„Естествени батерии“ произвеждат черен кислород в океана

Природните батерии на дъното на дълбокия океан изглежда произвеждат „тъмен кислород“

Откриването на източник на кислород в дълбоките води на морето шокира морските изследователи и може да наложи радикално преосмисляне на редица области на науката, включително търсенето на извънземен живот. Кислородът се произвежда не чрез фотосинтеза, а от минерали на океанското дъно.

В гимназията се учи, че кислородът се получава от фотосинтезата на растенията, особено в тропическите дъждовни гори. От десетилетия учените знаят, че това не е цялата картинка – растенията наистина произвеждат голяма част от кислорода, който дишаме, но фитопланктонът в океаните и езерата също дава много.

И в двата случая обаче основният процес е един и същ – живи организми използват слънчевата светлина, за да превърнат въглеродния диоксид и водата в необходимите им молекули и да произведат кислород като страничен продукт. Наличието на този кислород позволява на Земята да поддържа живота на животните, включително и на нас.

Без светлина за фотосинтезата кислородът е малко в дълбокия океан като се смяташе, че количеството му е резултат от смесването на океаните. Поради това възможността за намаляване на скоростта на смесване представляваше сериозна заплаха.

И все пак, когато професор Андрю Суитман от Шотландската асоциация за морски науки взема проби от част от зоната Кларион-Клипертон, дълбоководна планинска верига в Тихия океан, той открива нещо неочаквано: камерите, поставени на морското дъно във води с дълбочина над 4000 метра, показват повишаване на нивата на кислород в продължение на няколко дни.

„Когато за пръв път получихме тези данни, помислихме, че сензорите са дефектни, защото всяко изследване, правено някога в морските дълбини, е показвало само консумиране на кислород, а не неговото производство“, казва Суитман в изявление. „Прекалибрирахме сме сензорите няколко пъти, но в продължение на 10 години тези странни показания на кислорода продължаваха да се появяват.“

Свитман и колегите му го нарекли „тъмен кислород“, както защото не знаели източника му, така и защото се произвежда в отсъствието на светлина. Значението на подобно откритие е трудно да се надцени.

„За да започне аеробен живот на планетата, трябваше да има кислород, а нашето разбиране беше, че снабдяването на Земята с него е започнало с фотосинтезиращи организми“, казва Суийтман. „Сега обаче знаем, че се произвежда и в морските дълбини, където няма светлина. Затова мисля, че трябва да преразгледаме въпроси като: Къде е могъл да започне аеробният живот?“

Каква роля има този тъмен кислород в еволюцията може да е най-големият въпрос, който подобно откритие поставя, но по-непосредственото предизвикателство беше да се разбере откъде идва. След като не успяха да намерят биологично обяснение, екипът заподозря, че причина за това могат да бъдат полиметалните конкреции – находища, съставени от смесица от минерали.

След като се консултира с професор Франц Гайгер от Северозападния университет, който преди това е доказал, че ръждата и морската вода могат да се комбинират, за да произвеждат електричество, екипът стига до заключението, че металите на морското дъно извършват естествена електролиза, разделяйки водата на кислород и водород.

Събрани са проби и са занесени в лабораторията на Гайгер, където той установява, че някои от тях произвеждат електрически заряд от 0,95 волта. При правилна ориентация множество конкреции могат да се комбинират, за да произвеждат по-високи напрежения, които потенциално да надхвърлят прага от около 1,5 волта, необходим за разделяне на морската вода.

„Изглежда, че открихме естествена „геоакумулаторна батерия“, казва Гайгер. „Тези геобатерии са в основата на възможно обяснение за производството на кислород в тъмната част на океана.“

Отстраняването на седиментите от близките повърхности на конкрециите при пристигането на изследователя може да е предизвикало рязко повишаване на активността. Това би обяснило защо нивата на кислород са се повишили бързо, преди да спаднат.

Съставът на полиметалните конкреции варира, но тези, които очевидно са отговорни за този процес, биха могли да бъдат едни от доста ценни. „Полиметалните конкреции, които произвеждат този кислород, съдържат метали като кобалт, никел, мед, литий и манган – всички те са важни елементи, използвани в батериите“, добави Гайгер. Именно тук вълнуващото научно откритие се сблъсква с някои сурови реалности.

Дълбоководният добив се обсъжда от дълго време, но обикновено е твърде скъп за широко използване. Сега обаче, когато технологиите намаляват разходите, а цените на много метали се покачват, се очаква това да се промени. Екипът не знае какви биха били последствията за дълбоководния живот, ако този източник на кислород бъде премахнат, но Гайгер вижда намек в един от редките случаи, когато металите са били извлечени от океанското дъно.

„През 2016 г. и 2017 г. морски биолози посетиха места, където се е добивало през 80-те години на миналия век, и установиха, че дори бактериите не са се възстановили там“, казва Гайгер. „В неминираните райони обаче морският живот процъфтява. Защо подобни „мъртви зони“ се запазват в продължение на десетилетия, все още не е известно. Това обаче поставя сериозна звездичка върху стратегиите за добив на полезни изкопаеми от морското дъно, тъй като фаунистичното разнообразие на океанското дъно в богатите на конкреции райони е по-голямо, отколкото в най-разнообразните тропически гори.“