“Темний кисень” на дні океану
Спонтанна хімічна реакція непомітно утворює кисень у темних глибинах земного дна океану, непомітно створюючи кисень без участі життя. Це несподіване відкриття перекреслює давню думку про те, що фотосинтезуючі організми виробляють необхідний нам кисень для дихання.
Біогеохімік Ендрю Світмен з Шотландської асоціації морських наук (SAMS) і його колеги зробили несподівану знахідку під час вимірювання рівня кисню на морському дні, щоб оцінити вплив глибоководного видобутку.
«Відкриття виробництва кисню за допомогою нефотосинтетичного процесу вимагає від нас переосмислення того, як могла виникнути еволюція складного життя на планеті», — каже морський учений SAMS Ніколас Оуенс, який не брав участі в дослідженні.
«На мій погляд, це одне з найцікавіших відкриттів океанології за останній час».
Посеред Тихого океану чорні, округлі скелі присипають підлогу. Тут, на глибині понад 4000 метрів (13 000 футів), рівень кисню повільно, але впевнено зростає, як показали вимірювання вчених.
«Коли ми вперше отримали ці дані, ми думали, що датчики несправні, тому що кожне дослідження, яке коли-небудь проводилося в морських глибинах, спостерігало лише споживання кисню, а не вироблення. Ми приходили додому і повторно калібрували датчики, але протягом 10 років, ці дивні показники кисню постійно з’являлися», – пояснює Світман.
«Ми вирішили використати резервний метод, який працював інакше, ніж оптичні датчики, які ми використовували, і коли обидва методи показали той самий результат, ми зрозуміли, що перед нами щось новаторське та непередбачене».
Щоб дослідити цю таємницю, дослідники зібрали деякі конкреційні породи, щоб перевірити, чи є вони джерелом утворення «темного кисню» в лабораторії.
Розсипи цих конкрецій покривають величезні площі дна океану. Це природні родовища рідкоземельних металів, таких як кобальт, марганець і нікель, змішані в поліметалевій суміші. Ми цінуємо саме ці метали за їх використання в батареях, і виявилося, що це саме те, як каміння може спонтанно діяти на дні океану.
Дослідники виявили, що окремі поліметалічні вузлики виробляють напругу до 0,95 В. Тож, коли вони згруповані разом, як батареї в серії, вони можуть легко досягти 1,5 В, необхідних для відокремлення кисню від води в реакції електролізу.
«Схоже, ми виявили природну «геобатарейку», — каже хімік Північно-Західного університету Франц Гейгер. «Ці геобатареї є основою для можливого пояснення виробництва темного кисню в океані».
Хоча ще багато чого потрібно дослідити, наприклад, масштаб виробництва кисню поліметалевими конкреціями, це відкриття пропонує можливе пояснення загадкового впертого існування «мертвих зон» океану через десятиліття після припинення глибоководного видобутку.
«У 2016 і 2017 роках морські біологи відвідали місця, які були видобуті у 1980-х роках, і виявили, що на замінованих територіях не відновилося навіть бактерій. Однак у невидобутих регіонах морське життя процвітало», — пояснює Гейгер.
«Чому такі «мертві зони» зберігаються десятиліттями, досі невідомо. Однак це ставить головну зірочку на стратегії видобутку корисних копалин на морському дні, оскільки різноманітність фауни на дні океану в районах, багатих конкреціями, вище, ніж у найрізноманітніших тропічних лісах».
Крім цих величезних наслідків для глибоководного видобутку корисних копалин, «темний кисень» також викликає каскад нових запитань про походження життя, що дихає киснем, на Землі. Стародавнім мікробним ціанобактеріям давно приписують перші постачальники кисню, необхідного для еволюції складного життя мільярди років тому, як відпрацьований продукт фотосинтезу, який перетворює сонячне світло на джерело енергії.
«Тепер ми знаємо, що в глибокому морі, де немає світла, виробляється кисень», — каже Світман.
«Тому я думаю, що нам потрібно повернутися до таких питань, як: де могло початися аеробне життя?» Це дослідження було опубліковано в Nature Geoscience.
