Открытие меняет представления, что кислород вырабатывают только фотосинтезирующие организмы. Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Международная группа ученых, проводившая исследование с целью изучения морского дна и его особенностей в Тихом океане, обнаружили на глубине 4 км загадочный источник кислорода. Химическая реакция, вероятно, производит газ путем расщепления молекул воды, но источник энергии остается неизвестным.
Феномен был обнаружен в регионе, усыпанном древними образованиями размером со сливу, называемыми полиметаллическими конкрециями. Исследователи полагают, что именно эти шаровидные отложения, представляющие смесь различных минералов, связаны с производством кислорода.
Полиметаллическая конкреция со дна океана. Фото: Camille Bridgewater
Исследователи изучали экосистемы морского дна в зоне Кларион-Клиппертон, области между Гавайями и Мексикой, которая по размеру больше Индии. Этот участок рассматривают в качестве потенциальной цели для добычи богатых металлами конкреций. Во время экспедиций ученые спускали модуль, который погружается на морское дно для проведения автоматизированных экспериментов.
Оказавшись на дне, модуль опускает цилиндрические камеры вниз, чтобы закрыть небольшие участки морского дна — вместе с некоторым количеством морской воды — и создать «замкнутый микрокосм морского дна». В процессе исследования ученые измеряли, как концентрация кислорода в замкнутой морской воде изменяется в течение периодов до нескольких дней.
Поскольку фотосинтетические организмы на такой глубине не могут работать, концентрация кислорода должна постепенно уменьшаться. Но в зоне Кларион-Клиппертон приборы показали, что изолированная вода стала богаче, а не беднее кислородом. Сначала ученые решили, что аномалия связана с работой датчиков, но результаты подтвердились в разные годы.
Количество кислорода в экспериментах превышало то, которое наблюдаются в поверхностных водах, богатых водорослями. Поскольку в других изученных регионах не было конкреций, исследователи предположили, что эти породы играют важную роль в производстве «темного кислорода».
Ученые воссоздали условия морского дна в лабораторном эксперименте. Они отслеживали образцы, собранные со дна моря, в том числе полиметаллические конкреции, и увидели, что концентрация кислорода увеличилась, по крайней мере, на некоторое время. После этого процесс останавливался предположительно, потому что заканчивалась энергия, которая управляет расщеплением молекул воды.
Полиметаллические конкреции содержат такие металлы, как кобальт, никель, медь, литий и марганец, которые являются важнейшими элементами, используемыми в батареях. Включения в таких минералах могут служить катализаторами, позволяя производить кислород. Исследователи обнаружили разницу напряжений до 0,95 В между элементами конкреции. Это меньше 1,5 В, которые необходимы для расщепления молекулы воды, но более высокие напряжения могут быть получены последовательным соединением нескольких элементов.
Результаты исследования имеют сразу несколько последствий. Во-первых, исследователи говорят об обнаружение геобатареи, которую теоретически можно использовать в энергетике. Во-вторых, новый источник кислорода нужно учитывать, изучая историю эволюции Земли, а также в поиске потенциально обитаемых миров за пределами Солнечной системы.
