Исследование показало, что полиметаллические минералы, выстилающие дно океана на глубине более 4 000 метров, действуют как «геобатареи», извлекая кислород из воды

Исследования показали, что полиметаллические минералы на глубине более 4000 метров на морском дне действуют как «земные батареи» для извлечения кислорода из воды. Считается, что этот процесс обеспечивает кислород, поддерживая морскую жизнь на глубинах, куда не может проникнуть свет. Это бросает вызов давнему предположению, что кислород на суше поступает в основном от фотосинтезирующих организмов.

Производство кислорода на Земле началось в архее 3,5 миллиарда лет назад с появлением автотрофных прокариот, фотосинтезирующих цианобактерий, которые образовали гигантские карбонатные отложения, называемые строматолитами. Эти морские существа размножаются более миллиарда лет, постепенно увеличивая концентрацию кислорода в атмосфере. Затем, около 2 миллиардов лет назад, их постепенно заменили эукариотические водоросли.

Кислород, выбрасываемый в атмосферу, массово окисляет горные породы и является источником почти 2500 из 4500 минералов, обнаруженных на Земле. Увеличение содержания кислорода также спровоцировало адаптивную эволюцию, приведшую к появлению аэробных организмов (выживание которых зависит от кислорода).

«Планета нуждается в кислороде для аэробной жизни, и мы знаем, что снабжение Земли кислородом начинается с фотосинтезирующих организмов», — объяснил Эндрю К. Свитман из Шотландского общества морских наук (SAMS) в блоге Северо-Западного университета).

Однако, взяв образцы морского дна в зоне Кларион-Клиппертон, подводном хребте, простирающемся почти на 7242 километра вдоль северо-восточной части Тихого океана, Свитман и его коллеги обнаружили, что на глубинах более 4000 метров уровень кислорода удивительно высок. Если кислород на суше поступает в основном от фотосинтезирующих организмов, то по логике вещей его должно быть меньше в глубинах океана, куда не может проникнуть солнечный свет.

«Когда мы получили эти данные, мы подумали, что с датчиком что-то не так, потому что все исследования, проведенные в глубоком океане, касались только потребления кислорода, а не производства кислорода», — объясняет Свитман. Однако, перенастроив датчик и одновременно используя разные методы измерения, мы получили данные об уровне кислорода за последние 10 лет. «Когда оба метода дают одинаковые результаты, мы знаем, что сделали что-то революционное и беспрецедентное», — сказал Свитман.

Подлинные природные «геобатареи»

Чтобы определить источник этого «темного кислорода», который производится только в глубинах океана, Свитман обратился к коллеге Францу Гейгеру из Северо-Западного университета, который ранее проводил исследования по извлечению кислорода из воды. Он продемонстрировал, что в сочетании с соленой водой ржавчина может генерировать электричество, расщепляя атомы водорода и кислорода в воде.

Цель нового исследования подробно описана в журнале естественные геологические наукиЦелью исследования было определить, могут ли полиметаллические конкреции в глубоком океане генерировать достаточно электричества для извлечения кислорода из морской воды. Эта химическая реакция называется электролизом морской воды.

Полиметаллические конкреции представляют собой темные округлые комки породы, состоящие из смеси металлов, таких как кобальт, никель, медь, литий и марганец.

Обратите внимание: Новое исследование может в конечном итоге подтвердить или отклонить теорию Большого взрыва.

Их размер находится между песчинкой и картошкой среднего размера. Эти элементы (обычно используемые при производстве аккумуляторов) представляют особый интерес для горнодобывающих компаний, добывающих конкреции на глубине до 6000 метров.

Чтобы проверить свою гипотезу, команда Свитмана собрала и проанализировала килограммы полиметаллических конкреций. Исследователи обнаружили, что они могут действовать как настоящая естественная «земляная батарея». Узелок среднего размера может генерировать напряжение до 0,95 вольт.

Будучи сгруппированы и соединены друг с другом, они могут производить большее напряжение, как батареи, соединенные последовательно. Фактически, 1,5 вольт (эквивалент напряжения, вырабатываемого стандартной батареей типа АА) достаточно, чтобы расщепить морскую воду на водород и кислород.

Эксперты говорят, что эти земные клетки могут быть основным источником кислорода на морском дне, опровергая широко распространенное предположение о том, что земной кислород вырабатывается в основном в результате фотосинтеза. «Теперь мы знаем, что кислород вырабатывался в глубоком океане, где не было света. Поэтому я думаю, нам нужно задаться вопросом: где могла зародиться аэробная жизнь?» — предположил Свитман.

Жизненно важный элемент для абиссальной фауны

Исследователи говорят, что горнодобывающие компании должны учитывать эти выводы, прежде чем планировать глубоководную добычу полезных ископаемых. В частности, общая масса металлических конкреций только в районе Кларион-Клиппертон достаточна для удовлетворения глобальных энергетических потребностей на десятилетия.

Однако, согласно исследованию, они также обеспечивают важную поддержку глубоководным животным, которые, в отличие от морской жизни на мелководье, не могут получать кислород посредством фотосинтеза. Влияние операций по добыче полиметаллических конкреций до 1980-х годов, по-видимому, подтверждает эту гипотезу. Морские биологи, посетившие эти места в 2016 и 2017 годах, обнаружили, что так называемые «мертвые зоны» полностью заброшены морской жизнью, включая бактерии. С другой стороны, фауна продолжает процветать в неизведанных областях. Разнообразие донной фауны в районах, богатых конкрециями, больше, чем даже в самых разнообразных тропических лесах. Гейгер заключает: «Нам необходимо переосмыслить способы добычи этих материалов, чтобы не истощать источники кислорода, доступные глубоководным организмам.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Исследование показало, что полиметаллические минералы, выстилающие дно океана на глубине более 4 000 метров, действуют как «геобатареи», извлекая кислород из воды.