Nowe badania pokazały, że rozsiane po dnie oceanów zlepki różnych minerałów wielkości ziemniaka zwane konkrecjami polimetalicznymi wytwarzają tlen. Proces ten przebiega na głębokości 4000 metrów pod powierzchnią, w całkowitej ciemności i bez pomocy organizmów żywych, co podważa naszą wiedzę na temat rozwoju życia na Ziemi.
Formacje zwane konkrecjami polimetalicznymi lub konkrecjami manganowymi to kawałki skał składające się z różnych pierwiastków. Zalegają na dnie oceanów na głębokości od 4000 do 6000 metrów pod powierzchnią. Te grudki o rozmiarach od maleńkich drobinek do wielkości przeciętnego ziemniaka zawierają spore ilości manganu, żelaza, niklu, kobaltu, miedzi oraz pierwiastków ziem rzadkich, dlatego rozpatrywano je jako źródło surowców. Ale okazuje się, że są one źródłem tlenu. To nieoczekiwane odkrycie podważa powszechne przekonanie, że do produkcji tlenu potrzebnego do oddychania potrzebne są organizmy fotosyntetyzujące.
Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Nature Geoscience” (DOI: 10.1038/s41561-024-01480-8).
„Ciemny tlen”
Spontaniczna reakcja cicho tocząca się w ciemnych głębinach oceanicznych, dyskretnie wytwarza tlen, bez udziału życia. Odkrycie „ciemnego tlenu”, bo tak naukowcy nazwali tlen produkowany na dnie oceanów, podważa długo utrzymywane założenia, że to organizmy fotosyntetyczne, takie jak rośliny czy algi, wytwarzają tlen na Ziemi.
– Aby na planecie mogło powstać życie tlenowe, musiał być tlen, a według naszej wiedzy generowanie tlenu na Ziemi rozpoczęło się od organizmów fotosyntetycznych – powiedział Andrew Sweetman ze Scottish Association for Marine Science (SAMS). – Jednak teraz wiemy, że tlen jest wytwarzany w głębinach morskich, gdzie nie ma światła. Myślę, że musimy ponownie zadać sobie pytania dotyczące tego gdzie mogło zacząć się życie tlenowe? – dodał.
– Polimetaliczne guzki, które wytwarzają ten tlen, zawierają metale takie jak kobalt, nikiel, miedź, lit i mangan, które są krytycznymi pierwiastkami stosowanymi w akumulatorach – powiedział Franz Geiger z Northwestern University, współautor badań. – Kilka dużych firm górniczych ma obecnie na celu wydobycie tych cennych pierwiastków z dna morskiego z głębokości od 4000 do 6000 metrów pod powierzchnią. Musimy przemyśleć, jak wydobywać te materiały, aby nie wyczerpać źródła tlenu dla życia głębinowego – dodał.
Nieznane dotąd źródło tlenu
Odkryć dokonano podczas wyprawy badawczej na statku na Pacyfiku w tzw. strefie Clarion-Clipperton znajdującej się około 3000 kilometrów na zachód od Meksyku. W trakcie pobieranie próbek z dna wykryto tlen. Początkowo zespół badaczy założyć, że mają popsuty sprzęt.
– Kiedy po raz pierwszy otrzymaliśmy dane, myśleliśmy, że czujniki są wadliwe – powiedział Sweetman dodając, że dotychczas żadne badania nie donosiły od produkcji tlenu w głębinach morskich. Badacze zastosowali inną metodę, ale ta również wskazała na detekcję tlenu. – Gdy obie metody dały ten sam wynik, wiedzieliśmy, że mamy do czynienia z czymś przełomowym – podkreślił.
Naukowcy zastanawiali się, skąd wziął się wykryty tlen. Geiger w badaniach sprzed kilku lat odkrył, że rdza w połączeniu ze słoną wodą może generować elektryczność (więcej na ten temat w tekście: Energia elektryczna z rdzy?). To skłoniło uczonych do rozważenia, czy konkrecje polimetaliczne zalegające na dnie wytwarzają wystarczająco dużo elektryczności, aby wytworzyć tlen. Ta reakcja chemiczna jest częścią procesu elektrolizy wody morskiej, czyli rozkładu wody na wodór oraz tlen przy pomocy energii elektrycznej.
Aby to sprawdzić, część pobranych z dna polimetalicznych grudek zostało wysłanych do laboratorium Geigera w Northwestern University. Badania pokazały, że wystarczy napięcie zaledwie 1,5 wolta, czyli takie samo, jakie ma typowa bateria AA , aby rozszczepić wodę morską. Na powierzchni pojedynczych konkrecji uczeni odnotowali napięcie około 0,95 V, ale gdy wiele konkrecji jest skupionych razem, napięcie może być znacznie większe, tak jak w przypadku baterii połączonych szeregowo.
– Wygląda na to, że odkryliśmy naturalną „geobaterię”. Te „geobaterie” są podstawą możliwego wyjaśnienia produkcji „ciemnego tlenu” w oceanie – powiedział Geiger.
Wydobycie
Naukowcy zgadzają się, że przemysł wydobywczy powinien rozważyć to odkrycie przed zaplanowaniem działalności wydobywczej na głębokim morzu. Według Geigera całkowita masa polimetalicznych konkrecji w samej strefie Clarion-Clipperton wystarczy, aby zaspokoić światowe zapotrzebowanie na dziesięciolecia. Jednak uczony podkreśla, że wydobycie wiąże się z degradacją środowiska.
– W latach 2016 i 2017 biolodzy morscy odwiedzili miejsca, w których wydobywano minerały w latach 80. XX wieku i odkryli, że na te obszary nie powróciły nawet bakterie – powiedział Geiger. – Jednak w regionach, gdzie nie prowadzono wydobycia życie morskie rozkwitło. Nadal nie wiadomo, dlaczego takie „martwe strefy” utrzymują się przez dziesięciolecia. Jednakże stawia to duży znak zapytania co do wydobycia, ponieważ różnorodność fauny na dnie oceanicznym na obszarach bogatych w konkrecje jest wyższa niż w najbardziej zróżnicowanych tropikalnych lasach deszczowych – dodał.
Źródło: Nature, Northwestern University, fot. Abramax, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons