Phát hiện bí ẩn về ‘Oxy hắc’ trên đáy đại dương
Trong hơn 10 năm qua, Andrew Sweetman và đồng nghiệp của ông đã nghiên cứu đáy đại dương và hệ sinh thái của nó, đặc biệt là trong Khu vực Clarion-Clipperton ở Thái Bình Dương, nơi chứa nhiều mảnh đá nhiều kim loại. Với kích thước bằng khoai tây, những viên đá này chứa các kim loại quý—liti, đồng, coban, mangan, và niken—được sử dụng để sản xuất pin. Chúng là một mục tiêu hấp dẫn cho các công ty khai thác biển sâu, đang phát triển công nghệ để đưa chúng lên bề mặt.
Sweetman tin rằng các viên đá có thể là nguồn oxy tiềm năng, nhưng ông nghĩ rằng chúng có thể đã sản xuất một thứ hoàn toàn khác: oxy. Thông thường, nguyên tố này được tạo ra khi sinh vật quang hợp, nhưng ánh sáng không thể chạm đến 4.000 mét dưới mặt biển. Thay vào đó, theo như Sweetman và nhóm nghiên cứu của ông tại Hội Khoa học Hải dương Scotland đề xuất trong một bài báo mới, các viên đá có thể tạo ra một phản ứng tạo ra “oxy hắc” từ nước biển.
Sweetman đầu tiên nhận ra điều gì đó lạ vào năm 2013. Cùng với đội ngũ của mình, ông đã làm việc để đo lưu lượng oxy trong các khu vực hạn chế trong khu vực đầy đá thuỷ ngân của biển đáy. Lưu lượng oxy dường như tăng tại đáy biển, mặc dù không có cơ thể quang hợp gần đó, đến nỗi nhóm nghiên cứu cho rằng đó là một sự bất thường của thiết bị.
Phát hiện tương tự, tuy nhiên, đã được lặp lại vào năm 2021, mặc dù sử dụng một phương pháp đo khác. Các nhà khoa học đang đo lường sự thay đổi trong mức độ oxy bên trong một buồng cạn, một thiết bị lấy mẫu chất lượng và nước biển để tạo ra mẫu kín của môi trường đáy biển. Thiết bị cho phép họ phân tích, trong số các vấn đề khác, cách mà oxy được tiêu thụ bởi vi sinh vật trong môi trường mẫu. Lượng oxy bị bẫy trong buồng cạn nên giảm theo thời gian khi các vi sinh vật trong nước và chất lầy tiêu thụ, nhưng ngược lại: Mặc dù điều kiện tối tăm ngăn chặn bất kỳ phản ứng quang hợp nào, mức độ oxy trong buồng cạn tăng.
Vấn đề cần được điều tra. Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã xác định chắc chắn rằng bất kỳ vi sinh vật khiếp sợ nào có khả năng sản xuất oxy đều không xuất hiện. Khi họ chắc chắn, các nhà khoa học giả thuyết rằng các viên đá nhiều kim loại bị ẩn rủi ro trong buồng cạn có thể được liên quan. Sau một loạt thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, Sweetman cho biết, họ đã phát hiện rằng các viên đá hoạt động như một viên pin đất: Chúng tạo ra một dòng điện nhỏ (khoảng 1 volt mỗi viên) chia nhỏ các phân tử nước thành hai thành phần, hiđro và oxy, trong một quá trình gọi là điện phân.
Tuy nhiên, cách mà viên đá tạo ra oxy không hoàn toàn rõ ràng: Không biết điều gì tạo ra dòng điện, liệu phản ứng có liên tục không, và điều quan trọng, liệu việc sản xuất oxy có đủ lớn để duy trì một hệ sinh thái.
Sau đó, có một câu hỏi còn lớn hơn nữa: và nếu việc điện phân được gây ra bởi các viên đá nhiều kim loại là tia lửa khởi đầu cho sự sống trên trái đất? Theo Sweetman, đây là một giả thuyết hấp dẫn mà nên được khám phá thêm. Có thể thậm chí là việc này có thể xảy ra trên các hành tinh khác, và là một nguồn tiềm năng của sự sống ngoài hành tinh.
Những khả năng này tăng thêm trọng lượng vào lập luận rằng đáy biển sâu là một môi trường nhạy cảm cần được bảo vệ khỏi khai thác công nghiệp. (Đã có một đơn kiến nghị, được ký bởi hơn 800 nhà khoa học hải dương từ 44 quốc gia khác nhau, nhấn mạnh về rủi ro môi trường rộng lớn của khai thác biển sâu và yêu cầu tạm dừng phát triển của nó.)
Nhưng với nhiều câu hỏi chưa được trả lời, một số người đang nghi ngờ vào các kết quả. Các phê bình lớn nhất đến từ trong thế giới khai thác trên đáy biển: Patrick Downes của Công ty Kim loại, một công ty khai thác biển sâu hoạt động ở nước sâu—cùng với những vùng mà Sweetman đã nghiên cứu và một phần tài trợ cho nghiên cứu của Sweetman— cho biết kết quả là kết quả của sự ô nhiễm oxy từ các nguồn bên ngoài, và công ty của ông sẽ sớm xuất bản một bài báo phủ định luận điệu mà nhóm của Sweetman đưa ra.
#phát_hiện #oxy #đáy_đại_dương #sự_kiện_ngày_hôm_nay
Nguồn: https://www.wired.com/story/dark-oxygen-deep-sea-polymetallic-nodules-discovery/
This story originally appeared on WIRED Italia and has been translated from Italian.
For more than 10 years, Andrew Sweetman and his colleagues have been studying the ocean floor and its ecosystems, particularly in the Pacific’s Clarion-Clipperton Zone, an area littered with polymetallic nodules. As big as potatoes, these rocks contain valuable metals—lithium, copper, cobalt, manganese, and nickel—that are used to make batteries. They are a tempting bounty for deep-sea mining companies, which are developing technologies to bring them to the surface.
The nodules may be a prospective source of battery ingredients, but Sweetman believes they could already be producing something quite different: oxygen. Typically, the element is generated when organisms photosynthesize, but light doesn’t reach 4,000 meters below the ocean’s surface. Rather, as Sweetman and his team at the Scottish Association for Marine Science suggest in a new paper, the nodules could be driving a reaction that produces this “dark” oxygen from seawater.
Sweetman first noticed something strange in 2013. With his team, he’d been working to measure oxygen flow in confined areas within nodule-rich areas of the seabed. The flow of oxygen seemed to increase at the seafloor, despite the fact that there were no photosynthesizing organisms nearby, so much so that the researchers thought it was an instrumental anomaly.
The same finding, however, was repeated in 2021, albeit using a different measurement approach. The scientists were assessing changes in oxygen levels inside a benthic chamber, an instrument that collects sediment and seawater to create enclosed samples of the seabed environment. The instrument allowed them to analyze, among other things, how oxygen was being consumed by microorganisms within the sample environment. Oxygen trapped in the chamber should have decreased over time as organisms in the water and sediment consumed it, but it did the opposite: Despite the dark conditions preventing any photosynthetic reactions, oxygen levels in the benthic chamber increased.
The issue needed to be investigated. First, the team ascertained with certainty that any microorganisms capable of producing oxygen weren’t present. Once they were sure, the scientists hypothesized that polymetallic nodules captured in the benthic chamber might be involved. After several laboratory tests, Sweetman says, they found that the nodules act like a geobattery: They generate a small electric current (about 1 volt each) that splits water molecules into their two components, hydrogen and oxygen, in a process called electrolysis.
How the nodules produce oxygen, however, is not entirely clear: It’s not known what generates the electric current, whether the reaction is continuous, and crucially, whether the oxygen production is significant enough to sustain an ecosystem.
Then there’s an even bigger question: What if the electrolysis induced by the polymetallic nodules was the spark that started life on Earth? According to Sweetman, this is an exciting hypothesis that should be explored further. It might even be possible that this could take place on other worlds, and be a potential source of alien life.
These possibilities add weight to the argument that the deep seabed is a delicate environment that needs to be protected from industrial exploitation. (There is already a petition, signed by more than 800 marine scientists from 44 different countries, that highlights the broader environmental risks of deep sea mining and calls for a pause on its development.)
But with many questions unanswered, some are casting doubt on the findings. The biggest criticisms have come from within the seabed-mining world: Patrick Downes of the Metals Company, a seabed-mining company that works in deep water—the same waters Sweetman studied and that partly funded Sweetman’s research—says the results are the result of oxygen contamination from outside sources, and that his company will soon produce a paper refuting the thesis put forward by Sweetman’s group.
