新研究发现，深海底的金属矿物分解水产生“暗氧”
包括西北大学化学家在内的国际研究小组发现，深海底的金属矿物可以在海面以下 13,000 英尺处产生氧气。这一惊人发现挑战了长期以来的假设，即只有植物和藻类等光合生物才能产生地球上的氧气。但新发现表明可能还有另一种方式。看来氧气也可以在海底产生——光线无法穿透——以支持生活在完全黑暗中的呼吸氧气（有氧）的海洋生物。
这项研究“深海海底产生暗氧的证据”于7 月 22 日发表在《自然地球科学》杂志上。
苏格兰海洋科学协会 (SAMS) 的 Andrew Sweetman 在太平洋进行船上实地考察时发现了“暗氧”。西北大学的 Franz Geiger 领导了电化学实验，这可能解释了这一发现。
“地球上有氧生命要开始，就必须有氧气，而我们的理解是，地球的氧气供应始于光合生物，”SAMS 海底生态学和生物地球化学研究小组负责人 Sweetman 说道。“但现在我们知道，在没有光的深海中也会产生氧气。因此，我认为我们需要重新审视这样的问题：有氧生命可能起源于哪里？”
多金属结核是此次发现的核心，它是海底形成的天然矿藏。结核由多种矿物质混合而成，大小介于微小颗粒和普通土豆之间。
“产生这种氧气的多金属结核含有钴、镍、铜、锂和锰等金属，这些都是电池中使用的关键元素，”这项研究的共同作者盖革说。
“目前，几家大型矿业公司的目标是从深达 10,000 至 20,000 英尺的海底开采这些珍贵的元素。我们需要重新思考如何开采这些材料，以免耗尽深海生物的氧气来源。”
盖革是西北大学温伯格文理学院的查尔斯 E. 和艾玛 H. 莫里森化学教授，也是国际纳米技术研究所和 Paula M. Trienens 能源与可持续发展研究所的成员。
“开创性的、前所未有的事”
斯威特曼在对克拉里昂-克利珀顿区海床进行采样时发现了这一现象。克拉里昂-克利珀顿区是一条沿着海底的山脊，沿着太平洋东北部延伸近 4500 英里。当他的团队最初检测到氧气时，他以为设备一定坏了。
“当我们第一次得到这些数据时，我们认为传感器出了问题，因为在深海进行的所有研究都只看到氧气被消耗而不是产生，”Sweetman 说。“我们会回家重新校准传感器，但是，在 10 年的时间里，这些奇怪的氧气读数不断出现。
“我们决定采用一种与我们正在使用的光极传感器不同的备用方法。当两种方法都得到相同的结果时，我们就知道我们找到了一种突破性的、前所未有的方法。”
隐藏的“地电池”在发挥作用
2023 年夏天，Sweetman 联系了 Geiger，讨论氧气来源的可能解释。在之前的工作中，Geiger 发现铁锈与盐水结合可以产生电能。研究人员想知道深海的多金属结核是否产生了足够的电能来产生氧气。这种化学反应是海水电解过程的一部分，该过程将电子从水的氧原子中拉出。
为了调查这一假设，斯威特曼从海底收集了几磅多金属结核，并将它们运到西北大学的盖革实验室。去年 12 月，斯威特曼还访问了西北大学，在盖革实验室待了一个星期。
仅 1.5 伏特（与典型的 AA 电池电压相同）就足以分裂海水。令人惊讶的是，该团队在单个结核表面记录到高达 0.95 伏特的电压。当多个结核聚集在一起时，电压会更高，就像电池串联在一起时一样。
“看来我们发现了一个天然的‘地电池’，”盖格说。“这些地电池是解释海洋暗氧产生的可能基础。”
矿工的新考虑
研究人员一致认为，采矿业在规划深海采矿活动之前应该考虑这一发现。盖格表示，仅克拉里昂-克利珀顿区多金属结核的总质量就足以满足全球数十年的能源需求。但盖格认为，20 世纪 80 年代的采矿活动是一个警示。
盖革说： “2016 年和 2017 年，海洋生物学家访问了 20 世纪 80 年代被布雷的地区，发现雷区甚至连细菌都没有恢复。”
“然而，在未开采的地区，海洋生物却繁衍生息。为什么这种‘死亡地带’会持续数十年仍不得而知。然而，这给海底采矿战略打上了重要的警示，因为结核矿丰富地区的海底动物群多样性比最多样化的热带雨林更高。”
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