גושים מתכתיים הפזורים על פני קרקעית האוקיינוס השקט מייצרים חמצן בחושך מוחלט, וללא כל עזרה מאורגניזמים חיים. כך עולה ממחקר חדש שפורסם השבוע בכתב העת Nature Geoscience.
מדובר בפעם הראשונה שבה התגלה תהליך ייצור חמצן ללא מעורבות של אורגניזמים, מה שמערער לגמרי את הסברה הרווחת לפיה רק אורגניזמים פוטוסינתטיים, כמו צמחים ואצות, מייצרים את החמצן של כדור הארץ. הממצא החדש מוכיח כי ניתן לייצר חמצן גם בקרקעית הים - מקום שאור אינו יכול לחדור אליו - כדי לתמוך במארג החיים הימי שמתבסס על חמצן ומתקיים בחושך מוחלט.
4 צפייה בגלריה
נודלות מנגן שנאספו מקרקעית האוקיינוס, נדגמות במעבדתו של הכימאי פרופ' פרנץ גייגר מאוניברסיטת נורת'ווסטרן
(צילום: Franz Geiger/Northwestern University)
פרופ' אנדרו סוויטמן, מהאגודה הסקוטית למדעי הים (SAMS), חשף את תגלית "החמצן האפל" בזמן שערך עבודת שדה בהפלגה באוקיינוס השקט. מי שסייע לו, היה פרופ' פרנץ גייגר מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת נורת'ווסטרן, שהוביל את ניסויי האלקטרוכימיה, שסייעו להסביר את הממצא המרתק.
"כדי שהחיים יתקיימו על כדור הארץ, יש צורך בחמצן, כשההבנה שלנו הייתה שאספקת החמצן של כדור הארץ התחילה עם אורגניזמים פוטוסינתטיים", אמר פרופ' סוויטמן, שעומד בראש קבוצת המחקר של קרקעית הים והביוגאוכימיה ב-SAMS. "כעת אנו יודעים שיש חמצן שמיוצר בעומק האוקיינוס, מה שמעלה שאלות חדשות לגבי מקורות החיים על פני כדור הארץ לפני כ-3.7 מיליארד שנה".
נודולות מנגן - מרבצי מינרלים טבעיים הנוצרים על קרקעית האוקיינוס - הן לב התגלית. הן פזורות על קרקעיות האוקיינוסים, בעיקר בעומקים של 4 עד 6 ק"מ, וגודלן נע בי חלקיקים זעירים לגושים בגודל של תפוח אדמה ממוצע בגודלו.
"נודלות מנגן' שמייצרות חמצן, מכילות מתכות כמו ברזל, קובלט, ניקל, נחושת, ליתיום ומנגן - מרכיבים קריטיים המשמשים בתעשיית הסוללות", vסביר פרופ' גייגר. "כמה חברות כרייה בקנה מידה גדול שואפות כעת לחלץ את היסודות היקרים הללו מקרקעית האוקיינוס. יחד עם זאת, צריך לחשוב איך לעשות זאת מבלי לגזול את מקור החמצן של מארג החיים שמתקיים בזכותו בעומקים הללו".
החוקרים חשבו שיש תקלה בציוד
פרופ' סוויטמן, כאמור, חשף את הממצא לאחר שאסף דגימות מאזור קלריון-קליפרטון (Clarion-Clipperton), המשתרע לאורך צפון-מזרח האוקיינוס השקט, על פני 4.5 מיליון קמ"ר, בין הוואי למקסיקו. כאשר גילה יחד עם עמיתיו עדויות לייצור חמצן, חשבו חברי הצוות כי הציוד בו השתמשו תקול.
"כשקיבלנו את הנתונים הללו לראשונה, חשבנו שהחיישנים פגומים כי כל מחקר שנעשה אי פעם בעומק האוקיינוס, גילה רק צורכי חמצן אך לא יצרנים שלו", אמר פרופ' סוויטמן, שהבחין בכך שלא מדובר במשהו חד פעמי, אלא כזה שחזר על עצמו שוב ושוב, מה שהוכיח כי מדובר בפריצת דרך של ממש.
בקיץ 2023, פרופ' סוויטמן יצר קשר עם פרופ' גייגר כדי לדון בהסברים אפשריים למקור החמצן. האחרון, מצא במחקר שערך ב-2019 כי חלודה, בשילוב עם מים מלוחים, יכולה לייצר חשמל. על כן, תהו החוקרים האם נודלות מנגן מייצרות מספיק חשמל כדי לייצר חמצן - תגובה כימית שמהווה חלק מתהליך הנקרא אלקטרוליזה של מי ים.
4 צפייה בגלריה
נודלות מנגן על קרקעית האוקיינוס
(צילום: NOAA Office of Ocean Exploration and Research, 2019 Southeastern U.S. Deep-sea Exploration)
בבדיקות המעבדה שביצעו החוקרים התגלה כי רק 1.5 וולט - אותו מתח כמו סוללת AA - מספיק כדי "לפרק" את מי הים. באופן מדהים, הצוות רשם מתחים של עד 0.95 וולט על פני השטח של נודלות מנגן, כשבמקרה שמספר נודלות מנגן מתקבצות יחדיו, המתח יכול להיות הרבה יותר משמעותי. "נראה שגילינו 'גיאובטריה' טבעית", אומר פרופ' גייגר. "זהו הבסיס להסבר אפשרי של ייצור החמצן על קרקעית האוקיינוס".
המסה הכוללת של נודלות מנגן באזור קלריון-קליפרטון בלבד, מספיקה כדי לענות על הדרישה העולמית לאנרגיה במשך עשרות שנים. יחד עם זאת, לכרייה זו עלולות להיות השלכות הרסניות לדבריו של פרופ' גייגר. "בשנים 2016 ו-2017 ביקרו ביולוגים ימיים אתרים שנכרו בשנות ה-80 ומצאו שאפילו חיידקים לא התאוששו, לעומת אזורים שלא נכרו, בהם החיים הימיים שגשגו. מגוון בעלי החיים בקרקעית האוקיינוס באזורים עתירי נודלות מנגן הוא גבוה יותר מאשר ביערות הגשם הטרופיים המגוונים ביותר, כך שיש לקחת זאת בחשבון".
