Геологи обнаружили «темный кислород» на океанском дне

Глубоководные части Мирового океана скрывают несметные богатства, одно из них — железомарганцевые конкреции. Это источник не только марганца, но и кобальта, циркония, а также редкоземельных элементов. Их давно изучают и разведывают, а добывающие компании предлагают проекты по разработке месторождений. Но пока это очень сложно и дорого.

Железомарганцевые конкреции в большом количестве рассыпаны по океанскому дну, начиная с глубины несколько сот метров. Их сбор серьезно навредит местным сообществам, опасаются ученые.

Аэробные организмы берут кислород для дыхания из донных отложений. Важно знать, сколько им требуется, чтобы понять весь круговорот жизни в морских системах. Для этого используют бентосные спускаемые системы. Бентос — масса организмов, которые обитают в грунте или на дне водоемов.

Ученые из Великобритании, Германии и США провели эксперимент в центральной части Тихого океана, известной как зона Кларион-Клиппертон (между одноименными разломами). Глубина там — более четырех километров. Этот район богат на железомарганцевые конкреции.

Экспериментаторы меняли условия внутри спускаемых камер — например, добавляли мертвую биомассу водорослей, закачивали холодную воду и растворенный неорганический углерод, аммиак. Затем измеряли баланс — разницу между потребленным и поступающим кислородом — и обнаружили избыток. В течение двух дней исследователи наблюдали, как концентрация газа плавно нарастала и превысила фоновую в три раза.

Эксперимент повторили, проведя измерения другим способом, а также на других участках, разнесенных на четыре километра. Избыток кислорода подтвердился. Ученые назвали его «темным», поскольку его источник расположен вне досягаемости солнечного света.

«Это противоречит всем известным данным о количестве потребляемого глубоководным бентосом кислорода. Мы полагаем, что „темный кислород“ тоже играет роль в дыхании», — написали авторы статьи, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

Существует несколько гипотез происхождения «темного кислорода» в океане. Его объясняли, например, поровыми водами, стекающими со склонов подводных гор на дно, жизнедеятельностью микроорганизмов, радиолизом воды. Но авторы исследования склоняются к тому, что кислород образуется в результате электролиза. Тесты в лаборатории показали, что это возможно.

Для реакции выделения кислорода требуется 1,23 вольта на входе и дополнительно 0,37 вольта для разложения морской воды на водород и кислород (при pH = 7,41). Значения можно снизить за счет недавно открытого в твердых оксидах механизма — lattice-oxygen-mediated mechanism. Показано, что оксид марганца, обогащенный переходными металлами, к примеру никелем, может выступать как катализатор реакции. Энергия берется из разности потенциалов, возникающей между ионами металлов в слоях. Таким образом конкреция превращается в «геобатарейку».

Ученые исключили ошибки при проведении экспериментов, однако предостерегли от того, чтобы механически переносить эти результаты на другие районы Мирового океана без дополнительных исследований. Хотя поток темного кислорода превышает то количество, которое содержится в осадках, показатели могут различаться в зависимости от концентрации конкреций на дне и их происхождения.