距海面13000英尺的深处发现"暗氧" 源自海底的金属矿物

一项国际研究揭示，深海矿物在完全黑暗的环境中也能产生氧气，这表明在光合生命出现之前就存在着另一种氧气来源。这一发现对深海采矿具有重大影响，强调了采取可持续方法保护这些新发现的氧气来源的必要性。

在西北大学化学家弗朗茨-盖格的实验室里，从海底采集的多金属结核被放置在模拟海水中。研究人员发现，海底的金属矿物在没有阳光照射的情况下也能产生氧气，这一发现对以往认为只有光合生物才能产生氧气的观点提出了挑战。图片来源：Franz Geiger/西北大学

包括美国西北大学化学家在内的一个国际研究小组发现，深海海底的金属矿物能在海面以下 1.3 万英尺处产生氧气。

这一惊人的发现挑战了人们长期以来的假设，即只有植物和藻类等光合生物才能产生地球上的氧气。但这一新发现表明，可能还有另一种方法。在光线无法穿透的海底，似乎也能产生氧气，以支持在完全黑暗的环境中呼吸氧气（需氧）的海洋生物。

该研究报告将于周一（7 月 22 日）发表在《自然-地球科学》杂志上。

苏格兰海洋科学协会（SAMS）的安德鲁-斯威特曼（Andrew Sweetman）是在太平洋的船上进行实地考察时发现"暗氧"的。西北大学的弗朗茨-盖格领导了电化学实验，该实验有可能解释这一发现。

斯威特曼说："地球上要开始有氧生命，就必须有氧气，而我们的理解是，地球的氧气供应始于光合生物。但我们现在知道，在没有光的深海中也会产生氧气。因此，我认为我们需要重新审视以下问题：有氧生命是从哪里开始的？有氧生命是从哪里开始的？"

多金属结核--在海底形成的天然矿藏--是这一发现的核心。多金属结核由多种矿物混合而成，大小从微小颗粒到普通土豆大小不等。

对深海采矿的影响

这项研究的共同作者盖格说："产生这种氧气的多金属结核含有钴、镍、铜、锂和锰等金属，这些都是电池中使用的关键元素。几家大型矿业公司目前正致力于从地表以下 1 万到 2 万英尺深的海底开采这些珍贵元素。我们需要重新思考如何开采这些材料，以免耗尽深海生物的氧气来源。"

盖格是西北大学温伯格文理学院查尔斯-莫里森（Charles E. and Emma H. Morrison）化学教授，也是国际纳米技术研究所（International Institute for Nanotechnology）和保拉-特里恩斯能源与可持续发展研究所（Paula M. Trienens Institute for Energy and Sustainability）的成员。

斯威特曼是在克拉里昂-克利珀顿区海底取样时发现这一发现的。克拉里昂-克利珀顿区是沿太平洋东北象限延伸近4500英里的海底山脊。当他的团队最初检测到氧气时，他认为设备肯定坏了。

斯威特曼说："当我们第一次获得这些数据时，我们认为传感器有问题，因为在深海中进行的所有研究都只看到氧气被消耗而不是产生。我们回家后重新校准了传感器，但是，在 10 年的时间里，这些奇怪的氧气读数还是不断出现。"

"我们决定采用一种备用方法，它的工作原理与我们正在使用的光电传感器不同。当这两种方法得到相同的结果时，我们知道我们正在做一件突破性的、前所未见的事情。"

隐藏的"贝奥电池"在发挥作用

2023 年夏天，斯威特曼联系了盖格，讨论氧气来源的可能解释。盖革在之前的研究中发现，铁锈与盐水结合后可以产生电能。研究人员想知道，深海的多金属结核是否能产生足够的电力来产生氧气。这种化学反应是海水电解过程的一部分，它将电子从水中的氧原子中拉出。

为了研究这一假设，斯威特曼将从海底采集的几磅多金属结核运到了盖格在西北大学的实验室。去年 12 月，斯威特曼还访问了西北大学，在盖格的实验室待了一周。

仅 1.5 伏（与普通 AA 电池的电压相同）就足以排开海水的影响。令人惊讶的是，研究小组在单个结核表面记录到的电压高达 0.95 伏。当多个结核聚集在一起时，电压会更大，就像电池串联在一起一样。

盖革说："我们似乎发现了一种天然的'地球电池'。这些地球电池是解释海洋暗氧产生的可能依据"。

研究人员一致认为，采矿业在计划深海采矿活动之前应考虑这一发现。盖格认为，仅克拉里昂-克利珀顿区的多金属结核总量就足以满足全球几十年的能源需求。但盖格认为，20 世纪 80 年代的采矿活动值得警惕。

盖格说："2016 年和 2017 年，海洋生物学家考察了 20 世纪 80 年代的布雷区，发现布雷区连细菌都没有恢复。然而，在未开采区域，海洋生物却蓬勃发展。为什么这样的'死亡区'会持续数十年，目前还不得而知。不过，这给海底采矿战略打上了一个大大的星号，因为结核富集区的海底动物多样性比最多样化的热带雨林还要高。"

编译自/ScitechDaily