Темен кислород

Кислородот добиен од морските длабочини преку електролиза на водата, со помош на металните нодули, е фасцинантен концепт поврзан со идните извори на енергија и ресурси. Овој процес претпоставува електролиза на водата присутна во морските длабочини, каде што електричната енергија, произведена со локални извори, се користи за разложување на молекулите на водата на кислород и водород.

Научниците открија дека„темниот“ кислород се произведува на повеќе од 4.000м под површината на океанот.Откритието ги оспорува долгогодишните претпоставки дека само фотосинтетичките организми - оние кои користат сончева светлина, вода и јаглерод диоксид за да создадат гориво и кислород - како што се растенијата и алгите, создаваат кислород на Земјата. Може дури и да доведе во прашање како започнал животот на Земјата. Студијата покажува дека кислородот може да се произведува и на морското дно, каде што нема светлина, со цел да се поддржи морскиот живот кој дише кислород (аеробен) кој живее во целосна темнина.

„Темниот кислород е како тивката сенка на животот – невидлив и нечуен, но секогаш присутен, носејќи мистерија во секој здив што го земаме. Тој потсетува дека дури и во темнината, постои сила која го одржува пламенот на постоењето.“

Мистериозната појава за прв пат забележана во 2013 година на брод во оддалечен дел од Тихиот Океан се појавила толку чудно што ги убедиланаучницитедека нивната опрема за следење е неисправна.

Читањата на сензорите покажале дека кислородот се произведува на морското дно на 4.000 метри под површината, каде што светлината не може да навлезе. Истото се случило на три последователни патувања во регионот познат како зона Кларион-Клипертон. Фотосинтетичките организми како што се растенијата, планктоните и алгите ја користат сончевата светлина за да произведат кислород кој кружи во океанските длабочини,но претходните студии спроведени во длабоките мориња покажале дека кислородот се троши, а не се произведува, самоод организмите што живеат таму.

Сега, истражувањето на овој тим ја предизвикува оваа долгогодишна претпоставка, пронаоѓање на кислород произведен без фотосинтеза.

Студијата објавена во понеделникот во списанието Nature Geoscience, покажува колку сè уште е непознато за длабочините на океаните и нагласува што е загрозено во обидот за искористување на океанското дно за ретки метали и минерали. Неговото откритие дека постои друг извор на кислород на планетата, освен фотосинтезата, исто така има далекусежни импликации кои би можеле да помогнат да се открие потеклото на животот.

Овде се прикажани микромеурчиња со кислород од примерокот собран во 2021 година во близина на морското дно, 4.000 метри под површината на Тихиот Океан во зоната Кларион-Клипертон. Меурчињата се ослободуваат додека водата се загревала за време на нејзиното искачување на површината.

Научниците го направиле неочекуваното откритие дека на морското дно се произведува „темен“ кислород додека ја проценувале морската биолошка разновидност во областа наменета за ископување полиметални нодули (грутки) со големина на компир. Нодулите се формирале во текот на милиони години преку хемиски процеси кои предизвикуваат металите да се таложат надвор од водата околу фрагментите од школка, клуновите од лигњи и забите на ајкулата и покриваат изненадувачки голема површина на морското дно.

Металите како кобалт, никел, бакар, литиум и манган содржани во нодулите се многу барани за употреба во соларни панели, батерии за електрични автомобили и друга зелена технологија. Сепак, критичарите велат дека ископувањето во длабоко море може неповратно да ја оштети недопрената подводна средина, при што бучавата и седиментните столбови се зголемуваат од опремата за рударство што им наштетува на средноводните екосистеми, како и на организмите на морското дно кои често живеат на јазлите.

Исто така, можно е, предупредуваат овие научници, дека ископувањето во длабоко море може да го наруши начинот на складирање на јаглеродот во океанот, што ќе придонесе за климатската криза.

Она што тој очекуваше дека сензорот ќе го открие е дека нивото на кислород полека паѓа со текот на времето додека микроскопските животни го вдишуваат. Од тие податоци, тие планирале да пресметаат нешто што се нарекува „потрошувачка на кислород во заедницата на седименти“, што дава важни информации за активноста на фауната и микроорганизмите на морското дно.

Дури во 2021 година, кога научниците користеле друг, резервен метод за откривање на кислород и го дал истиот резултат, и прифатил дека кислородот се произведува на морското дно .

Тие го набљудувале феноменот во текот на речиси една деценија и на неколку локации во зоната Кларион-Клипертон, голема област која се протега повеќе од 4.000 милји (6.400 километри) и е надвор од јурисдикција на која било земја.

Тимот зел некои од примероците од талог, морска вода и полиметални нодули назад за да ги проучува во лабораторија за да се обиде да разбере како точно се произведува кислородот.

Преку серија експерименти, истражувачите ги отфрлиле биолошките процеси(како што се микробите) и ги зонирале самите нодули како потекло на феноменот. Можеби, тие размислувале, кислородот се ослободува од манган(II) оксидот во грутката.

Дури после им светнало:„Дали може да биде електрохемиски процес? Овие работи што сакаат да ги ископаат за да направат батерии, дали тие всушност самите би биле батерии?“

Електричната струја, дури и од батерија АА, кога ќе се стави во солена вода, може да ја подели водата на кислород и водород - процес познат како електролиза на морска вода. Можеби, нодулите прават нешто слично?

Двете полу-реакции, редукција и оксидација се дадени според:
Катода(редукција): 2H+(aq) + 2e⁻ H₂(g)
Анода(oксидација): H₂O(l) →1/2 O₂(g) + 2 H⁺(aq) + 2e⁻
а вкупната 2 H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g)

Користејќи уред наречен мултиметар за мерење на мали напони и варијации на напоните, тие снимиле отчитувања од 0,95 волти од површината на нодулите.

Овие отчитувања биле помали од напонот од 1,5V потребен за електролиза на морската вода, но сугерирале дека може да се појават значителни напони кога грутките се групирани заедно.Крег Смит, професор по океанографија на Универзитетот на Хаваи во Маноа, ја нарече хипотезата за геобатеријата разумно објаснување за производството на темниот кислород.

„Изгледа дека откривме природна „геобатерија“,. „Овие геобатерии се основа за можно објаснување за производството на „темен“ кислород во океанот.

„Во недопрените региони, морскиот живот процвета. Зошто таквите „мртви зони“ опстојуваатсо децении сè уште е непознато. „Меѓутоа, ова става голема ѕвездичка на стратегиите за ископување на морското дно, бидејќи фаунската разновидност на дното на океанот во областите богати со нодули е поголема отколку во најразновидните тропски дождовни шуми“.

Откривање на потеклото на животот Остануваат многу неодговорени прашања за тоа како се произведува темниот кислород и каква улога игра во екосистемот на длабоките мориња.Разбирањето како океанското дно произведува кислород, исто така, може да фрли светлина врз потеклото на животот. Една долгогодишна теорија е дека животот еволуирал на длабоки хидротермални отвори, а откритието дека електролизата на морската вода може да формира кислород во длабочините може да инспирира нови начини да се размислува за тоа како започнал животот на Земјата.

И сега? Геолошкиот институт на САД проценува дека 21,1 милијарди тони полиметални нодули постојат во зоната Кларион-Клипертон - што содржи повеќе критични метали од светските копнени резерви заедно.

Меѓународната управа за морското дно, според Конвенцијата на ОН за поморското право, го регулира рударството во регионот и има издадено договори за истражување. Групата се состанува во Јамајка овој месец за да ги разгледа новите правила кои ќе им овозможат на компаниите да извлекуваат метали од океанското дно.

Сепак, неколку земји, вклучително и Обединетото Кралство и Франција, изразија претпазливост, поддржувајќи мораториум или забрана за ископување во длабоко море за да се заштитат морските екосистеми и да се зачува биолошката разновидност. Претходно овој месец, Хаваи го забрани ископувањето на длабоки морски рудници во нејзините државни води.

Клучни аспекти на „темниот“ кислород:

• Извор на кислород: Овој кислород може да се искористи за поддршка на подводни операции, како што се истражувања на длабокото море или долгорочни подводни мисии.
• Чист енергетски процес: Производството преку електролиза може да биде одржливо ако се користат обновливи извори на енергија.
• Потенцијал за иднина: Металните нодули и минералите во морското дно може да помогнат во добивање на елементи кои го подобруваат процесот на електролиза, како и складирањето на произведениот водород за енергетски цели.