太平洋海底发现神秘“暗氧”
在太平洋克拉里昂－克利珀顿区（CCZ）平坦漆黑的海底，散落着形似土豆的黑乎乎的东西。这些不起眼的矿藏被称为多金属结核（又称锰结核），它们影响着深海生态系统，也有着许多未被科学家发掘的秘密。这些矿藏是深海采矿公司的重点目标，因为其中含有可用于制造电池的锰和钴等金属。
图片来源：《科学美国人》网站
据最新一期《自然·地球科学》杂志报道，这些结核竟能在无光条件下产生氧气。“这是一个全新的、出乎意料的发现。”美国斯克利普斯海洋研究所生物海洋学名誉教授丽莎·莱文说。
人们通常认为，地球上的氧气主要由生物体通过光合作用将阳光、二氧化碳和水转化而来。而新研究发现，在CCZ以下4000米的深处，氧气并非源自生物体，而是由这些黑“土豆”产生的。研究人员表示，这挑战了人们对海洋的认知，可能有助于揭示生命的起源。
图片来源：弗朗茨·盖革/美国西北大学
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海底采样
这一发现可以追溯到2013年。当时，苏格兰海洋科学协会教授安德鲁·斯威特曼及其同事，正致力于测量CCZ海底生物消耗了多少氧气。研究人员使用了一个沉入海底的深海着陆器，将一个比鞋盒还小的容器推入沉积物中，以封闭一小块海底区域及其上方一定体积的水。
斯威特曼原本预计，随着微生物的呼吸作用，传感器能够检测到氧气水平随时间缓慢下降。然而，他们发现，氧气含量非但没有下降，反而大幅上升。斯威特曼以为传感器坏了，于是将仪器返厂进行重新校准。这种情况在5年内发生了四五次，斯威特曼甚至告诉他的学生：“把传感器扔了吧，它们根本不起作用！”
直到2021年，斯威特曼使用另一种备用方法来检测氧气，并得出了相同的结果后，才接受了海底正在产生氧气的事实。他意识到，在过去八九年里，他一直忽视了一件“深刻而巨大”的事情。
近十年来，斯威特曼在绵延6400多公里的CCZ多个地点反复观察到了这一现象。研究团队带回了一些沉积物、海水和锰结核样本，在实验室中进一步研究，试图了解氧气的确切产生方式。
了解“暗氧”
经过一系列实验，研究人员排除了微生物等生物过程，并将焦点锁定在锰结核本身，认为这是该现象的起因。他们推测，可能是结核中的氧化锰释放出氧气。但斯威特曼表示，这种释放并非氧气产生的原因所在。
后来，2022年的一天，斯威特曼观看了一部关于深海采矿的纪录片。片中有人提到，这些结核是“岩石中的电池”。这引发斯威特曼的思考：锰结核中的金属能以某种方式充当天然“地质电池”吗？如果是这样，它们就可能通过一种称为“海水电解”的过程将海水分解成氢和氧。
为了解锰结核是否真的带电，研究人员进行了测试，发现结核表面电压为0.95伏。这低于海水电解所需的1.5伏电压，但当锰结核聚集在一起时，电压可能显著增加，从而将水分解，产生氧气。
研究人员表示，他们似乎发现了一种天然的“地质电池”，这可能是对海洋“暗氧”现象的一种解释。
挑战范式
美国毕格罗海洋科学实验室高级研究员贝丝·奥科特表示，这项研究无疑“挑战了深海氧气循环的传统范式”。不过，研究团队的确提供了充分的支持数据，证明该观察结果是真实信号。
夏威夷大学马诺阿分校海洋学荣誉教授克雷格·史密斯说，“地质电池”假说为“暗氧”的存在提供了合理解释，但不排除其他原因。
