Темный кислород: кто образуется на дне океана?

Мы тут в редакции любим нездоровые сенсации, так что вот вам очередная: кислород выделяется из воды в глубинах океана путем спонтанного электролиза. Спойлер: это переворачивает все наши представления о происхождении жизни и развитии древних экосистем.

Еще со школы все помнят, что главный производитель кислорода, которым мы дышим – фотосинтезирующие растения. Некоторые ученые робко добавляют что-то про выделение кислорода из мантии через глубинные разломы, но для большинства это слишком сложно и скушно, чтобы запоминать.

Так вот, только что британец Эндрю Свитман (Andrew K. Sweetman) с кучей соавторов объявили о третьем кислороде – темном, образующемся на дне океана в областях, заведомо неподходящих для фотосинтеза. Открытие это настолько не вписывается в существующую кислородную парадигму, что Свитман и сам почти десять лет списывал свои данные на ошибки техники и погрешности измерений. Впрочем, обо всем по порядку.

Глубоководные равнины на дне океана буквально усеяны полиметаллическими конкрециями размером от рисового зернышка до средней картофелины. Они состоят из соединений кобальта, никеля, меди, лития и марганца, которые осаждаются из морской воды на зубы акул, клювы кальмаров и прочий органический мусор, упавший из верхних слоев воды.

Современная цивилизация весьма нуждается в этих металлах, а технологический уровень с каждым годом подбирается к тому, что разработка этих глубоководных полей станет рентабельной. Соответственно, уже давно цивилизованные страны присматриваются к океанским полиметаллическим залежам и всему, что с ними связано.

В рамках одного из таких исследовательских проектов Свитман еще в 2013 году занялся кислородным балансом глубководья. Он отправил на дно «бентическую камеру», изолирующую кусочек дна с его обитателями, полиметаллическими конкрециями и слоем придонной воды. Один из датчиков должен был нарисовать график плавного снижения концентрации кислорода в результате дыхания донных организмов, чтобы рассчитать «потребление кислорода сообществом осадочных пород» и получить представление об активности фауны морского дна.

Однако датчики с глубины в четыре километра показали постепенный рост содержания кислорода. То же самое произошло еще при трех замерах в других местах. Расстроенный ученый распорядился вернуть датчики производителю с язвительным комментарием. А производитель, проверив устройства, заявил, что с ними все в порядке. И вплоть до 2021 года команда Свитмана считала эту ситуацию необъяснимыми глюками аппаратуры.

Только когда альтернативный метод контроля кислорода дал те же результаты, ученые заподозрили открытие. Сперва исключили биогенное происхождение «темного кислорода», а затем померили электрическую активность конкреций. Напряжение на их поверхности оказалось равным 0,95 вольта. Для стандартного электролиза морской воды необходимо минимум полтора вольта, чего вполне можно ожидать от нескольких соприкасающихся конкреций.

«Похоже, мы обнаружили природные «геобатареи», которые являются основой для возможного объяснения производства темного кислорода в океане», – прокомментировал полученные результаты соавтор исследования, профессор Франц Гейгер (Franz Geiger) из Северо-Западного университета в Эванстоне.

Открытие бросает вызов всей сложившейся кислородной парадигме – от моделей круговорота этого газа в океане до истории ранних этапов развития жизни, завязанных на «кислородную революцию». Ну и совсем непонятным становится, как отразится добыча со дна океана полиметаллических конкреций цивилизованными странами.

Статья Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor опубликована в журнале Nature Geoscience

Doi: 10.1038/s41561-024-01480-8