Загадка морских глубин: откуда на дне океана берется кислород?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Глубины океана, куда не проникает свет солнца, всегда считались царством вечной тьмы, холода и покоя. Ученые, десятилетиями изучавшие эти таинственные просторы, привыкли считать, что жизнь там существует в основном за счет органических остатков, медленно опускающихся из верхних, освещенных солнцем слоев. Кислород, необходимый для дыхания большинства живых существ, рассматривался как дефицитный ресурс, потребляемый донными организмами и химическими реакциями окисления.

Однако недавнее открытие, сделанное группой исследователей из Великобритании, Германии и США, перевернуло с ног на голову устоявшиеся представления о процессах, происходящих в абиссальных зонах.

Все началось с рутинного, на первый взгляд, исследования. Ученые изучали потребление кислорода донными отложениями в зоне Кларион-Клиппертон, расположенной в Тихом океане. Эта область известна своими обширными залежами железомарганцевых конкреций — своеобразных геологических образований, богатых ценными металлами. Для измерений использовались специальные донные камеры — герметичные боксы, опускаемые на дно и позволяющие регистрировать концентрацию растворенных газов в придонном слое воды.

Кислород из железомарганцевых конкреций, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Каково же было удивление ученых, когда вместо ожидаемого снижения уровня кислорода, они зафиксировали его устойчивый рост в ходе эксперимента. В некоторых камерах концентрация кислорода увеличивалась более чем в три раза по сравнению с исходной, причем этот феномен наблюдался в ходе многократных экспериментов, проведенных в разное время и в разных точках зоны Кларион-Клиппертон.

Сначала исследователи предположили, что имеют дело с ошибкой измерений или артефактом, связанным с конструкцией камер. Однако тщательная проверка оборудования и методики исключила эти возможности. Стало ясно, что ученые столкнулись с неизвестным ранее природным феноменом — производством кислорода в условиях кромешной тьмы и высокого давления на дне океана.

Железомарганцевая конкреция
Автор: User Koelle on de.wikipedia. Koelle, selbst fotografiert, own photo, CC BY-SA 3.0 Источник: commons.wikimedia.org

Дальнейшие исследования показали, что ключевую роль в этом удивительном процессе играют все те же железомарганцевые конкреции. Лабораторные эксперименты подтвердили, что в присутствии конкреций, извлеченных из донных отложений, кислород выделяется даже в искусственно созданной среде.

a-c. Развертывание посадочного модуля с донной камерой in situ было выполнено во время рейсов 5D (a), 5E (b) и 7A (c) к лицензионному участку NORI-D. Узловые образования присутствовали во всех экспериментах по инкубации. Зеленый оттенок, синий оттенок и красные линии на рисунке 5D (а) обозначают биомассу мертвых водорослей, растворенный неорганический углерод + NH4+ и обработку фильтрованной морской воды соответственно. Пробел в данных оптода в AKS279-Ch.3 был вызван тем, что оптод периодически не записывал данные. Черная линия указывает концентрацию O2 в окружающей среде, измеренную снаружи донных камер во время AKS273 в круизе 5D. Зеленые и желтые линии на рисунках 5E (b) и 7A (c) обозначают обработку биомассы мертвых водорослей и контрольную обработку (без инъекций) соответственно. Незначительные падения, наблюдаемые в некоторых профилях концентрации O2 на 28, 38 и 47 часах, вызваны разбавлением воды в камере 50 мл морской воды, которая попала в камеру снаружи через отверстие диаметром 1,5 м (диаметр 0,25 см). открытая трубка, когда шприцевой пробоотборник собирал пробы морской воды изнутри камеры. Постоянная концентрация O2, измеренная в течение первых 2 часов экспериментов 5D и 7A, была обусловлена ​​выключением мешалок на 1 час, чтобы позволить субстратам (например, биомассе мертвых водорослей) опуститься на поверхность осадка. Мешалки включались во время экспедиции 5Е с момента развертывания посадочного модуля до его возвращения и отключения питания мешалок.
Автор: Sweetman, A.K., Smith, A.J., de Jonge, D.S.W. et al. Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01480-8 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Возник вопрос: каков же механизм этого феномена? Ученые обратили внимание на необычный химический состав конкреций, которые помимо марганца содержат значительное количество железа, никеля, меди и других металлов. Возникла гипотеза, что сложная структура конкреций, образованная множеством микроскопических слоев различных минералов, может работать как своего рода «гео-батарейка», генерирующая электрический ток.

И действительно, измерения показали, что на поверхности конкреций возникают электрические потенциалы, достигающие 0.95 вольт. Этого вполне достаточно для электролиза — процесса разложения воды на водород и кислород под действием электрического тока. Для запуска электролиза морской воды требуется напряжение около 1.23 вольта, и ученые не исключают, что в микроскопических масштабах, на поверхности конкреций, могут возникать еще более высокие значения потенциала, достаточные для запуска этого процесса.

Расположение бентосных камер (BCL) в точках APEIs 1, 4 и 7 (западная CCZ), UK1 и OMS и NORI-D (звезды) (a) и в обоих районах NORI-D (коллекторный тестовый район или CTA и заповедная контрольная зона или PRZ) (b-d) в центральной абиссальной части Тихого океана. Также показано место развертывания мультикоптера (MUC), который отбирал пробы осадков для экспериментов ex-situ, проводившихся во время экспедиции 5D (c).
Автор: Sweetman, A.K., Smith, A.J., de Jonge, D.S.W. et al. Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01480-8 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Открытие «темного» производства кислорода на дне океана имеет огромное значение для науки. Во-первых, оно заставляет пересмотреть наши представления об источниках кислорода на Земле и о факторах, влияющих на его концентрацию в атмосфере. Во-вторых, это открытие меняет взгляд на условия существования жизни в абиссальных зонах. Оказывается, железомарганцевые конкреции могут играть важную роль в поддержании жизни на дне океана, обеспечивая ее кислородом.

Не исключено, что дальнейшие исследования этого феномена приведут к созданию новых, экологически чистых технологий получения энергии и ценных химических веществ. Ведь если природа научилась использовать «гео-батарейки», скрытые на дне океана, то и человек сможет перенять этот опыт для решения своих проблем.

2 комментария

51lver
Классный материал, спасибо
Z
Конспирологи писали, что примерно так вода образуется под землёй.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

«Союз‑5» стартовал: новая эра российской космонавтики началась

Сегодня космическая отрасль России отметила важную веху: с космодрома Байконур впервые стартовала ракета‑носитель «Союз‑5» — одна из самых перспективных разработок отечественной...

Составлена первая точная карта обоняния: как клетки носа считывают свои координаты, чтобы мы чувствовали запахи

Способность млекопитающих воспринимать окружающий мир опирается на строгую физическую организацию органов чувств. Зрение работает благодаря точному проецированию световых лучей на сетчатку, где...

Сколько развитых цивилизаций в Галактике, и как они на самом деле будут искать Землю

Попытки человечества обнаружить сигналы от внеземных цивилизаций строятся на теоретических допущениях. Радиоастрономы, участвующие в программах SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence),...

Почему один из старейших городов Европы следит за всеми через камеру обскура и выглядит как близнец Кубы

Древность в представлении людей это почти всегда пыль и разруха. Но испанский город Кадис, несмотря на почтенный возраст, выглядит свежо и хранит за красивыми улочками не один секрет. Ниже я...

Пять смартфонов апреля 2026 года: батарея на 10200 мАч и аппарат, за который пришлось извиняться

Второй месяц весны подошёл к концу, пришло время подводить его итоги. Апрель запомнится нам большим анонсом компании Motorola, презентацией серии Huawei Pura 90, камерофонов OPPO Find X9 Ultra и...