Ο κατάμαυρος βυθός της Ζώνης Clarion-Clipperton (CCZ) του Ειρηνικού Ωκεανού είναι γεμάτος με κάτι που μοιάζει με κομμάτια κάρβουνου.

Αυτά τα ανεπιτήδευτα κοιτάσματα ορυκτών, που ονομάζονται πολυμεταλλικά οζίδια, φιλοξενούν ένα μοναδικό οικοσύστημα βαθέων υδάτων, πολλά από τα οποία οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη καταγράψει.

Τα κοιτάσματα αυτά αποτελούν επίσης βασικό στόχο για τις εταιρείες που επιδιώκουν να εξορύξουν από τη βαθιά θάλασσα επειδή περιέχουν μέταλλα, όπως μαγγάνιο και κοβάλτιο, που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μπαταριών.


Τώρα οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτά τα πολύτιμα οζίδια κάνουν κάτι αξιοσημείωτο: παράγουν οξυγόνο και το κάνουν χωρίς ηλιακό φως.

«Αυτό είναι ένα εντελώς νέο και απροσδόκητο εύρημα», λέει η Lisa Levin, ομότιμη καθηγήτρια βιολογικής ωκεανογραφίας στο Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Scripps, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Το αέριο οξυγόνο στον πλανήτη Γη συνήθως θεωρείται ότι προέρχεται από ζωντανούς οργανισμούς που μετατρέπουν το ηλιακό φως, το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε οξυγόνο και ζάχαρη.

Η ιδέα ότι μέρος του αερίου μπορεί να προέρχεται από αυτά τα άψυχα ορυκτά και να παράγεται στο απόλυτο σκοτάδι «πραγματικά έρχεται σε αντίθεση με αυτό που πιστεύουμε παραδοσιακά ως το πού παράγεται και πώς παράγεται το οξυγόνο», λέει ο Jeffrey Marlow, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης και συν-συγγραφέας της μελέτης, η οποία δημοσιεύτηκε τη Δευτέρα στο Nature Geoscience.

Η ιστορία της ανακάλυψης πηγαίνει πίσω στο 2013, όταν ο οικολόγος βαθέων υδάτων Andrew Sweetman αντιμετώπιζε ένα «πρόβλημα». Ήταν μέλος μιας ερευνητικής ομάδας που προσπαθούσε να μετρήσει πόσο οξυγόνο κατανάλωναν οι οργανισμοί στον βυθό της θάλασσας.

Οι ερευνητές έστειλαν ειδικά οχήματα κάτω από περισσότερα από 13.000 πόδια για να δημιουργήσουν κλειστούς θαλάμους στον βυθό της θάλασσας που θα παρακολουθούσαν πώς έπεφταν τα επίπεδα οξυγόνου στο νερό με την πάροδο του χρόνου.

Όμως τα επίπεδα οξυγόνου δεν έπεσαν. Αντίθετα, αυξήθηκαν σημαντικά. Νομίζοντας ότι οι αισθητήρες είχαν σπάσει, ο Sweetman έστειλε τα όργανα πίσω στον κατασκευαστή για να βαθμονομηθούν εκ νέου. «Αυτό συνέβη τέσσερις ή πέντε φορές» κατά τη διάρκεια πέντε ετών, λέει ο Sweetman. «Είπα κυριολεκτικά στους μαθητές μου: «Πετάξτε τους αισθητήρες στον κάδο». Απλώς δεν λειτουργούν.»

Στη συνέχεια, το 2021, μπόρεσε να επιστρέψει σε μια αποστολή περιβαλλοντικής έρευνας που χρηματοδοτήθηκε από μια εταιρεία εξόρυξης βαθέων υδάτων που ονομάζεται Metals Company. Και πάλι, η ομάδα του χρησιμοποίησε σκάφη βαθέων υδάτων για να φτιάξει κλειστούς θαλάμους στον πυθμένα της θάλασσας.

Οι θάλαμοι περιείχαν εγκλεισμένα ιζήματα, οζίδια, ζωντανούς οργανισμούς και θαλασσινό νερό και παρακολουθούσαν τα επίπεδα οξυγόνου. Ο Sweetman και η ομάδα του χρησιμοποίησαν μια διαφορετική τεχνική για να μετρήσουν το οξυγόνο αυτή τη φορά, αλλά παρατήρησαν τα ίδια περίεργα αποτελέσματα: τα επίπεδα οξυγόνου αυξήθηκαν δραματικά.

«Η νοοτροπία μου άλλαξε εντελώς για να επικεντρωθεί σε αυτό που το προκαλεί αυτό».

«Η πρώτη μου σκέψη ήταν η μικροβιολογία, και αυτό συμβαίνει επειδή είμαι μικροβιολόγος», λέει ο Marlow. Δεν ήταν μια τραβηγμένη ιδέα: οι επιστήμονες είχαν πρόσφατα αποκαλύψει κάποιους τρόπους με τους οποίους μικρόβια όπως τα βακτήρια και τα αρχαία (Archaeans) θα μπορούσαν να παράγουν «σκοτεινό οξυγόνο» απουσία ηλιακού φωτός.

Σε εργαστηριακές δοκιμές που αναπαρήγαγαν τις συνθήκες στον πυθμένα της θάλασσας στη νέα μελέτη, οι ερευνητές δηλητηρίασαν το θαλασσινό νερό με χλωριούχο υδράργυρο για να σκοτώσουν τα μικρόβια. Ωστόσο, τα επίπεδα οξυγόνου εξακολουθούσαν να αυξάνονται.

Εάν αυτό το σκοτεινό οξυγόνο δεν προήλθε από μια βιολογική διαδικασία, τότε θα πρέπει να προήλθε από μια γεωλογική διαδικασία, σκέφτηκαν οι ερευνητές. Έλεγξαν και απέκλεισαν μερικές πιθανές υποθέσεις - όπως ότι η ραδιοδραστηριότητα στα οζίδια διαχωρίζει το οξυγόνο από το θαλασσινό νερό ή ότι κάποιος άλλος περιβαλλοντικός παράγοντας διαχωρίζει το αέριο οξυγόνο από το οξείδιο του μαγγανίου στους όζους.

Στη συνέχεια, μια μέρα του 2022, ο Sweetman παρακολουθούσε ένα βίντεο σχετικά με την εξόρυξη βαθέων υδάτων όταν άκουσε τα οζίδια να αναφέρονται ως «μια μπαταρία σε βράχο» - μια φράση που προτιμούσε ο Gerard Barron, ο Διευθύνων Σύμβουλος της Metals Company. Αυτό οδήγησε τον Sweetman να αναρωτηθεί: «Τα μέταλλα που βρίσκονται σε αυτά τα οζίδια, θα μπορούσαν με κάποιο τρόπο να λειτουργούν ως φυσικές γεωμπαταρίες;» Αν ναι, θα μπορούσαν ενδεχομένως να διασπάσουν το θαλασσινό νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρόλυση θαλασσινού νερού.

Το "Batteries in a rock" ήταν απλώς μια μεταφορά, από όσο γνώριζαν οι επιστήμονες - το γεγονός ότι τα οζίδια περιέχουν μέταλλα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μπαταριών δεν σημαίνει ότι φορτίζονται ηλεκτρικά οι ίδιοι.

Για να δημιουργηθεί ένα φορτίο, τα θετικά και αρνητικά ιόντα θα πρέπει να διαχωριστούν σε κάποιο βαθμό μέσα σε έναν κόμβο, δημιουργώντας μια διαφορά στο ηλεκτρικό δυναμικό. Για να δει αν αυτό συνέβαινε, ο Sweetman πέταξε στο Ιλινόις για να δοκιμάσει το ηλεκτρικό φορτίο των οζιδίων με τον Franz Geiger, έναν φυσικοχημικό στο Πανεπιστήμιο Northwestern.

"Παράξενα, υπήρχε σχεδόν ένα βολτ στην επιφάνεια αυτών των οζιδίων", λέει ο Sweetman . Η κύρια θεωρία των ερευνητών είναι ότι αυτό το φορτίο διασπά το θαλασσινό νερό για να δημιουργήσει οξυγόνο, αν και δεν έχουν ακόμη δοκιμάσει εάν η απενεργοποίηση του ηλεκτρικού φορτίου των οζιδίων σταματά την παραγωγή οξυγόνου. Οι επιστήμονες σκοπεύουν να το δοκιμάσουν σε μελλοντικές μελέτες.

Ο Geiger θεωρεί ότι οι πολυμεταλλικοί κόμβοι φορτίζονται καθώς μεγαλώνουν, με διαφορετικά μέταλλα να εναποτίθενται ακανόνιστα με την πάροδο του χρόνου. Οζίδια σχηματίζονται γύρω από ένα μικρό αντικείμενο, όπως το δόντι του καρχαρία.

Αν ανοίξετε ένα, «μοιάζουν με διατομές δαχτυλιδιών δέντρων» ή σαν στρώματα κρεμμυδιού, λέει ο Geiger. Αυτά τα μεταλλικά στρώματα μεγαλώνουν μόνο χιλιοστά κάθε εκατομμύριο χρόνια και οι τύποι μετάλλων που εναποτίθενται αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, δημιουργώντας ενδεχομένως μια κλίση φορτίου μεταξύ κάθε στρώματος που οδηγεί σε ηλεκτρικό δυναμικό.

Αυτό δεν εξηγεί γιατί υπάρχουν διαφορές στο φορτίο στις επιφάνειες των οζιδίων, αλλά ο Geiger θεωρεί ότι τα οζίδια είναι αρκετά πορώδη ώστε να αφήνουν εκτεθειμένα μερικά από τα εσωτερικά τους στρώματα.

Οι βράχοι δεν είναι γνωστό ότι φέρουν τέτοιο φορτίο, λέει ο Geiger. Αυτό «είναι ένα από τα πιο συναρπαστικά πράγματα που [εγώ και το εργαστήριό μου] έχουμε δουλέψει», προσθέτει.

Δεν είναι ακόμα σαφές εάν (ή σε ποιο βαθμό) αυτοί οι όζοι δημιουργούν οξυγόνο φυσικά στον βυθό της θάλασσας.

Στα περισσότερα πειράματα, οι συγκεντρώσεις οξυγόνου στους θαλάμους αυξήθηκαν μετά από δύο ημέρες. Αυτό μπορεί να υποδηλώνει ότι το ειδικό όχημα άλλαξε κάτι σχετικά με το περιβάλλον - για παράδειγμα, εκτοξεύοντας ίζημα - το οποίο στη συνέχεια υποκίνησε την παραγωγή οξυγόνου. Είναι επίσης πιθανό η παραγωγή οξυγόνου να σταματήσει τελικά λόγω ενός «φαινόμενου μπουκαλιού» μέσα στον κλειστό θάλαμο, λέει ο Marlow.

«Τα προϊόντα συσσωρεύονται, τα αντιδρώντα απομακρύνονται και μετά σταματάει η αντίδραση. Αλλά σε ένα ανοιχτό σύστημα... Θα μπορούσε να είναι μια πιο συνεπής διαδικασία», εξηγεί.

Ο Bo Barker Jørgensen, θαλάσσιος βιογεωχημικός στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Θαλάσσια Μικροβιολογία στη Βρέμη της Γερμανίας, λέει ότι τα ευρήματα είναι «πολύ περίεργα» και εγείρουν πολλά ερωτήματα. (Ο Jørgensen δεν συμμετείχε στην έρευνα, αλλά ήταν ένας από τους ομοτίμους κριτές της εργασίας για το Nature Geoscience.)

Είναι δύσπιστος ότι αυτοί οι όζοι παράγουν οξυγόνο όταν μένουν ανενόχλητοι στον βυθό της θάλασσας. Ωστόσο, προσθέτει, «φαίνεται να είναι κάποια ηλεκτρολυτική αντίδραση στην επιφάνεια του οζιδίου μαγγανίου που πράγματι παράγει οξυγόνο. Και αυτό από μόνο του είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα παρατήρηση που δεν έχει παρατηρηθεί πριν, εξ όσων γνωρίζω».

Οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη ιδέα τι ρόλο μπορεί να παίξει αυτό το οζίδιο που παράγει οξυγόνο στα οικοσυστήματα του βυθού της Ζώνης Clarion-Clipperton (CCZ) του Ειρηνικού Ωκεανού. Οι περιβαλλοντικές έρευνες έχουν δείξει ότι τα οζίδια και τα γύρω ιζήματα αποτελούν βιότοπο για ζωή στα βαθιά: τα πάντα, από μονοκύτταρα μικρόβια έως «μεγαπανίδα», ζώα που φαίνονται με γυμνό μάτι, όπως ψάρια, θαλάσσια αστέρια και σκουλήκια. Περίπου το ήμισυ της μεγαπανίδας που καταγράφηκε κατά την περιβαλλοντική έρευνα του 2013 βρέθηκαν μόνο στους όζους.

Όπως το μεγαλύτερο μέρος του βαθέως ωκεανού, ο βυθός της Ζώνης Clarion-Clipperton (CCZ) του Ειρηνικού Ωκεανού είναι ένα «κακώς κατανοητό οικοσύστημα», λέει ο Levin. «Δεν έχουμε ανακαλύψει καν τα περισσότερα είδη στη βαθιά θάλασσα, πόσο μάλλον να τα μελετήσουμε».

Τα έργα εξόρυξης βαθέων υδάτων που προτείνονται σε όλη την Ζώνη Clarion-Clipperton (CCZ) του Ειρηνικού Ωκεανού θα εξάγουν όζους από τις επιφάνειες του θαλάσσιου πυθμένα. Η Διεθνής Αρχή για τον Βυθό της Θάλασσας (ISA), η οποία διέπει τον θαλάσσιο πυθμένα στα διεθνή ύδατα, συζητά επί του παρόντος κανόνες και κανονισμούς για την εξόρυξη των όζων και άλλων στόχων βαθέων υδάτων. Είκοσι επτά κράτη, συμπεριλαμβανομένων 26 κρατών μελών του ISA, έχουν ζητήσει μορατόριουμ, προληπτική παύση ή απαγόρευση της εξόρυξης βαθέων υδάτων.

«Δεν νομίζω ότι [αυτή η έρευνα είναι] ένα «καρφί στο φέρετρο» για την εξόρυξη βαθέων υδάτων – αυτό δεν ήταν ποτέ ο σκοπός», λέει ο Sweetman. «Είναι απλώς ένα άλλο πράγμα που τώρα πρέπει να λάβουμε υπόψη όταν πρόκειται να αποφασίσουμε: «Πάμε να εξορύξουμε τον ωκεανό ή όχι;Για μένα, αυτή η απόφαση πρέπει να βασίζεται σε έγκυρες επιστημονικές συμβουλές και στοιχεία.»