Na dnu Tihega oceana, v globinah, kjer popolno pomanjkanje sončne svetlobe onemogoča fotosintezo, nekaj črpa velike količine kisika.

Pojav so odkrili na območju, prekritem s starodavnimi tvorbami v velikosti slive, imenovanimi polimetalni noduli, ki bi lahko katalizirali proizvodnjo kisika z domnevnim spodbujanjem cepitve molekul vode. Rezultati so vGeoznanost o naravi 1objavljeno.

"Na planetu imamo še en vir kisika poleg fotosinteze," pravi soavtor študije Andrew Sweetman, ekolog morskega dna pri Škotskem združenju za pomorske znanosti v Obanu v Veliki Britaniji - čeprav mehanizem za to proizvodnjo kisika ostaja skrivnost. Ugotovitve bi lahko imele tudi posledice za razumevanje, kako se je življenje začelo, pravi, pa tudi za morebiten vpliv globokomorsko rudarjenje v regiji.

Opazovanje je "fascinantno," pravi Donald Canfield, biogeokimik z Univerze južne Danske v Odenseju. "Vendar se mi zdi frustrirajoče, ker odpira veliko vprašanj in ne daje prav veliko odgovorov."

Sweetman in njegovi sodelavci so med terenskim delom leta 2013 prvič opazili nekaj neskladnega. Raziskovalci so proučevali ekosisteme morskega dna v Cona Clarion-Clipperton med Havaji in Mehiko, ki je večja od Indije in je potencialna tarča rudarjenja s kovinami bogatih nodulov. Med takšnimi ekspedicijami ekipa sprosti modul, ki se potopi na dno oceana za izvajanje avtomatiziranih poskusov. Tam modul poganja cilindrične komore navzdol, da zapre majhne dele morskega dna - skupaj z nekaj morske vode - in ustvari "zaprt mikrokozmos morskega dna", pišejo avtorji. "Pristajalna naprava" nato meri, kako se koncentracija kisika v zaprti morski vodi spreminja v obdobjih do nekaj dni.

Tokovi kisika

Brez kakršnih koli fotosintetskih organizmov, ki sproščajo kisik v vodo, in če kateri koli drug organizem porablja plin, bi morale koncentracije kisika v komorah počasi upadati. Sweetman je to opazil v študijah, ki jih je izvedel na območjih Južnega, Arktičnega in Indijskega oceana ter Atlantika. Ekosistemi morskega dna po vsem svetu dolgujejo svoj obstoj kisiku, ki ga s površja prenašajo tokovi, in bi hitro umrli, če bi jih odrezali. (Večina tega kisika prihaja iz severnega Atlantika in se po "globalnem tekočem traku" prenaša v svetovne oceane.)

Toda v coni Clarion-Clipperton so instrumenti pokazali, da je zaporna voda postala bogatejša, ne revnejša, s kisikom. Sprva je Sweetman odčitke pripisal napaki senzorja. Toda pojav se je vedno znova pojavljal med naslednjimi odpravami v letih 2021 in 2022 in so ga potrdile meritve z alternativno tehniko. »Nenadoma sem spoznal, da sem osem let ignoriral ta potencialno neverjeten nov proces, 4000 metrov globoko na oceanskem dnu,« pravi Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Količina proizvedenega kisika ni majhna: Plin v komorah doseže koncentracije, višje od tistih v površinskih vodah, bogatih z algami, pravi Sweetman. Nobena druga regija, ki jo je Sweetman pregledal, ni vsebovala polimetalnih nodulov, kar nakazuje, da imajo te kamnine pomembno vlogo pri proizvodnji tega "temnega kisika".

Kot prvi preizkus te hipoteze je ekipa poustvarila pogoje, ki so jih našli na morskem dnu v laboratoriju na svoji ladji. Spremljali so vzorce, zbrane z morskega dna - vključno s polimetalnimi noduli - in ugotovili, da so se koncentracije kisika povečale, vsaj začasno. "Začnejo proizvajati kisik do določene točke. Potem se ustavijo," pravi Sweetman - verjetno zato, ker je energija, ki poganja cepitev molekul vode, izčrpana. Pri tem se postavlja vprašanje, od kod prihaja ta energija. Če bi gomolji sami delovali kot baterije – ustvarjajo energijo s kemično reakcijo –, bi bili že zdavnaj izčrpani.

Električni potencial

Toda noduli bi lahko služili kot katalizatorji, ki omogočajo cepitev vode in tvorbo molekularnega kisika. Raziskovalci so izmerili napetosti na površini gomoljev in ugotovili napetostne razlike do 0,95 volta. Čeprav se to ne približa 1,5 volta, potrebnega za razdelitev molekule vode, bi načeloma lahko ustvarili višje napetosti, podobno kot se lahko podvojijo napetosti baterije s serijsko povezavo dveh baterij, pravi Sweetman.

Soavtor Franz Geiger, kemik na univerzi Northwestern v Evanstonu v zvezni državi Illinois, pravi, da še vedno ni jasno, ali reakcija proizvaja tudi molekularni vodik - kar se zgodi pri reakcijah industrijskega elektrolizatorja zahvaljujoč katalizatorju - ali sprosti protone v vodi, medtem ko potisne preostale elektrone drugam. Toda razumevanje bi lahko na koncu imelo uporabne aplikacije, pravi. "Morda je tam na morskem dnu načrt, ki bi nam lahko pomagal narediti boljše katalizatorje."

Eva Stüeken, biogeokemičarka na Univerzi St Andrews v Združenem kraljestvu, pravi, da bi rezultati lahko vplivali tudi na predloge za iskanje podpisa možnega življenja v svetlobnem spektru zunajosončnih planetov. "Prisotnost O2"Plin na drugih planetih je morda treba razlagati z dodatno previdnostjo, " pravi.

Sweetman pravi, da bi morali raziskovalci pred začetkom globokomorskega rudarjenja preslikati območja, kjer se proizvaja kisik. V nasprotnem primeru bi lahko ekosistemi, ki so postali odvisni od tega kisika, propadli, če bi nodule odstranili. "Če se proizvedejo velike količine kisika, bo to potencialno pomembno za živali, ki tam živijo."