Загадка морских глубин: откуда на дне океана берется кислород?

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.

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.

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.

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.

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.