来自海底的多金属结核。图片来源：Camille Bridgewater

本报讯 幽深的太平洋底部，阳光难以到达，因此并不存在光合作用。然而，研究人员发现，海底有一些神秘物质正在偷偷释放着大量氧气。

这种“暗氧”是在一片散布着古老的、李子大小的多金属结核区域被发现的。研究人员怀疑，释放氧气的正是这些多金属结核，它们可以在催化水分子分解并产生氧气的过程中发挥作用。相关研究7月22日发表于《自然-地球科学》。

“除了光合作用外，地球上还有另一种氧气来源。”论文作者之一、英国苏格兰海洋科学协会海底生态学家Andrew Sweetman说，尽管这种氧气的产生机制是一个谜团，但上述发现有助了解生命如何诞生，以及在该地区深海采矿可能产生的影响。

Sweetman与合作者是在2013年的一次实地调查中发现了一些不对劲的地方。当时，他们正在研究太平洋克拉里昂-克利珀顿区海底生态系统，该地区比印度还大，是开采多金属结核的潜在区域。调查过程中，他们释放了一个沉入海底的自动化实验模块。一旦到达目标区域，该模块就会驱动圆柱形腔室封闭一小部分海域，从而创造出一个封闭的海底微观世界。

模块上的仪器会测量封闭海水中的氧气浓度在几天内是如何变化的。如果海水中没有任何生物通过光合作用释放氧气，那么在其他生物消耗氧气的情况下，封闭海水中的氧气浓度就会缓慢下降。Sweetman在其他海洋地区进行的研究中都观察到了这种情况，但在这里，封闭海水中的氧气含量不降反升。

起初，Sweetman将这种反常的读数归因于传感器故障。但在2021年和2022年的后续调查中，这种现象一直出现，其他技术测量也证实了这种现象的存在。

“我突然意识到，8年来，我们都忽视了4000米处海底的这个潜在的氧气产生过程。”Sweetman说，而且这一过程产生的氧气量并不低——封闭海水中的氧气浓度比富含藻类的地表水还要高。

鉴于Sweetman等人调查过的其他地区都没有发现多金属结核，他们推测正是后者在“暗氧”产生中起了重要作用。

为了验证这一假设，研究团队在船上的实验室中利用采集的包括多金属结核在内的海底样本，重建了海底条件，并进行了模拟实验。结果发现，氧气浓度至少在一段时间内有所增加。

“它们在一定程度上开始产生氧气，然后停止。”Sweetman说，之所以停止，可能是因为驱动水分解的能量被耗尽了。而这就提出了能量从哪里来的问题。如果是由多金属结核本身充当“电池”，通过化学反应产生能量，那么它们早就被耗尽了。

研究人员认为，这些多金属结核可以作为催化剂，使水分解并产生氧分子。他们测量了多金属结核表面的电压，发现电压差高达0.95伏特。Sweetman说，虽然这未达到水分子分解所需的1.5伏特电压，但多金属结核通过“串联”，理论上可以产生更高的电压。

论文作者之一、美国西北大学化学家Franz Geiger表示，目前尚不清楚该反应是否会产生氢分子，但对这一过程的了解最终可能会产生新的应用，“也许海底存在帮助我们制造更好催化剂的蓝图”。

Sweetman指出，在开展深海采矿前，研究人员应该绘制氧气产生区域的地图。如果多金属结核被移除，那么依赖氧气的生态系统就可能崩溃。（徐锐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41561-024-01480-8