科學家在海底發現無法解釋的氧氣源

在地球海洋的黑暗深淵中，一種自發的化學反應正默默地產生氧氣，而這一過程並未涉及生命活動。這一意外發現顛覆了長期以來的共識，即產生我們呼吸所需的氧氣需要依靠光合作用生物。

蘇格蘭海洋科學協會（SAMS）的生物地球化學家安德魯·斯威特曼（Andrew Sweetman）和他的同事在測量海底氧氣水平以評估深海採礦影響時做出了這一驚人發現。尼古拉斯·歐文斯（Nicholas Owens），同爲SAMS的海洋科學家，表示：“這項由非光合過程產生氧氣的發現，要求我們重新思考複雜生命在地球上的起源方式。”

在太平洋的深處，黑色圓形岩石點綴着海底。在這些超過4000米（13000英尺）的深度，科學家的測量顯示，氧氣水平正在緩慢但穩定地增加。“當我們第一次得到這些數據時，我們以爲傳感器出了故障，因爲以往在深海的所有研究都只觀察到氧氣的消耗而非產生。我們回家後重新校準傳感器，但在10年的時間裏，這些奇怪的氧氣讀數不斷出現，”斯威特曼解釋說。

爲了探索這一謎團，研究人員收集了一些結節岩石，以在實驗室中驗證它們是否是這種“暗氧”產生的來源。這些結節廣泛分佈在海底，是包含鈷、錳、鎳等稀土金屬的多金屬混合物。正是我們在電池中使用的這些金屬，而這些岩石似乎正如電池那樣在海底自發地發揮作用。

研究人員發現，單個多金屬結節可以產生高達0.95伏的電壓。因此，當它們像電池串聯一樣聚集在一起時，很容易達到分解水中氧氣所需的1.5伏電壓。“看來我們發現了一種自然的‘地球電池’，”西北大學化學家弗蘭茨·蓋格（Franz Geiger）說。這些地球電池爲海洋中“暗氧”產生提供了可能的解釋。

儘管還有許多需要研究的問題，如多金屬結節產生氧氣的規模，這一發現爲解釋持續存在的海洋“死區”提供了可能的解釋。蓋格解釋說：“2016年和2017年，海洋生物學家訪問了20世紀80年代採礦的地點，發現那裏甚至細菌都沒有恢復。然而，在未開採的地區，海洋生物卻生機勃勃。”

此外，這種“暗氧”還引發了關於地球上氧氣呼吸生命起源的一系列新問題。古老的微生物藍藻長期以來被認爲是首次提供了數十億年前複雜生命演化所需的氧氣，作爲其利用陽光進行光合作用的副產品。“現在我們知道，在沒有光的深海中也有氧氣產生，”斯威特曼說，“我認爲我們因此需要重新審視諸如‘有氧生命從哪裏開始’之類的問題。”

這項研究發表在《自然地球科學》雜誌上。