Недавно учёные Открытие загадочного источника кислорода на дне Тихого океана, известного как «темный кислород», является выдающимся научным открытием, которое бросает вызов нашему традиционному пониманию морских экосистем и механизмов производства кислорода. Что именно произошло?

узнать предысторию

Открытие было сделано исследовательской группой под руководством морского эколога Эндрю Свитмана из Шотландского общества морских наук (SAMS).

С 2013 года команда провела серию исследований экосистем морского дна и потребления ими кислорода в зоне Кларион-Клиппертон (ЗКЗ) Тихого океана. Расположенная между Гавайями и Мексикой, CCZ представляет собой обширную подводную равнину с богатыми биологическими сообществами и ресурсами полиметаллических конкреций.

исследовательский процесс

В ходе исследования исследовательская группа использовала глубоководный посадочный модуль, который опустился на морское дно, чтобы протолкнуть в осадок цилиндрическую камеру, чтобы изолировать небольшой участок морского дна и определенный объем морской воды над ним, создав «подводную среду». «микросреда», изолированная от внешнего мира.

Они ожидали, что в закрытой среде уровень кислорода будет медленно снижаться с течением времени по мере дыхания микроорганизмов. Однако фактические результаты измерений оказались неожиданными: вместо снижения содержание кислорода медленно увеличивалось.

Предварительные предположения и проверка

Столкнувшись с этим аномальным явлением, исследовательская группа первоначально заподозрила, что это неисправность датчика, но после многочисленных калибровок и повторных экспериментов подтвердили подлинность этого явления. Впоследствии исследовательская группа сосредоточила свое внимание на полиметаллических конкрециях (также известных как марганцевые конкреции) на морском дне. Эти конкреции в основном состоят из металлических элементов, таких как марганец, железо, кобальт, никель и медь, с оксидами марганца и железа в качестве основных компонентов.

В лаборатории исследователи измерили разность потенциалов на поверхности полиметаллических конкреций и обнаружили, что разность потенциалов может достигать 0,95 вольт. Хотя это напряжение ниже 1,5 В, необходимых для расщепления молекул воды, исследовательская группа предполагает, что, когда несколько полиметаллических конкреций собираются вместе, они могут генерировать более высокое напряжение за счет «каскадного» эффекта, тем самым запуская процесс электролиза морской воды, который расщепляет молекулы воды. распадаются на водород и кислород.

Результаты и значимость исследования

Об этом открытии подробно сообщалось в журнале Nature Geoscience и оно привлекло широкое внимание научного сообщества. Исследователи полагают, что полиметаллические конкреции могут действовать как естественная «геологическая батарея», непрерывно производящая кислород в условиях темноты глубокого моря. Это открытие не только бросает вызов нашему традиционному пониманию циркуляции кислорода в океане, но также может дать новые подсказки для изучения происхождения жизни.

Кроме того, это открытие также имеет важные последствия для глубоководной добычи полезных ископаемых. Район ЗКК содержит богатые ресурсы полиметаллических конкреций и является ключевым объектом для компаний, занимающихся глубоководной добычей полезных ископаемых. Однако, если эти конкреции будут удалены, это может серьезно повлиять на экосистемы, которые зависят от производимого ими кислорода. Поэтому исследователи подчеркивают, что потенциальное воздействие этого нового открытия на окружающую среду должно быть полностью рассмотрено и необходимо провести научный надзор, прежде чем продвигать глубоководную добычу полезных ископаемых.

Новое понимание кислородного цикла океана

Долгое время считалось, что кислород в океане вырабатывается в основном за счет фотосинтеза в поверхностных водоемах и переносится на морские глубины посредством вертикального движения водоемов. Однако это исследование показало, что в условиях отсутствия света в глубоком море полиметаллические конкреции (марганцевые конкреции) могут производить кислород посредством абиотических процессов (таких как электролиз морской воды), что напрямую бросает вызов традиционной теории кислородного цикла океана. Это показывает, что помимо фотосинтеза в глубоководных водах существуют и другие важные механизмы производства кислорода.

Исследование также расширяет сложность кислородного цикла. Цикл кислорода в океане — это сложный процесс, включающий множество аспектов, таких как биология, химия и физика. Это открытие раскрывает еще одну важную связь в глубоководном кислородном цикле, а именно вклад абиотических процессов в производство кислорода. Это помогает нам более полно понять сложность и разнообразие кислородного цикла океана и открывает больше перспектив и идей для будущих морских научных исследований.

В то же время это также дает новые ключи к разгадке происхождения жизни. Происхождение жизни является одним из основных вопросов, вызывающих долгосрочную озабоченность научного сообщества. Традиционное мнение состоит в том, что кислород, необходимый для жизни, в основном производится микроорганизмами, такими как цианобактерии, посредством фотосинтеза. Однако это исследование показало, что кислород также может производиться в глубоком море в условиях отсутствия света, что открывает новое направление для размышлений о происхождении жизни. Это предполагает, что жизнь могла зародиться и развиваться в более широком диапазоне условий окружающей среды, чем просто наполненные светом поверхностные воды. Это помогает нам пересмотреть теоретические рамки происхождения жизни и исследовать новые направления исследований.

Исследование также имеет значение для оценки глубоководных экосистем. Глубоководные экосистемы являются одними из самых загадочных и хрупких экосистем на Земле. Это открытие показывает, что в глубоководных водах могут существовать механизмы производства кислорода, которые мы еще не до конца поняли, что имеет большое значение для оценки и защиты глубоководных экосистем. Это напоминает нам, что влияние абиотических процессов на циркуляцию кислорода необходимо в полной мере учитывать при оценке здоровья и стабильности глубоководных экосистем. В то же время это также дает новые идеи и методы защиты глубоководных экосистем и управления ими.

Наконец, автор полагает, что это исследование также будет служить руководством для деятельности по глубоководной добыче полезных ископаемых. Поскольку люди продолжают эксплуатировать глубоководные ресурсы, деятельность по глубоководной добыче полезных ископаемых увеличивается. Однако влияние глубоководной добычи полезных ископаемых на морскую среду до конца не изучено. Это открытие позволяет предположить, что полиметаллические конкреции в глубоководных районах могут выполнять важные экосистемные функции, например, производить кислород. Поэтому, прежде чем продвигать глубоководную добычу полезных ископаемых, необходимо полностью рассмотреть ее воздействие на глубоководную экосистему, а также провести научную оценку и надзор. Это помогает гарантировать, что глубоководная добыча полезных ископаемых будет устойчивой и экологически чистой.