Глубины океана преподнесли сюрприз: открытие переворачивает представления об океане

Глубины океана долго считались зоной, где кислород лишь расходуется, но не появляется. Однако новые измерения показали процесс, который не укладывается в привычные научные схемы. Речь идёт о генерации кислорода там, где нет света и, казалось бы, не может быть фотосинтеза. Об этом сообщает Earth.

Фото: Designed by Freepik by vecstock is licensed under publik domain

Глубина моря

Загадка кислорода на дне океана

На глубине от двух до пяти километров солнечный свет полностью исчезает, а температура воды держится чуть выше нуля. В таких условиях жизнь существует за счёт уже имеющегося кислорода, поскольку классический механизм его образования — фотосинтез — требует света и работает у поверхности.

Тем не менее приборы зафиксировали рост концентрации кислорода в полной темноте на глубине около 4 000 метров. Это произошло на абиссальной равнине Тихого океана, покрытой полиметаллическими конкрециями — округлыми образованиями размером с картофель. Подобные неожиданные процессы в бескислородных зонах ранее обсуждались и при изучении того, как Чёрное море скрывает слой, меняющий привычные представления об океанской химии.

Что такое "тёмный кислород"

Открытие сделала команда под руководством профессора Эндрю Свитмана из Шотландской ассоциации морских наук. Результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience. Учёные назвали явление "производством тёмного кислорода" — то есть образованием кислорода без участия света и фотосинтеза.

"Открытие производства кислорода с помощью нефотосинтетического процесса требует от нас переосмысления эволюции сложной жизни на планете", — отметил профессор Эндрю Свитман.

Традиционно считается, что кислород впервые появился около трёх миллиардов лет назад благодаря цианобактериям, после чего стал основой для развития сложной жизни. Новые данные ставят под вопрос абсолютность этой модели.

Как проводились измерения

Исследования велись в зоне Кларион-Клиппертон в экваториальной части Тихого океана. Это лицензированный район, известный высоким содержанием металлов и рассматриваемый как перспективная зона для глубоководной добычи.

Учёные использовали роботизированный аппарат с прозрачными камерами, которые аккуратно вдавливались в донные отложения, изолируя небольшие участки дна с водой, осадками и конкрециями. Оптоды фиксировали уровень растворённого кислорода каждые несколько секунд почти двое суток.

Неожиданные результаты экспериментов

В ходе 25 тестов концентрация кислорода в некоторых камерах выросла более чем в три раза — с 185 до 819 микромолей на литр. В пересчёте на площадь дна это составило от 1,7 до 18 миллимоль кислорода на квадратный метр в сутки, что превышало его потребление.

Для проверки использовался и классический химический метод Винклера — он подтвердил те же тенденции. Камеры с большей площадью поверхности конкреций стабильно показывали более высокий рост кислорода.

Проверка альтернативных объяснений

Команда последовательно исключала возможные ошибки. Воздушные пузыри не могли быть источником кислорода: на такой глубине они растворяются почти мгновенно. Материалы камер были инертными, а контрольные пробы без биологической активности давали аналогичные результаты.

Даже радиолиз воды — расщепление молекул под действием естественного излучения — оказался неспособен объяснить наблюдаемые объёмы кислорода: расчёты показали, что его вклад был бы на порядки меньше.

Роль конкреций и донных процессов

Авторы предполагают, что ключевую роль играют поверхности металлических оксидов. Полиметаллические конкреции могут создавать микроскопические электрические поля и запускать электрохимические реакции, в ходе которых и выделяется кислород.

Тонкий слой осадка способен блокировать этот процесс, а его временное смещение — например, из-за движения аппарата — может активировать реакцию. Это делает явление локальным, прерывистым и зависящим от условий дна.

Связь с глубоководной добычей

Открытие напрямую касается планов по промышленной добыче конкреций. Масштабное перемешивание донных осадков может изменить химические и электрические условия на дне океана.

"Нам есть о чём подумать с точки зрения того, как мы добываем эти конкреции, которые фактически являются батареями в камне", — подчеркнул Свитман.

Сравнение: фотосинтез и "тёмный кислород"

Фотосинтез остаётся основным источником кислорода на планете и обеспечивает почти весь его объём в атмосфере. "Тёмный кислород" не конкурирует с ним по масштабам, но показывает, что геохимические процессы тоже могут вносить вклад, по крайней мере локально.

Если подобные механизмы существовали в древнем океане, они могли участвовать в формировании кислородной среды задолго до бурного развития жизни. Это перекликается с исследованиями о том, как океан меняет маршруты тепла и химических потоков в глобальном масштабе.

Плюсы и минусы открытия

С одной стороны, исследование расширяет понимание кислородного цикла Земли и взаимодействия воды, камня и электричества. С другой — оно поднимает вопросы о рисках вмешательства человека в малоизученные экосистемы.

Явление пока наблюдается локально и требует подтверждения, но его игнорирование может привести к ошибочным решениям при освоении океанских ресурсов.

Популярные вопросы о "тёмном кислороде"

Заменяет ли он фотосинтез?
Нет, он не отменяет фотосинтез, а лишь дополняет картину кислородного цикла.

Опасно ли это открытие?
Само по себе — нет, но оно указывает на уязвимость глубоководных экосистем.

Может ли процесс быть распространён повсеместно?
Пока данных для этого нет, эффект, вероятно, локальный.