Noget pumper store mængder ilt ud på bunden af ​​Stillehavet, på dybder, hvor fuldstændig mangel på sollys gør fotosyntese umulig.

Fænomenet blev opdaget i en region dækket af ældgamle formationer på størrelse med blommer kaldet polymetalliske knuder, som kunne katalysere iltproduktionen ved formodentlig at fremme spaltningen af ​​vandmolekyler. Resultaterne er indeNatur Geovidenskab 1offentliggjort.

"Vi har en anden kilde til ilt på planeten end fotosyntese," siger studiemedforfatter Andrew Sweetman, en havbundsøkolog ved Scottish Association for Marine Science i Oban, Storbritannien - selvom mekanismen bag denne iltproduktion forbliver et mysterium. Resultaterne kunne også have betydning for forståelsen af, hvordan livet begyndte, siger han, såvel som den mulige virkning af dybhavsminedrift i regionen.

Observationen er "fascinerende", siger Donald Canfield, biogeokimist ved Syddansk Universitet i Odense. "Men jeg synes, det er frustrerende, fordi det rejser mange spørgsmål og ikke giver ret mange svar."

Sweetman og hans samarbejdspartnere bemærkede først noget uoverensstemmelser under feltarbejde i 2013. Forskerne studerede havbundens økosystemer i Clarion-Clipperton Zone mellem Hawaii og Mexico, som er større end Indien og er et potentielt mål for minedrift af metalrige knuder. Under sådanne ekspeditioner frigiver holdet et modul, der synker til havbunden for at udføre automatiserede eksperimenter. Der driver modulet ned cylindriske kamre for at lukke små dele af havbunden af ​​- sammen med noget havvand - og skabe "et lukket mikrokosmos af havbunden," skriver forfatterne. "Landeren" måler så, hvordan iltkoncentrationen i det forseglede havvand ændrer sig over perioder på op til flere dage.

Iltstrømme

Uden nogen fotosyntetiske organismer, der frigiver ilt til vandet, og med nogen anden organisme, der forbruger gassen, skulle iltkoncentrationerne i kamrene langsomt falde. Sweetman har observeret dette i undersøgelser, han udførte i områder i det sydlige, arktiske og indiske ocean samt Atlanterhavet. Havbundens økosystemer rundt om i verden skylder deres eksistens til ilt båret fra overfladen af ​​strømme og ville hurtigt dø, hvis de blev afskåret. (Det meste af denne ilt kommer fra Nordatlanten og transporteres til verdens dybe oceaner af et "globalt transportbånd").

Men i Clarion-Clipperton-zonen viste instrumenter, at det lukkede vand blev rigere, ikke fattigere, på ilt. Først tilskrev Sweetman aflæsningerne til en sensorfejl. Men fænomenet opstod igen og igen under efterfølgende ekspeditioner i 2021 og 2022 og blev bekræftet ved målinger med en alternativ teknik. "Pludselig indså jeg, at jeg i otte år havde ignoreret denne potentielt fantastiske nye proces, 4.000 meter dybt på havbunden," siger Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

Mængden af ​​produceret ilt er ikke lille: Gassen i kamrene når koncentrationer højere end dem i algerigt overfladevand, siger Sweetman. Ingen af ​​de andre regioner, Sweetman undersøgte, indeholdt polymetalliske knuder, hvilket tyder på, at disse klipper spiller en vigtig rolle i produktionen af ​​denne "mørke oxygen".

Som en første test af denne hypotese gengav holdet de forhold, de fandt på havbunden i et laboratorium på deres skib. De overvågede prøver indsamlet fra havbunden - inklusive polymetalliske knuder - og fandt ud af, at iltkoncentrationerne steg, i det mindste midlertidigt. "De begynder at producere ilt op til et vist punkt. Så stopper de," siger Sweetman - formentlig fordi den energi, der driver spaltningen af ​​vandmolekyler, er opbrugt. Dette rejser spørgsmålet om, hvor denne energi kommer fra. Hvis knoldene i sig selv fungerede som batterier - generere energi gennem en kemisk reaktion - ville de have været opbrugt for længe siden.

Elektrisk potentiale

Men knuderne kunne tjene som katalysatorer, hvilket muliggør spaltning af vand og dannelse af molekylært oxygen. Forskerne målte spændinger på overfladen af ​​knolde og fandt spændingsforskelle på op til 0,95 volt. Selvom dette ikke helt kommer i nærheden af ​​de 1,5 volt, der skal til for at splitte et vandmolekyle, kan der i princippet genereres højere spændinger, svarende til hvordan batterispændinger kan fordobles ved at forbinde to batterier i serie, siger Sweetman.

Medforfatter Franz Geiger, kemiker ved Northwestern University i Evanston, Illinois, siger, at det stadig er uklart, om reaktionen også producerer molekylært brint - hvilket sker i industrielle elektrolysereaktioner takket være en katalysator - eller frigiver protoner i vandet, mens de skubber de resterende elektroner andre steder. Men forståelsen kunne i sidste ende have brugbare anvendelser, siger han. "Måske er der en plan der på havbunden, som kunne hjælpe os med at lave bedre katalysatorer."

Eva Stüeken, en biogeochimist ved University of St. Andrews, Storbritannien, siger, at resultaterne også kan have konsekvenser for forslag om at lede efter signaturen for muligt liv i lysspektret af ekstrasolare planeter. "Tilstedeværelsen af ​​O2"Gas på andre planeter skal muligvis fortolkes med yderligere forsigtighed," siger hun.

Sweetman siger, at før dybhavsminedrift begynder, bør forskere kortlægge de områder, hvor der produceres ilt. Ellers kan økosystemer, der er blevet afhængige af denne ilt, kollapse, hvis knuderne fjernes. "Hvis der produceres store mængder ilt, vil dette potentielt være vigtigt for de dyr, der lever der."