Учёные обнаружили удивительный природный механизм: полиметаллические минералы на глубинах свыше 4000 метров функционируют как природные «земные батареи», генерируя электричество и извлекая кислород из морской воды. Это открытие переворачивает устоявшиеся представления о происхождении кислорода в глубоком океане, который ранее связывали исключительно с деятельностью фотосинтезирующих организмов на поверхности. Оказывается, даже в полной темноте, куда не проникает солнечный свет, могут существовать собственные источники жизненно важного газа, поддерживающие глубоководные экосистемы.
Традиционная парадигма и новое открытие
Согласно классической научной картине, производство кислорода на Земле началось около 3,5 миллиардов лет назад с появлением цианобактерий. Эти микроорганизмы в процессе фотосинтеза постепенно насытили атмосферу кислородом, что привело к массовому окислению горных пород и стало толчком для эволюции аэробных форм жизни. Долгое время считалось, что весь кислород в океане, включая глубинные слои, имеет поверхностное происхождение и переносится течениями.
Однако исследование, проведённое в зоне Кларион-Клиппертон в Тихом океане, поставило эту догму под сомнение. Учёные во главе с Эндрю К. Свитманом из Шотландского общества морских наук (SAMS) обнаружили аномально высокий уровень кислорода на глубинах более 4000 метров. «Сначала мы подумали, что с датчиком что-то не так, — признаётся Свитман. — Все предыдущие исследования в глубоком океане фиксировали только потребление кислорода, а не его производство». Перепроверка данных разными методами в течение десяти лет подтвердила революционное открытие: кислород производится прямо на дне.
Механизм работы природных батарей
Чтобы раскрыть источник этого «тёмного кислорода», учёные обратились к исследованиям по электрохимии. Было известно, что некоторые минералы в контакте с солёной водой могут генерировать электрические потенциалы. Целью новой работы, подробно описанной в журнале «Natural Geoscience», было проверить, могут ли полиметаллические конкреции — тёмные округлые образования на дне океана — выступать в роли природных батарей и запускать электролиз морской воды, расщепляя её на водород и кислород.
На фото: образцы полиметаллических конкреций, проанализированные исследователями.
Эти конкреции, размером от песчинки до картофелины, состоят из смеси ценных металлов: кобальта, никеля, меди, лития и марганца. Лабораторные испытания показали, что одна конкреция среднего размера способна генерировать напряжение до 0,95 вольт. Когда же они образуют скопления и соединяются между собой, как батарейки в последовательной цепи, их совокупный потенциал возрастает. Например, напряжение в 1,5 вольта (как у стандартной батарейки АА) уже достаточно для запуска электролиза и выделения кислорода из воды.
Обратите внимание: Новое исследование может в конечном итоге подтвердить или отклонить теорию Большого взрыва.
Последствия для науки и экологии
Это открытие заставляет пересмотреть не только геохимические циклы, но и возможные пути зарождения жизни. «Теперь мы знаем, что кислород вырабатывался в глубоком океане, где не было света. Поэтому нам стоит задаться вопросом: где на самом деле могла зародиться аэробная жизнь?» — размышляет Свитман.
Открытие имеет и прямое практическое значение. Полиметаллические конкреции представляют огромный интерес для горнодобывающей промышленности, так как содержат металлы, критически важные для современных аккумуляторов. Запасы только в районе Кларион-Клиппертон могут удовлетворить глобальные энергетические потребности на десятилетия. Однако их добыча может иметь катастрофические последствия.
Исследования показывают, что эти «геобатареи» являются жизненно важным элементом для абиссальной (глубоководной) фауны, обеспечивая её кислородом. В так называемых «мёртвых зонах» — районах, где в 1980-х годах проводились экспериментальные добычные работы, — до сих пор практически отсутствует жизнь, включая бактерии. В то же время нетронутые области с конкрециями отличаются невероятным биоразнообразием, превосходящим даже тропические леса. «Нам необходимо кардинально переосмыслить подходы к глубоководной добыче, чтобы не уничтожить источники кислорода для глубоководных организмов», — заключает соавтор исследования Франц Гейгер.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.