Επιστήμονες ανακάλυψαν παραγωγή οξυγόνου σε απόλυτο σκοτάδι σε βάθη 4.000 μέτρων στον Ειρηνικό Ωκεανό, αμφισβητώντας τα παραδοσιακά επιστημονικά μοντέλα
Τα βάθη των ωκεανών θεωρούνταν για καιρό ζώνες όπου καταναλώνεται οξυγόνο, όχι όπου παράγεται.
Ωστόσο, νέες μετρήσεις αποκάλυψαν μια διαδικασία που αψηφά τα συμβατικά επιστημονικά παραδείγματα.
Πρόκειται για παραγωγή οξυγόνου σε ένα μέρος όπου δεν υπάρχει φως και η φωτοσύνθεση φαίνεται αδύνατη, όπως αναφέρει το Earth.
Το μυστήριο του οξυγόνου στον πυθμένα
Σε βάθη δύο έως πέντε χιλιομέτρων, το ηλιακό φως εξαφανίζεται πλήρως και η θερμοκρασία του νερού παραμένει λίγο πάνω από το μηδέν.
Σε αυτές τις συνθήκες, η ζωή επιβιώνει με το διαθέσιμο οξυγόνο, καθώς ο κλασικός μηχανισμός παραγωγής του— η φωτοσύνθεση— απαιτεί φως και λειτουργεί κοντά στην επιφάνεια.
Παρά ταύτα, τα όργανα κατέγραψαν αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου στο απόλυτο σκοτάδι σε βάθος περίπου 4.000 μέτρων. Αυτό συνέβη στην αβυσσαλέα πεδιάδα Clarion-Clipperton στον Ειρηνικό Ωκεανό, καλυμμένη με πολυμεταλλικούς κόμβους—στρογγυλές σχηματισμούς στο μέγεθος πατάτας.
Παρόμοιες απρόσμενες διαδικασίες σε αναξοξικές ζώνες έχουν συζητηθεί προηγουμένως σε μελέτες για τη Μαύρη Θάλασσα, που κρύβει στρώματα που αμφισβητούν την κατανόηση της χημείας του ωκεανού.
Τι είναι το «σκοτεινό οξυγόνο»
Η ανακάλυψη έγινε από ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Andrew Sweetman από τη Scottish Association for Marine Science και τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Geoscience.
Οι επιστήμονες ονόμασαν το φαινόμενο «παραγωγή σκοτεινού οξυγόνου» — δηλαδή τη δημιουργία οξυγόνου χωρίς συμμετοχή φωτός ή φωτοσύνθεσης.
«Η ανακάλυψη παραγωγής οξυγόνου μέσω μη φωτοσυνθετικής διαδικασίας μας αναγκάζει να ξανασκεφτούμε την εξέλιξη της σύνθετης ζωής στον πλανήτη», δήλωσε ο καθηγητής Andrew Sweetman.
Παραδοσιακά πιστεύεται ότι το οξυγόνο εμφανίστηκε πριν από περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια χάρη στα κυανοβακτήρια, και στη συνέχεια έγινε η βάση για την ανάπτυξη της σύνθετης ζωής.
Τα νέα δεδομένα θέτουν υπό αμφισβήτηση την απόλυτη εγκυρότητα αυτού του μοντέλου.
Πώς έγιναν οι μετρήσεις
Η εξερεύνηση πραγματοποιήθηκε στη Ζώνη Clarion-Clipperton στον Ειρηνικό Ωκεανό. Η περιοχή αυτή, γνωστή για το υψηλό μεταλλικό περιεχόμενό της, θεωρείται πολλά υποσχόμενη για εξόρυξη στο βυθό.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα ρομποτικό όργανο με διαφανείς κάμερες που τοποθετήθηκαν προσεκτικά στον πυθμένα, απομονώνοντας μικρές περιοχές που περιείχαν νερό, ιζήματα και κόμβους.
Οι αισθητήρες οξυγόνου κατέγραφαν τα επίπεδα κάθε λίγα δευτερόλεπτα για σχεδόν δύο ημέρες.
Απρόσμενα αποτελέσματα
Κατά τη διάρκεια 25 δοκιμών, η συγκέντρωση οξυγόνου σε ορισμένους θαλάμους τριπλασιάστηκε — από 185 σε 819 μικρομόρια ανά λίτρο. Αντιστοιχούσε σε 1,7 έως 18 mmol οξυγόνου ανά τετραγωνικό μέτρο ημερησίως, ξεπερνώντας την κατανάλωση.
Η κλασική χημική μέθοδος Winkler επιβεβαίωσε τα ίδια αποτελέσματα. Οι θάλαμοι με μεγαλύτερη επιφάνεια κόμβων παρουσίαζαν σταθερά υψηλότερα επίπεδα οξυγόνου.
Εξέταση εναλλακτικών εξηγήσεων
Η ομάδα απέκλεισε πιθανά σφάλματα. Οι αεροφυσαλίδες δεν μπορούσαν να είναι πηγή οξυγόνου· σε τέτοια βάθη διαλύονται σχεδόν αμέσως.
Τα υλικά των θαλάμων ήταν αδρανή και τα δείγματα ελέγχου χωρίς βιολογική δραστηριότητα έδειξαν παρόμοια αποτελέσματα.
Ακόμη και η ραδιοδιάσπαση του νερού δεν εξηγούσε τις παρατηρούμενες ποσότητες οξυγόνου.
Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι οι επιφάνειες οξειδίων μετάλλων παίζουν κρίσιμο ρόλο. Οι πολυμεταλλικοί κόμβοι μπορούν να δημιουργούν μικροσκοπικά ηλεκτρικά πεδία και να προκαλούν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που απελευθερώνουν οξυγόνο.
Μια λεπτή στρώση ιζήματος μπορεί να μπλοκάρει αυτή τη διαδικασία, και η προσωρινή μετακίνησή της — π.χ. λόγω της κίνησης του οργάνου — μπορεί να ενεργοποιήσει τη αντίδραση.
Το φαινόμενο είναι έτσι τοπικό, διαλείπον και εξαρτώμενο από τις συνθήκες του πυθμένα.
Σύνδεση με τη βαθειά εξόρυξη
Η ανακάλυψη επηρεάζει άμεσα τα σχέδια για εξόρυξη πολυμεταλλικών κόμβων. Η μαζική ανάμειξη ιζημάτων θα μπορούσε να αλλάξει τις χημικές και ηλεκτρικές συνθήκες στον πυθμένα.
«Πρέπει να σκεφτούμε σοβαρά πώς θα εξορύξουμε αυτούς τους κόμβους, οι οποίοι είναι ουσιαστικά μπαταρίες μέσα στο βράχο», είπε ο Sweetman.
Φωτοσύνθεση και «σκοτεινό οξυγόνο»
Η φωτοσύνθεση παραμένει η κύρια πηγή οξυγόνου στη Γη, παρέχοντας σχεδόν όλο το ατμοσφαιρικό οξυγόνο.
Αν και το «σκοτεινό οξυγόνο» δεν ανταγωνίζεται σε κλίμακα, δείχνει ότι οι γεωχημικές διαδικασίες μπορούν επίσης να συνεισφέρουν, έστω τοπικά.
Αν τέτοιοι μηχανισμοί υπήρχαν στους αρχαίους ωκεανούς, θα μπορούσαν να συνέβαλαν στη δημιουργία ενός οξυγονωμένου περιβάλλοντος πολύ πριν την ταχεία ανάπτυξη της ζωής, επηρεάζοντας παγκόσμιες ροές θερμότητας και χημικών στοιχείων.
www.bankingnews.gr
Ωστόσο, νέες μετρήσεις αποκάλυψαν μια διαδικασία που αψηφά τα συμβατικά επιστημονικά παραδείγματα.
Πρόκειται για παραγωγή οξυγόνου σε ένα μέρος όπου δεν υπάρχει φως και η φωτοσύνθεση φαίνεται αδύνατη, όπως αναφέρει το Earth.
Το μυστήριο του οξυγόνου στον πυθμένα
Σε βάθη δύο έως πέντε χιλιομέτρων, το ηλιακό φως εξαφανίζεται πλήρως και η θερμοκρασία του νερού παραμένει λίγο πάνω από το μηδέν.
Σε αυτές τις συνθήκες, η ζωή επιβιώνει με το διαθέσιμο οξυγόνο, καθώς ο κλασικός μηχανισμός παραγωγής του— η φωτοσύνθεση— απαιτεί φως και λειτουργεί κοντά στην επιφάνεια.
Παρά ταύτα, τα όργανα κατέγραψαν αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου στο απόλυτο σκοτάδι σε βάθος περίπου 4.000 μέτρων. Αυτό συνέβη στην αβυσσαλέα πεδιάδα Clarion-Clipperton στον Ειρηνικό Ωκεανό, καλυμμένη με πολυμεταλλικούς κόμβους—στρογγυλές σχηματισμούς στο μέγεθος πατάτας.
Παρόμοιες απρόσμενες διαδικασίες σε αναξοξικές ζώνες έχουν συζητηθεί προηγουμένως σε μελέτες για τη Μαύρη Θάλασσα, που κρύβει στρώματα που αμφισβητούν την κατανόηση της χημείας του ωκεανού.
Τι είναι το «σκοτεινό οξυγόνο»
Η ανακάλυψη έγινε από ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Andrew Sweetman από τη Scottish Association for Marine Science και τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Geoscience.
Οι επιστήμονες ονόμασαν το φαινόμενο «παραγωγή σκοτεινού οξυγόνου» — δηλαδή τη δημιουργία οξυγόνου χωρίς συμμετοχή φωτός ή φωτοσύνθεσης.
«Η ανακάλυψη παραγωγής οξυγόνου μέσω μη φωτοσυνθετικής διαδικασίας μας αναγκάζει να ξανασκεφτούμε την εξέλιξη της σύνθετης ζωής στον πλανήτη», δήλωσε ο καθηγητής Andrew Sweetman.
Παραδοσιακά πιστεύεται ότι το οξυγόνο εμφανίστηκε πριν από περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια χάρη στα κυανοβακτήρια, και στη συνέχεια έγινε η βάση για την ανάπτυξη της σύνθετης ζωής.
Τα νέα δεδομένα θέτουν υπό αμφισβήτηση την απόλυτη εγκυρότητα αυτού του μοντέλου.
Πώς έγιναν οι μετρήσεις
Η εξερεύνηση πραγματοποιήθηκε στη Ζώνη Clarion-Clipperton στον Ειρηνικό Ωκεανό. Η περιοχή αυτή, γνωστή για το υψηλό μεταλλικό περιεχόμενό της, θεωρείται πολλά υποσχόμενη για εξόρυξη στο βυθό.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα ρομποτικό όργανο με διαφανείς κάμερες που τοποθετήθηκαν προσεκτικά στον πυθμένα, απομονώνοντας μικρές περιοχές που περιείχαν νερό, ιζήματα και κόμβους.
Οι αισθητήρες οξυγόνου κατέγραφαν τα επίπεδα κάθε λίγα δευτερόλεπτα για σχεδόν δύο ημέρες.
Απρόσμενα αποτελέσματα
Κατά τη διάρκεια 25 δοκιμών, η συγκέντρωση οξυγόνου σε ορισμένους θαλάμους τριπλασιάστηκε — από 185 σε 819 μικρομόρια ανά λίτρο. Αντιστοιχούσε σε 1,7 έως 18 mmol οξυγόνου ανά τετραγωνικό μέτρο ημερησίως, ξεπερνώντας την κατανάλωση.
Η κλασική χημική μέθοδος Winkler επιβεβαίωσε τα ίδια αποτελέσματα. Οι θάλαμοι με μεγαλύτερη επιφάνεια κόμβων παρουσίαζαν σταθερά υψηλότερα επίπεδα οξυγόνου.
Εξέταση εναλλακτικών εξηγήσεων
Η ομάδα απέκλεισε πιθανά σφάλματα. Οι αεροφυσαλίδες δεν μπορούσαν να είναι πηγή οξυγόνου· σε τέτοια βάθη διαλύονται σχεδόν αμέσως.
Τα υλικά των θαλάμων ήταν αδρανή και τα δείγματα ελέγχου χωρίς βιολογική δραστηριότητα έδειξαν παρόμοια αποτελέσματα.
Ακόμη και η ραδιοδιάσπαση του νερού δεν εξηγούσε τις παρατηρούμενες ποσότητες οξυγόνου.
Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι οι επιφάνειες οξειδίων μετάλλων παίζουν κρίσιμο ρόλο. Οι πολυμεταλλικοί κόμβοι μπορούν να δημιουργούν μικροσκοπικά ηλεκτρικά πεδία και να προκαλούν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που απελευθερώνουν οξυγόνο.
Μια λεπτή στρώση ιζήματος μπορεί να μπλοκάρει αυτή τη διαδικασία, και η προσωρινή μετακίνησή της — π.χ. λόγω της κίνησης του οργάνου — μπορεί να ενεργοποιήσει τη αντίδραση.
Το φαινόμενο είναι έτσι τοπικό, διαλείπον και εξαρτώμενο από τις συνθήκες του πυθμένα.
Σύνδεση με τη βαθειά εξόρυξη
Η ανακάλυψη επηρεάζει άμεσα τα σχέδια για εξόρυξη πολυμεταλλικών κόμβων. Η μαζική ανάμειξη ιζημάτων θα μπορούσε να αλλάξει τις χημικές και ηλεκτρικές συνθήκες στον πυθμένα.
«Πρέπει να σκεφτούμε σοβαρά πώς θα εξορύξουμε αυτούς τους κόμβους, οι οποίοι είναι ουσιαστικά μπαταρίες μέσα στο βράχο», είπε ο Sweetman.
Φωτοσύνθεση και «σκοτεινό οξυγόνο»
Η φωτοσύνθεση παραμένει η κύρια πηγή οξυγόνου στη Γη, παρέχοντας σχεδόν όλο το ατμοσφαιρικό οξυγόνο.
Αν και το «σκοτεινό οξυγόνο» δεν ανταγωνίζεται σε κλίμακα, δείχνει ότι οι γεωχημικές διαδικασίες μπορούν επίσης να συνεισφέρουν, έστω τοπικά.
Αν τέτοιοι μηχανισμοί υπήρχαν στους αρχαίους ωκεανούς, θα μπορούσαν να συνέβαλαν στη δημιουργία ενός οξυγονωμένου περιβάλλοντος πολύ πριν την ταχεία ανάπτυξη της ζωής, επηρεάζοντας παγκόσμιες ροές θερμότητας και χημικών στοιχείων.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών