Natgeo: Источники кислорода на дне океана помогут искать жизнь во Вселенной

На дне Тихого океана, где нет солнечного света и фотосинтез невозможен, что-то  производит большое количество кислорода. 

Это явление обнаружили в районе, где есть древние образования размером со сливу — полиметаллические конкреции. Исследователи предполагают, что они могут участвовать в производстве кислорода, расщепляя молекулы воды.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Соавтор исследования Эндрю Свитмен, эколог морского дна из Шотландской ассоциации морских наук в Обане (Великобритания), рассказал, что помимо фотосинтеза у нас есть ещё один источник кислорода на планете. Однако механизм его производства пока остаётся загадкой.

По словам учёного, результаты исследования могут помочь понять, как зародилась жизнь, а также оценить возможное влияние глубоководной добычи полезных ископаемых в этом регионе.

Дональд Кэнфилд из Университета Южной Дании в Оденсе считает наблюдение завораживающим, но разочаровывающим. Оно вызывает много вопросов и не дает ответов.

Свитмен и его соавторы заметили неладное еще в 2013 году. Они изучали экосистемы морского дна в зоне Кларион-Клиппертон — это район между Гавайями и Мексикой, который может стать целью добычи богатых металлами конкреций.

Во время экспедиций команда опускает на дно модуль для проведения экспериментов. Он закрывает небольшие участки морского дна вместе с водой, создавая «замкнутый микрокосм». Затем аппарат измеряет, как меняется концентрация кислорода в этой воде в течение нескольких дней.

Кислородные течения

Если в воде нет фотосинтезирующих организмов, выделяющих кислород, и других организмов, потребляющих этот газ, то концентрация кислорода будет медленно падать. Свитмен наблюдал это во время исследований в разных океанах. Морские экосистемы зависят от кислорода, который переносится с поверхности, и без него погибнут. Большая часть этого кислорода зарождается в Северной Атлантике и переносится по всему миру.

На глубине 4000 метров в зоне Кларион-Клиппертон Свитмен обнаружил, что секвестрированная вода стала богаче кислородом. Сначала он подумал, что это ошибка датчиков. Но явление подтвердилось во время последующих поездок в 2021 и 2022 годах с помощью альтернативной техники измерения.

Я понял, что восемь лет игнорировал этот удивительный новый процесс, — говорит Свитмен.

Свитмен отметил, что в камерах вырабатывается много кислорода — больше, чем в поверхностных водах с водорослями. В других исследованных регионах полиметаллических конкреций не было, поэтому можно предположить, что эти породы важны для производства «тёмного кислорода».

Команда исследователей воссоздала в лаборатории на корабле условия морского дна и наблюдала за образцами, среди которых были полиметаллические конкреции. Они заметили, что концентрация кислорода увеличилась.

По словам Свитмена, через некоторое время выработка кислорода останавливается, так как энергия, которая приводит в движение расщепление молекул воды, истощается. Вопрос в том, откуда эта энергия берётся. Если бы конкреции действовали как батарейки, они бы уже давно истощились.

Электрический потенциал

Конкреции могут расщеплять воду и образовывать молекулярный кислород. Исследователи измерили напряжение на поверхности конкреций и обнаружили разницу до 0,95 вольта. Это меньше, чем 1,5 вольта, необходимых для расщепления молекулы воды. Но можно получить и более высокое напряжение, соединив две батареи последовательно, говорит Свитман.

Соавтор исследования Франц Гейгер, химик из Северо-Западного университета в Эванстоне (штат Иллинойс), не знает, производит ли реакция молекулярный водород или высвобождает протоны в воде. Однако понимание этого может быть полезным. Возможно, на дне океана есть решение, которое поможет создать лучшие катализаторы.

Ева Штюкен из Университета Сент-Эндрюс (Великобритания) считает, что результаты исследования могут помочь в поиске признаков жизни на других планетах.

Свитман призывает перед началом глубоководной добычи составить карту районов производства кислорода. Иначе удаление конкреций может разрушить экосистемы, зависящие от этого кислорода. Если его вырабатывается много, это может быть важно для местных животных.

24.07.2024