Изучая глубоководные сообщества в районе Тихого океана, насыщенного железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании обнаружили новый источник кислорода. Сейчас их беспокоит возможность того, что разработка этих месторождений может нарушить существующие экосистемы.
Глубоководные области Мирового океана хранят богатства: железомарганцевые конкреции. Это источник не только марганца, но и кобальта, циркония, а также редких элементов. Их давно исследуют и разведывают, а компании предлагают проекты по добыче. Пока это очень сложно и дорого.
Железомарганцевые конкреции широко распространены на дне океана, начиная с глубины нескольких сот метров. Сбор этих конкреций может негативно повлиять на местные сообщества, считают исследователи.
Для дыхания аэробные организмы берут кислород из отложений дна. Определение потребности в кислороде помогает понять круговорот жизни в морских экосистемах. Для этого применяют погружные системы, предназначенные для изучения бентоса. Бентосом называют массу организмов, живущих в грунте или на дне водоемов.
Ученые из Великобритании, Германии и США провели эксперимент в центральной части Тихого океана, регионе между разломами Кларион и Клиппертон. Глубина там превышает четыре километра. Район богат железомарганцевыми конкрециями.
Учёные меняли обстановку в герметичных камерах: добавляли останки водорослей, заливали холодную воду и растворы неорганического углерода, аммиака. Затем измеряли разницу между поглощённым и поступающим кислородом и увидели избыток газа. В течение двух суток концентрация кислорода росла плавно и превысила норму втрое.
Повторный эксперимент с использованием альтернативных методов измерения и площадок, разделенных расстоянием в четыре километра, продемонстрировал превышение уровня кислорода.
Ученые окрестили это явление «темным», так как его происхождение находится за пределами солнечной освещенности.
Результаты исследования не совпадают с общепринятыми сведениями об уровне потребления кислорода глубоководными беспозвоночными. Авторы предполагают, что «тёмный кислород» также участвует в процессе дыхания. опубликованной в журнале Nature Geoscience.
Несколько гипотез объясняют происхождение «темного кислорода» в океане: поры воды со склонов подводных гор, жизнедеятельность микроорганизмов, радиолиз воды. Авторы исследования считают, что кислород образуется в результате электролиза, о чём свидетельствуют лабораторные тесты.
Реакция выделения кислорода нуждается в 1,23 вольте на входе и еще 0,37 вольта для разложения морской воды на водород и кислород (при pH = 7,41). Новые значения можно снизить за счет недавно открытого в твердых оксидах механизма — lattice-oxygen-mediated mechanismОксид марганца с добавкой переходных металлов, например никеля, может служить катализатором реакции за счёт разницы потенциалов ионов металлов в разных слоях. В результате формируется своего рода «геобатарея».
Ученые исключили погрешности во время экспериментов, но предупреждают против механического переноса результатов на другие районы Мирового океана без дополнительных исследований. Поток темного кислорода превышает количество его в осадках, но показатели могут различаться в зависимости от концентрации конкреций на дне и их происхождения.