Vor kurzem haben Wissenschaftler Die Entdeckung einer mysteriösen Sauerstoffquelle auf dem Meeresboden des Pazifischen Ozeans, bekannt als „dunkler Sauerstoff“, ist eine bemerkenswerte wissenschaftliche Entdeckung, die unser traditionelles Verständnis der Meeresökosysteme und der Mechanismen der Sauerstoffproduktion in Frage stellt. Was ist genau passiert?

Hintergründe entdecken

Die Entdeckung stammt von einem Forschungsteam unter der Leitung des Meeresökologen Andrew Sweetman von der Scottish Society for Marine Science (SAMS).

Seit 2013 führt das Team eine Reihe von Studien zu Meeresbodenökosystemen und ihrem Sauerstoffverbrauch in der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ) des Pazifischen Ozeans durch. Die CCZ liegt zwischen Hawaii und Mexiko und ist eine riesige Unterwasserebene mit reichen biologischen Gemeinschaften und polymetallischen Knollenressourcen.

Suchprozess

Während der Studie nutzte das Forschungsteam einen Tiefseelander, der auf den Meeresboden sank, um eine zylindrische Kammer in das Sediment zu drücken, um einen kleinen Bereich des Meeresbodens und ein bestimmtes Meerwasservolumen darüber abzudichten und so ein „Unterwasser“ zu schaffen „Mikroumgebung“, isoliert von der Außenwelt.

Sie hatten erwartet, dass in einer geschlossenen Umgebung der Sauerstoffgehalt mit der Zeit langsam sinken würde, wenn die Mikroorganismen atmen. Die tatsächlichen Messergebnisse waren jedoch unerwartet: Statt zu sinken, zeigte der Sauerstoffgehalt einen langsam steigenden Trend.

Vorläufige Spekulation und Überprüfung

Angesichts dieses abnormalen Phänomens vermutete das Forschungsteam zunächst, dass es sich um einen Sensorfehler handelte, bestätigte jedoch nach mehreren Kalibrierungen und wiederholten Experimenten die Echtheit dieses Phänomens. Anschließend konzentrierte sich das Forschungsteam auf polymetallische Knollen (auch Manganknollen genannt) auf dem Meeresboden. Diese Knötchen bestehen hauptsächlich aus Metallelementen wie Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel und Kupfer, wobei Mangan- und Eisenoxide die Hauptbestandteile sind.

Im Labor maßen die Forscher die Potenzialdifferenz auf der Oberfläche polymetallischer Knötchen und stellten fest, dass die Potenzialdifferenz bis zu 0,95 Volt betragen könnte. Obwohl dies niedriger ist als die 1,5 Volt, die zur Spaltung von Wassermolekülen erforderlich sind, vermutet das Forscherteam, dass beim Zusammentreffen mehrerer polymetallischer Knötchen durch den „Kaskaden“-Effekt eine höhere Spannung erzeugt werden kann, wodurch der Meerwasserelektrolyseprozess ausgelöst wird, der Wassermoleküle zerstört zerfällt in Wasserstoff und Sauerstoff.

Forschungsergebnisse und Bedeutung

Über diese Entdeckung wurde ausführlich in der Zeitschrift Nature Geoscience berichtet und erregte große Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Forscher glauben, dass polymetallische Knollen als natürliche „geologische Batterie“ fungieren könnten, um unter den lichtlosen Bedingungen der Tiefsee kontinuierlich Sauerstoff zu produzieren. Diese Entdeckung stellt nicht nur unser traditionelles Verständnis der Sauerstoffzirkulation im Ozean in Frage, sondern könnte auch neue Hinweise für die Erforschung des Ursprungs des Lebens liefern.

Darüber hinaus hat diese Entdeckung auch wichtige Auswirkungen auf Tiefseebergbauaktivitäten. Das CCZ-Gebiet enthält reiche polymetallische Knollenressourcen und ist ein wichtiges Ziel für Tiefseebergbauunternehmen. Wenn diese Knötchen jedoch entfernt würden, könnten Ökosysteme, die auf den von ihnen produzierten Sauerstoff angewiesen sind, stark beeinträchtigt werden. Daher betonen die Forscher, dass die möglichen Auswirkungen dieser neuen Entdeckung auf die Umwelt umfassend berücksichtigt und eine wissenschaftliche Überwachung durchgeführt werden muss, bevor der Tiefseebergbau vorangetrieben wird.

Neues Verständnis des Sauerstoffkreislaufs im Ozean

Lange Zeit wurde allgemein angenommen, dass Sauerstoff im Ozean hauptsächlich durch Photosynthese in Oberflächengewässern erzeugt und durch vertikale Bewegung von Gewässern in die Tiefsee transportiert wird. Diese Studie ergab jedoch, dass polymetallische Knollen (Manganknollen) unter lichtlosen Bedingungen in der Tiefsee durch abiotische Prozesse (wie Meerwasserelektrolyse) Sauerstoff produzieren können, was die traditionelle Theorie des Sauerstoffkreislaufs im Ozean direkt in Frage stellt. Es zeigt, dass es in der Tiefsee neben der Photosynthese noch weitere wichtige Mechanismen zur Sauerstoffproduktion gibt.

Die Forschung erweitert auch die Komplexität des Sauerstoffkreislaufs. Der Sauerstoffkreislauf im Ozean ist ein komplexer Prozess, der viele Aspekte wie Biologie, Chemie und Physik umfasst. Diese Entdeckung enthüllt einen weiteren wichtigen Zusammenhang im Sauerstoffkreislauf der Tiefsee, nämlich den Beitrag abiotischer Prozesse zur Sauerstoffproduktion. Dies hilft uns, die Komplexität und Vielfalt des Sauerstoffkreislaufs im Ozean umfassender zu verstehen und bietet mehr Perspektiven und Ideen für die zukünftige wissenschaftliche Meeresforschung.

Gleichzeitig liefert es auch neue Hinweise auf den Ursprung des Lebens. Der Ursprung des Lebens ist eines der Hauptthemen von langfristigem Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Die traditionelle Ansicht ist, dass der für das Leben benötigte Sauerstoff hauptsächlich von Mikroorganismen wie Cyanobakterien durch Photosynthese produziert wird. Diese Studie ergab jedoch, dass in der Tiefsee auch unter lichtlosen Bedingungen Sauerstoff produziert werden kann, was eine neue Richtung für das Denken über den Ursprung des Lebens bietet. Dies deutet darauf hin, dass das Leben möglicherweise unter einem breiteren Spektrum von Umweltbedingungen als nur lichtdurchfluteten Oberflächengewässern entstanden und sich entwickelt hat. Dies hilft uns, den theoretischen Rahmen des Ursprungs des Lebens zu überdenken und neue Forschungsrichtungen zu erkunden.

Die Forschung hat auch Auswirkungen auf die Bewertung von Tiefsee-Ökosystemen. Tiefseeökosysteme gehören zu den geheimnisvollsten und fragilsten Ökosystemen der Erde. Diese Entdeckung zeigt, dass es in der Tiefsee möglicherweise Mechanismen zur Sauerstoffproduktion gibt, die wir noch nicht vollständig verstanden haben, was für die Bewertung und den Schutz von Tiefseeökosystemen von großer Bedeutung ist. Es erinnert uns daran, dass die Auswirkungen abiotischer Prozesse auf die Sauerstoffzirkulation bei der Beurteilung der Gesundheit und Stabilität von Tiefseeökosystemen umfassend berücksichtigt werden müssen. Gleichzeitig ergeben sich dadurch auch neue Ideen und Methoden für den Schutz und das Management von Tiefseeökosystemen.

Abschließend ist der Autor davon überzeugt, dass diese Forschung auch als Leitfaden für Tiefseebergbauaktivitäten dienen wird. Da der Mensch weiterhin die Ressourcen der Tiefsee ausbeutet, nehmen die Tiefseebergbauaktivitäten zu. Die Auswirkungen des Tiefseebergbaus auf die Meeresumwelt sind jedoch nicht vollständig geklärt. Dieser Befund legt nahe, dass polymetallische Knollen in der Tiefsee möglicherweise wichtige Ökosystemfunktionen haben, beispielsweise die Produktion von Sauerstoff. Bevor Tiefseebergbauaktivitäten vorangetrieben werden, müssen daher deren Auswirkungen auf das Tiefseeökosystem umfassend berücksichtigt und eine wissenschaftliche Bewertung und Überwachung durchgeführt werden. Dies trägt dazu bei, dass Tiefseebergbauaktivitäten nachhaltig und umweltfreundlich sind.