Oamenii de știință spun că au găsit oxigen acolo unde nu ar trebui să fie. Acum, vânătoarea a început pentru mai multe răspunsuri

Descoperirea surprinzătoare făcută publică în luna iulie, conform căreia rocile metalice ar produce oxigen pe fundul oceanului Pacific, acolo unde lumina nu poate pătrunde, a fost o bombă științifică, scrie CNN.

Cercetările inițiale au sugerat că nodulii de mărimea cartofilor, bogați în metale, care se găsesc predominant la 4 000 de metri (13 100 de picioare) sub suprafață în zona Clarion-Clipperton, eliberează o sarcină electrică, scindând apa de mare în oxigen și hidrogen prin electroliză. Fenomenul natural fără precedent sfidează ideea că oxigenul poate fi obținut doar din lumina soarelui prin fotosinteză.

Andrew Sweetman, profesor la Scottish Association for Marine Science din Regatul Unit, care a fost la originea descoperirii, a demarat un proiect de trei ani pentru a investiga în continuare producția de oxigen „întunecat”. Sweetman și echipa sa folosesc platforme personalizate echipate cu senzori care pot fi desfășurate la adâncimi de 11 000 de metri (36 089 de picioare). Fundația Nippon finanțează proiectul de cercetare în valoare de 2,7 milioane de dolari (2,2 milioane de lire sterline), care a fost anunțat vineri.

Descoperirea oxigenului întunecat a dezvăluit cât de puțin se știe despre adâncurile oceanului și, în special, despre zona Clarion-Clipperton sau CCZ. Regiunea este explorată pentru extragerea la mare adâncime a metalelor rare conținute în noduli de rocă. Acestea din urmă se formează pe parcursul a milioane de ani, iar metalele joacă un rol-cheie în tehnologiile noi și ecologice.

„Descoperirea noastră a oxigenului întunecat a fost o schimbare de paradigmă în înțelegerea noastră a adâncurilor mării și, potențial, a vieții pe Pământ, dar a ridicat mai multe întrebări decât răspunsuri”, a declarat Sweetman, liderul grupului de ecologie și biogeochimie a fundului mării din cadrul instituției sale, într-un comunicat de presă. „Această nouă cercetare ne va permite să sondăm unele dintre aceste întrebări științifice”.

Sweetman a declarat că obiectivul inițial al noului proiect a fost de a determina dacă producția de oxigen întunecat a fost reprodusă în alte zone ale CCZ unde se găsesc noduli și apoi de a desluși exact modul în care a fost produs oxigenul.

Înțelegerea mai bună a fenomenului ar putea ajuta, de asemenea, cercetătorii spațiali să găsească viață dincolo de Pământ, a adăugat el.

Oxigen în locuri neașteptate

Oxigenul este greu de produs fără energia continuă care provine din lumina soarelui, dar alți oameni de știință au întâlnit, de asemenea, molecule de oxigen neașteptate în locuri îndepărtate, lipsite de lumină. Sweetman a spus că producția de oxigen în întuneric poate fi un fenomen mai larg care a fost trecut cu vederea.

Emil Ruff, microbiolog la Marine Biological Laboratory din Woods Hole, Massachusetts, a detectat oxigen în probe de apă dulce din Alberta la zeci sau sute de metri sub preeria canadiană, o descoperire pe care el și coautorii de la Universitatea din Calgary și Woods Hole Oceanographic Institution au raportat-o într-un studiu publicat în iunie 2023. În unele cazuri, oxigenul întunecat a fost izolat de atmosfera de deasupra solului timp de peste 40 000 de ani.

Dacă oxigenul nu este adăugat continuu într-un mediu (de către copaci și plante, de exemplu), acesta ar dispărea în cele din urmă.

„După 40.000 de ani sau 30.000 de ani (separat de procesele de la suprafață), nu există niciun motiv real să credem că ar trebui să mai existe oxigen. Deoarece oxigenul este un acceptor de electroni atât de bun, acesta se oxidează de obicei fie chimic, fie microbian”, a spus Ruff. „Deci, ce făcea acolo?”

La fel ca Sweetman, Ruff a spus că a crezut inițial că oxigenul atmosferic a contaminat probele sale, care au fost prelevate din 14 acvifere de apă subterană. Având în vedere vârsta probelor, orice oxigen ar fi reacționat cu alte substanțe cu mult timp în urmă și ar fi dispărut.

După ce a lucrat cu răbdare în laborator și pe teren, Ruff a descoperit în cele din urmă că microbii din apă produceau oxigen. Se pare că microbii dezvoltaseră un truc obscur, dar ingenios, care le permitea să producă molecule în absența luminii.

Printr-o serie de reacții chimice, microbii au fost capabili să descompună compușii solubili numiți nitriți, molecule formate dintr-un atom de azot și doi de oxigen, pentru a produce oxigen molecular într-un proces cunoscut sub numele de dismutație. De asemenea, microbii au avut capacitatea de a utiliza oxigenul pentru a consuma metanul din apă pentru energie.

Mai mult, Ruff a constatat că cantitatea de oxigen produsă era suficientă pentru a susține alte forme de viață microbiană dependente de oxigen din apa subterană.

„Natura continuă să ne surprindă”, a spus el. „Există atât de multe lucruri despre care oamenii au spus: „Oh, este imposibil”, iar mai târziu se dovedește că nu este așa.”

Pentru a cerceta mai bine oxigenul întunecat, Ruff și echipa sa au călătorit în august într-o mină cu o adâncime de 3 kilometri (9.500 de picioare) din Africa de Sud pentru a preleva probe de apă care a fost prinsă în rocă timp de 1,2 miliarde de ani.

Oamenii de știință știau deja că apa din mină conține molecule de oxigen, dar nu era clar cum s-au format acestea. Ruff și colegii săi încă studiază probele prelevate, dar au două ipoteze cu privire la modul în care ar putea fi produse moleculele de oxigen, a spus el.

Situl este exploatat pentru aur și uraniu, un metal radioactiv. Radioliza, divizarea moleculelor de apă prin radioactivitate, este una dintre modalitățile posibile de producere a oxigenului fără lumina soarelui. Alternativ, producția de oxigen ar putea implica microbi în procese similare cu cele pe care Ruff le găsește în apele subterane din Canada.

Sweetman a declarat vineri că noul proiect va încerca, de asemenea, să înțeleagă dacă reacțiile micriobiilor au jucat un rol în producerea oxigenului întunecat pe fundul mării. În special, proiectul va analiza modul în care hidrogenul este eliberat în timpul producției de oxigen de către nodulii metalici și dacă hidrogenul a fost utilizat ca sursă de energie pentru comunitățile de microbi detectate în unele părți ale adâncurilor oceanului.

„Cred că mecanismul nu este încă complet pus la punct și vom avea nevoie de mult timp pentru a-l descifra”, a spus el.

Ruff a declarat că speră să colaboreze cu Sweetman și cu alți oameni de știință implicați în cercetarea oxigenului întunecat pentru a înțelege cum diferă semnătura chimică a oxigenului produs de electroliza apei de mare de cel produs de microbi sau de radioliză.

Oxigenul întunecat și căutarea vieții extraterestre

Oficialii de la NASA sunt interesați de cercetarea privind producția de oxigen întunecat, deoarece ar putea contribui la înțelegerea științifică a modului în care viața ar putea fi susținută pe alte planete fără lumina directă a soarelui, a declarat Sweetman.

Agenția spațială dorește să desfășoare experimente pentru a înțelege cantitatea de energie necesară pentru a produce potențial oxigen la presiuni mai mari care apar pe Enceladus și Europa, lunile înghețate ale lui Saturn și, respectiv, Jupiter, a adăugat el. Aceste luni se numără printre țintele pentru investigarea posibilității existenței vieții.

Companiile miniere de la mare adâncime își propun să extragă cobaltul, nichelul, cuprul, litiul și manganul conținute în noduli pentru a le utiliza în panouri solare, baterii pentru mașini electrice și alte tehnologii ecologice. Unele companii au contestat cercetările lui Sweetman.

Criticii spun că mineritul la mare adâncime ar putea deteriora irevocabil mediul subacvatic viran și că ar putea perturba modul în care carbonul este stocat în ocean, contribuind la criza climatică.

The Metals Co. a declarat că a trimis o replică revistei Nature Geoscience, care a publicat cercetarea originală. Documentul a fost supus unei evaluări inter pares, dar nu a fost încă publicat, a declarat compania.

Sweetman a declarat că este conștient de reacția critică și că va răspunde „prin canale peer-reviewed”.

„Suntem complet convinși că acesta este un proces real care are loc pe fundul mării”, a spus el.

De asemenea, Sweetman a afirmat că este prudent să nu se exploateze resursele de pe fundul mării până când ecosistemul nu va fi mai bine înțeles.

Amy Gartman, oceanograf cercetător și șef de proiect pentru minerale marine globale la Centrul de Științe Marine și Costiere din Pacific al US Geological Survey din Santa Cruz, California, a declarat că USGS nu a observat niciun fenomen electric în nodulii de ferromangane examinați până în prezent. Ea nu a fost implicată nici în cercetarea lui Sweetman, nici în cea a lui Ruff.

„Cercetătorii încearcă în prezent să reproducă fenomenele raportate de Sweetman și alții”, a spus ea. „Cercetarea științifică este un proces și poate dura ceva timp până când se va ajunge la un răspuns concludent.”