Τι είναι το «σκοτεινό οξυγόνο» και γιατί είναι κρίσιμο για το μέλλον της ανθρωπότητας

Η μελέτη με τίτλο «Evidence of dark oxygen production at the abysmal seafloor», δημοσιεύθηκε στις 22 Ιουλίου στο περιοδικό Nature Geoscience.

Μια διεθνής ομάδα ερευνητών, μεταξύ των οποίων και ένας χημικός του Πανεπιστημίου Northwestern, ανακάλυψε ότι μεταλλικά ορυκτά στον πυθμένα των βαθιών ωκεανών παράγουν οξυγόνο σε βάθος 3,96 χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Η εκπληκτική ανακάλυψη αμφισβητεί τις μακροχρόνιες υποθέσεις ότι μόνο οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, όπως τα φυτά και τα φύκια, παράγουν το οξυγόνο της Γης. Αλλά το νέο εύρημα δείχνει ότι μπορεί να υπάρχει και άλλος τρόπος. Φαίνεται ότι το οξυγόνο μπορεί επίσης να παραχθεί στον πυθμένα της θάλασσας – όπου δεν μπορεί να διεισδύσει φως – για να υποστηρίξει την οξυγονοαναπνευστική (αερόβια) θαλάσσια ζωή που ζει στο απόλυτο σκοτάδι.

Η μελέτη με τίτλο «Evidence of dark oxygen production at the abysmal seafloor», δημοσιεύθηκε στις 22 Ιουλίου στο περιοδικό Nature Geoscience.

Ο Andrew Sweetman, της Σκωτσέζικης Ένωσης για τη Θαλάσσια Επιστήμη (SAMS), έκανε την ανακάλυψη του «σκοτεινού οξυγόνου» ενώ πραγματοποιούσε εργασίες πεδίου με πλοίο στον Ειρηνικό Ωκεανό. Ο Franz Geiger του Northwestern ηγήθηκε των πειραμάτων ηλεκτροχημείας, τα οποία ενδεχομένως εξηγούν το εύρημα.

«Για να ξεκινήσει η αερόβια ζωή στον πλανήτη, έπρεπε να υπάρχει οξυγόνο, και η αντίληψή μας ήταν ότι η παροχή οξυγόνου στη Γη ξεκίνησε με τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς», δήλωσε ο Sweetman, ο οποίος είναι επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας Οικολογίας και Βιογεωχημείας του βυθού στο SAMS. «Αλλά τώρα γνωρίζουμε ότι υπάρχει οξυγόνο που παράγεται στα βάθη της θάλασσας, όπου δεν υπάρχει φως. Νομίζω ότι πρέπει, επομένως, να επανεξετάσουμε ερωτήματα όπως: Πού θα μπορούσε να έχει ξεκινήσει η αερόβια ζωή;»

Στο επίκεντρο της ανακάλυψης βρίσκονται οι πολυμεταλλικοί όζοι -φυσικά κοιτάσματα ορυκτών που σχηματίζονται στον πυθμένα των ωκεανών. Αποτελώντας ένα μείγμα από διάφορα ορυκτά, οι όζοι έχουν μέγεθος από μικροσκοπικά σωματίδια έως μια μέση πατάτα.

«Οι πολυμεταλλικοί όζοι που παράγουν αυτό το οξυγόνο περιέχουν μέταλλα όπως κοβάλτιο, νικέλιο, χαλκό, λίθιο και μαγγάνιο – τα οποία είναι όλα κρίσιμα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες», δήλωσε ο Geiger, ο οποίος είναι συν-συγγραφέας της μελέτης.

«Αρκετές εταιρείες εξόρυξης μεγάλης κλίμακας στοχεύουν τώρα στην εξόρυξη αυτών των πολύτιμων στοιχείων από τον πυθμένα της θάλασσας σε βάθος 10.000 έως 20.000 ποδιών κάτω από την επιφάνεια. Πρέπει να επανεξετάσουμε τον τρόπο εξόρυξης αυτών των υλικών, έτσι ώστε να μην εξαντλήσουμε την πηγή οξυγόνου για τη ζωή στα βάθη της θάλασσας».

Ο Geiger είναι καθηγητής Χημείας των Charles E. και Emma H. Morrison στο Κολέγιο Τεχνών και Επιστημών Weinberg του Northwestern και μέλος του Διεθνούς Ινστιτούτου Νανοτεχνολογίας και του Ινστιτούτου Ενέργειας και Αειφορίας Paula M. Trienens.

Κάτι πρωτοποριακό και αδιανόητο Ο Sweetman έκανε την ανακάλυψη κατά τη διάρκεια δειγματοληψίας στο βυθό της ζώνης Clarion-Clipperton, μιας ορεινής υποθαλάσσιας κορυφογραμμής κατά μήκος του βυθού που εκτείνεται σχεδόν 4.500 μίλια κατά μήκος του βορειοανατολικού τεταρτημορίου του Ειρηνικού Ωκεανού. Όταν η ομάδα του εντόπισε αρχικά οξυγόνο, υπέθεσε ότι ο εξοπλισμός πρέπει να είχε χαλάσει.

«Όταν πήραμε για πρώτη φορά αυτά τα δεδομένα, σκεφτήκαμε ότι οι αισθητήρες ήταν ελαττωματικοί, επειδή σε κάθε μελέτη που έχει γίνει ποτέ στη βαθιά θάλασσα έχει παρατηρηθεί μόνο κατανάλωση οξυγόνου και όχι παραγωγή», δήλωσε ο Sweetman. «Γυρίζαμε σπίτι και επαναβαθμολογούσαμε τους αισθητήρες, αλλά, κατά τη διάρκεια 10 ετών, αυτές οι παράξενες ενδείξεις οξυγόνου συνέχιζαν να εμφανίζονται.

«Αποφασίσαμε να πάρουμε μια εφεδρική μέθοδο που δούλευε διαφορετικά από τους αισθητήρες οπτοδίων που χρησιμοποιούσαμε. Όταν και οι δύο μέθοδοι επέστρεψαν με το ίδιο αποτέλεσμα, ξέραμε ότι είχαμε βρει κάτι πρωτοποριακό και αδιανόητο».

Το καλοκαίρι του 2023, ο Sweetman επικοινώνησε με τον Geiger για να συζητήσει πιθανές εξηγήσεις για την πηγή οξυγόνου. Σε προηγούμενη εργασία του, ο Geiger διαπίστωσε ότι η σκουριά, όταν συνδυάζεται με αλμυρό νερό, μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό. Οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν οι πολυμεταλλικοί όζοι του βαθύ ωκεανού παρήγαγαν αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για την παραγωγή οξυγόνου. Αυτή η χημική αντίδραση αποτελεί μέρος μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρόλυση του θαλασσινού νερού, η οποία αφαιρεί ηλεκτρόνια από το άτομο του οξυγόνου του νερού.

Για να διερευνήσει αυτή την υπόθεση, ο Sweetman έστειλε αρκετά κιλά από τα πολυμεταλλικά κονδύλια, τα οποία συλλέχθηκαν από τον πυθμένα του ωκεανού, στο εργαστήριο του Geiger στο Northwestern. Ο Sweetman επισκέφθηκε επίσης το Northwestern τον περασμένο Δεκέμβριο, περνώντας μια εβδομάδα στο εργαστήριο του Geiger.

Μόλις 1,5 βολτ – η ίδια τάση με μια τυπική μπαταρία ΑΑ – είναι αρκετή για να διασπάσει το θαλασσινό νερό. Εκπληκτικά, η ομάδα κατέγραψε τάσεις έως και 0,95 βολτ στην επιφάνεια μεμονωμένων κονδύλων. Και όταν πολλαπλά οζίδια συσσωρεύονται μαζί, η τάση μπορεί να είναι πολύ πιο σημαντική, ακριβώς όπως όταν οι μπαταρίες συνδέονται σε σειρά.

«Φαίνεται ότι ανακαλύψαμε μια φυσική «γεωμπαταρία»», δήλωσε ο Geiger. «Αυτές οι γεωμπαταρίες αποτελούν τη βάση για μια πιθανή εξήγηση της σκοτεινής παραγωγής οξυγόνου στον ωκεανό».

Μια νέα σκέψη για τους ανθρακωρύχους Οι ερευνητές συμφωνούν ότι η εξορυκτική βιομηχανία θα πρέπει να λάβει υπόψη της αυτή την ανακάλυψη προτού σχεδιάσει δραστηριότητες εξόρυξης σε μεγάλα βάθη της θάλασσας. Σύμφωνα με τον Geiger, η συνολική μάζα των πολυμεταλλικών κονδύλων μόνο στη ζώνη Clarion-Clipperton είναι αρκετή για να καλύψει την παγκόσμια ζήτηση ενέργειας για δεκαετίες. Αλλά ο Geiger βλέπει τις προσπάθειες εξόρυξης στη δεκαετία του 1980 ως προειδοποιητική ιστορία.

«Το 2016 και το 2017, θαλάσσιοι βιολόγοι επισκέφθηκαν περιοχές που εξορύχθηκαν τη δεκαετία του 1980 και διαπίστωσαν ότι ούτε καν τα βακτήρια δεν είχαν ανακάμψει στις περιοχές που εξορύχθηκαν», δήλωσε ο Geiger.

«Σε περιοχές που δεν είχαν εξορυχθεί, ωστόσο, η θαλάσσια ζωή άνθισε. Το γιατί τέτοιες «νεκρές ζώνες» παραμένουν για δεκαετίες είναι ακόμη άγνωστο. Ωστόσο, αυτό θέτει έναν σημαντικό αστερίσκο στις στρατηγικές εξόρυξης του θαλάσσιου πυθμένα, καθώς η ποικιλομορφία της πανίδας του ωκεάνιου πυθμένα σε περιοχές πλούσιες σε κονδύλους είναι υψηλότερη από ό,τι στα πιο ποικιλόμορφα τροπικά δάση».