Ceva pompează cantități mari de oxigen în fundul Oceanului Pacific, la adâncimi în care lipsa totală de lumină solară face fotosinteza imposibilă.

Fenomenul a fost descoperit într-o regiune acoperită cu formațiuni antice, de mărimea prunei, numite noduli polimetalici, care ar putea cataliza producția de oxigen prin promovarea probabilă a scindării moleculelor de apă. Rezultatele sunt înGeoștiința naturii 1publicat.

„Avem o altă sursă de oxigen pe planetă, alta decât fotosinteza”, spune coautorul studiului Andrew Sweetman, ecologist al fundului mării la Asociația Scoțiană pentru Științe Marine din Oban, Marea Britanie – deși mecanismul din spatele acestei producții de oxigen rămâne un mister. Descoperirile ar putea avea, de asemenea, implicații pentru înțelegerea modului în care a început viața, spune el, precum și posibilul impact al minerit de adâncime în regiune.

Observația este „fascinantă”, spune Donald Canfield, biogeochimist la Universitatea Danemarcei de Sud din Odense. „Dar mi se pare frustrant pentru că ridică multe întrebări și nu oferă foarte multe răspunsuri.”

Sweetman și colaboratorii săi au observat pentru prima dată ceva discrepant în timpul lucrului pe teren în 2013. Cercetătorii studiau ecosistemele de pe fundul mării din Zona Clarion-Clipperton între Hawaii și Mexic, care este mai mare decât India și este o țintă potențială pentru exploatarea nodulilor bogati în metale. În timpul unor astfel de expediții, echipa eliberează un modul care se scufundă pe fundul oceanului pentru a efectua experimente automate. Acolo, modulul conduce camerele cilindrice pentru a etanșa secțiuni mici ale fundului mării - împreună cu puțină apă de mare - și pentru a crea „un microcosmos închis al fundului mării”, scriu autorii. „Aterizarea” măsoară apoi modul în care concentrația de oxigen din apa de mare sigilată se modifică pe perioade de până la câteva zile.

Fluxuri de oxigen

Fără organisme fotosintetice care eliberează oxigen în apă și cu orice alt organism care consumă gazul, concentrațiile de oxigen din camere ar trebui să scadă lent. Sweetman a observat acest lucru în studiile pe care le-a efectuat în zonele din Oceanul Sudic, Arctic și Indian, precum și în Atlantic. Ecosistemele de pe fundul mării din întreaga lume își datorează existența oxigenului transportat de la suprafață de curenți și ar muri rapid dacă sunt întrerupte. (Majoritatea acestui oxigen provine din Atlanticul de Nord și este transportat către oceanele adânci ale lumii printr-o „bandă transportoare globală”).

Dar în zona Clarion-Clipperton, instrumentele au arătat că apa de închidere a devenit mai bogată, nu mai săracă, în oxigen. La început, Sweetman a atribuit citirile unei erori de senzor. Dar fenomenul s-a produs din nou și din nou în timpul expedițiilor ulterioare din 2021 și 2022 și a fost confirmat prin măsurători folosind o tehnică alternativă. „Deodată mi-am dat seama că timp de opt ani am ignorat acest nou proces potențial uimitor, la 4.000 de metri adâncime pe fundul oceanului”, spune Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Cantitatea de oxigen produsă nu este mică: gazul din camere atinge concentrații mai mari decât cele din apele de suprafață bogate în alge, spune Sweetman. Niciuna dintre celelalte regiuni examinate de Sweetman nu conținea noduli polimetalici, ceea ce sugerează că aceste roci joacă un rol important în producerea acestui „oxigen întunecat”.

Ca prim test al acestei ipoteze, echipa a reprodus condițiile pe care le-au găsit pe fundul mării într-un laborator de pe nava lor. Ei au monitorizat probe colectate de pe fundul mării - inclusiv noduli polimetalici - și au descoperit că concentrațiile de oxigen au crescut, cel puțin temporar. „Încep să producă oxigen până la un anumit punct. Apoi se opresc”, spune Sweetman – probabil pentru că energia care conduce la scindarea moleculelor de apă este epuizată. Acest lucru ridică întrebarea de unde provine această energie. Dacă tuberculii înșiși ar fi acționat ca baterii - generând energie printr-o reacție chimică - ar fi fost epuizați de mult.

Potențial electric

Dar nodulii ar putea servi drept catalizatori, permițând scindarea apei și formarea oxigenului molecular. Cercetătorii au măsurat tensiuni pe suprafața tuberculilor și au descoperit diferențe de tensiune de până la 0,95 volți. Deși acest lucru nu se apropie de cei 1,5 volți necesari pentru a împărți o moleculă de apă, în principiu ar putea fi generate tensiuni mai mari, similar cu modul în care tensiunile bateriilor pot fi dublate prin conectarea a două baterii în serie, spune Sweetman.

Coautorul Franz Geiger, chimist la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois, spune că nu este încă clar dacă reacția produce și hidrogen molecular - care se întâmplă în reacțiile de electrolizor industrial datorită unui catalizator - sau eliberează protoni în apă în timp ce împinge electronii rămași în altă parte. Dar înțelegerea ar putea avea în cele din urmă aplicații utile, spune el. „Poate că există un plan acolo pe fundul mării care ne-ar putea ajuta să facem catalizatori mai buni.”

Eva Stüeken, biogeochimist la Universitatea din St Andrews, Marea Britanie, spune că rezultatele ar putea avea implicații și pentru propunerile de căutare a semnăturii vieții posibile în spectrul de lumină al planetelor extrasolare. „Prezența lui O2„Gazul de pe alte planete ar putea trebui interpretat cu precauție suplimentară”, spune ea.

Sweetman spune că înainte de a începe exploatarea la adâncime, cercetătorii ar trebui să cartografiaze zonele în care este produs oxigen. În caz contrar, ecosistemele care au devenit dependente de acest oxigen s-ar putea prăbuși dacă nodulii sunt îndepărtați. „Dacă se produc cantități mari de oxigen, acest lucru va fi potențial important pentru animalele care trăiesc acolo.”