科学家在海底发现无法解释的氧气源

在地球海洋的黑暗深渊中，一种自发的化学反应正默默地产生氧气，而这一过程并未涉及生命活动。这一意外发现颠覆了长期以来的共识，即产生我们呼吸所需的氧气需要依靠光合作用生物。

苏格兰海洋科学协会（SAMS）的生物地球化学家安德鲁·斯威特曼（Andrew Sweetman）和他的同事在测量海底氧气水平以评估深海采矿影响时做出了这一惊人发现。尼古拉斯·欧文斯（Nicholas Owens），同为SAMS的海洋科学家，表示：“这项由非光合过程产生氧气的发现，要求我们重新思考复杂生命在地球上的起源方式。”

在太平洋的深处，黑色圆形岩石点缀着海底。在这些超过4000米（13000英尺）的深度，科学家的测量显示，氧气水平正在缓慢但稳定地增加。“当我们第一次得到这些数据时，我们以为传感器出了故障，因为以往在深海的所有研究都只观察到氧气的消耗而非产生。我们回家后重新校准传感器，但在10年的时间里，这些奇怪的氧气读数不断出现，”斯威特曼解释说。

为了探索这一谜团，研究人员收集了一些结节岩石，以在实验室中验证它们是否是这种“暗氧”产生的来源。这些结节广泛分布在海底，是包含钴、锰、镍等稀土金属的多金属混合物。正是我们在电池中使用的这些金属，而这些岩石似乎正如电池那样在海底自发地发挥作用。

研究人员发现，单个多金属结节可以产生高达0.95伏的电压。因此，当它们像电池串联一样聚集在一起时，很容易达到分解水中氧气所需的1.5伏电压。“看来我们发现了一种自然的‘地球电池’，”西北大学化学家弗兰茨·盖格（Franz Geiger）说。这些地球电池为海洋中“暗氧”产生提供了可能的解释。

尽管还有许多需要研究的问题，如多金属结节产生氧气的规模，这一发现为解释持续存在的海洋“死区”提供了可能的解释。盖格解释说：“2016年和2017年，海洋生物学家访问了20世纪80年代采矿的地点，发现那里甚至细菌都没有恢复。然而，在未开采的地区，海洋生物却生机勃勃。”

此外，这种“暗氧”还引发了关于地球上氧气呼吸生命起源的一系列新问题。古老的微生物蓝藻长期以来被认为是首次提供了数十亿年前复杂生命演化所需的氧气，作为其利用阳光进行光合作用的副产品。“现在我们知道，在没有光的深海中也有氧气产生，”斯威特曼说，“我认为我们因此需要重新审视诸如‘有氧生命从哪里开始’之类的问题。”

这项研究发表在《自然地球科学》杂志上。