos de oxigênio

Sem nenhum organismo fotossintético liberando oxigênio na água, e com qualquer outro organismo consumindo o gás, as concentrações de oxigênio dentro das câmaras deveriam diminuir lentamente. Sweetman observou isso em estudos que conduziu em áreas dos oceanos Sul, Ártico e Índico, bem como no Atlântico. Os ecossistemas do fundo do mar em todo o mundo devem a sua existência ao oxigénio transportado da superfície pelas correntes e morreriam rapidamente se fossem cortados. (A maior parte desse oxigênio vem do Atlântico Norte e é transportado para os oceanos profundos do mundo por uma “correia transportadora global”.)

Mas na zona Clarion-Clipperton, os instrumentos mostraram que a água de corte tornou-se mais rica, e não mais pobre, em oxigénio. A princípio, Sweetman atribuiu as leituras a um erro do sensor. Mas o fenómeno ocorreu repetidamente durante expedições subsequentes em 2021 e 2022 e foi confirmado por medições utilizando uma técnica alternativa. “De repente, percebi que durante oito anos tinha ignorado este novo processo potencialmente surpreendente, a 4.000 metros de profundidade no fundo do oceano”, diz Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

A quantidade de oxigénio produzida não é pequena: o gás nas câmaras atinge concentrações superiores às das águas superficiais ricas em algas, diz Sweetman. Nenhuma das outras regiões examinadas por Sweetman continha nódulos polimetálicos, sugerindo que estas rochas desempenham um papel importante na produção deste “oxigénio escuro”.

Como primeiro teste desta hipótese, a equipa reproduziu as condições encontradas no fundo do mar num laboratório do seu navio. Eles monitoraram amostras coletadas no fundo do mar – incluindo nódulos polimetálicos – e descobriram que as concentrações de oxigênio aumentaram, pelo menos temporariamente. "Eles começam a produzir oxigênio até certo ponto. Depois param", diz Sweetman - provavelmente porque a energia que impulsiona a divisão das moléculas de água se esgota. Isso levanta a questão de onde vem essa energia. Se os próprios tubérculos agissem como baterias – gerando energia através de uma reação química – já teriam se esgotado há muito tempo.

Potencial elétrico

Mas os nódulos poderiam servir como catalisadores, permitindo a divisão da água e a formação de oxigênio molecular. Os pesquisadores mediram tensões na superfície dos tubérculos e encontraram diferenças de tensão de até 0,95 volts. Embora isso não chegue nem perto dos 1,5 volts necessários para dividir uma molécula de água, em princípio, tensões mais altas poderiam ser geradas, semelhante a como as tensões da bateria podem ser duplicadas conectando duas baterias em série, diz Sweetman.

O coautor Franz Geiger, químico da Northwestern University em Evanston, Illinois, diz que ainda não está claro se a reação também produz hidrogênio molecular – o que acontece em reações de eletrolisador industrial graças a um catalisador – ou libera prótons na água enquanto empurra os elétrons restantes para outro lugar. Mas o entendimento poderá, em última análise, ter aplicações úteis, diz ele. “Talvez exista um projeto no fundo do mar que possa nos ajudar a fabricar catalisadores melhores.”

Eva Stüeken, biogeoquímica da Universidade de St Andrews, no Reino Unido, diz que os resultados também podem ter implicações em propostas para procurar a assinatura de possível vida no espectro de luz de planetas extrasolares. “A presença de O2“O gás noutros planetas pode precisar de ser interpretado com cautela adicional”, diz ela.

Sweetman diz que antes do início da mineração em alto mar, os pesquisadores deveriam mapear as áreas onde o oxigênio é produzido. Caso contrário, os ecossistemas que se tornaram dependentes deste oxigénio poderão entrar em colapso se os nódulos forem removidos. “Se forem produzidas grandes quantidades de oxigênio, isso será potencialmente importante para os animais que ali vivem.”