近期，科學(xué)家在太平洋海底發(fā)現(xiàn)的神秘氧氣來源，即“暗氧”，這是一項引人注目的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，它挑戰(zhàn)了我們對海洋生態(tài)系統(tǒng)及氧氣產(chǎn)生機制的傳統(tǒng)認(rèn)知。到底是怎么回事呢？

發(fā)現(xiàn)背景

這一發(fā)現(xiàn)源自蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會（SAMS）的海洋生態(tài)學(xué)家安德魯·斯威特曼所帶領(lǐng)的研究團隊。

自2013年起，該團隊在太平洋的克拉里昂-克利珀頓區(qū)（CCZ）進(jìn)行了一系列關(guān)于海底生態(tài)系統(tǒng)及其氧氣消耗量的研究。CCZ位于夏威夷和墨西哥之間，是一個廣闊的海底平原，擁有豐富的生物群落和多金屬結(jié)核資源。

研究過程

在研究過程中，研究團隊使用了一個沉入海底的深海著陸器，將一個圓柱形腔室推入沉積物中，以封閉一小塊海底區(qū)域及其上方一定體積的海水，從而創(chuàng)造出一個與外界隔離的“海底微觀環(huán)境”。

他們原本預(yù)期，在封閉環(huán)境中，隨著微生物的呼吸作用，氧氣水平會隨時間緩慢下降。然而，實際測量結(jié)果卻出乎意料：氧氣含量非但沒有下降，反而出現(xiàn)了緩慢上升的趨勢。

初步推測與驗證

面對這一反常現(xiàn)象，研究團隊最初懷疑是傳感器故障，但經(jīng)過多次校準(zhǔn)和重復(fù)實驗，他們確認(rèn)了這一現(xiàn)象的真實性。隨后，研究團隊將焦點鎖定在海底的多金屬結(jié)核（又稱錳結(jié)核）上。這些結(jié)核主要由錳、鐵、鈷、鎳、銅等金屬元素組成，以錳和鐵的氧化物為主要成分。

在實驗室中，研究人員測量了多金屬結(jié)核表面的電位差，發(fā)現(xiàn)其電位差最高可達(dá)0.95伏特。雖然這低于分解水分子所需的1.5伏特電壓，但研究團隊推測，當(dāng)多個多金屬結(jié)核聚集在一起時，它們可能通過“串聯(lián)”效應(yīng)產(chǎn)生更高的電壓，從而觸發(fā)海水電解過程，將水分子分解成氫和氧。

研究成果與意義

這一發(fā)現(xiàn)被詳細(xì)報告在《自然·地球科學(xué)》雜志上，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。研究人員認(rèn)為，多金屬結(jié)核可能充當(dāng)了一種天然的“地質(zhì)電池”，在深海無光條件下持續(xù)產(chǎn)生氧氣。這一發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了我們對海洋氧氣循環(huán)的傳統(tǒng)認(rèn)知，還可能為生命起源研究提供新的線索。

此外，這一發(fā)現(xiàn)對深海采礦活動也具有重要意義。CCZ區(qū)域蘊藏著豐富的多金屬結(jié)核資源，是深海采礦公司的重點目標(biāo)。然而，如果這些結(jié)核被移除，依賴它們產(chǎn)生的氧氣來維持的生態(tài)系統(tǒng)可能會受到嚴(yán)重影響。因此，研究人員強調(diào)，在推進(jìn)深海采礦之前，必須充分考慮這一新發(fā)現(xiàn)對環(huán)境的潛在影響，并進(jìn)行科學(xué)監(jiān)督。

對海洋氧氣循環(huán)的新認(rèn)知

長期以來，人們普遍認(rèn)為海洋中的氧氣主要由表層水體的光合作用產(chǎn)生，并通過水體垂直運動輸送到深海。然而，這一研究發(fā)現(xiàn)，在深海無光條件下，多金屬結(jié)核（錳結(jié)核）能夠通過非生物過程（如海水電解）產(chǎn)生氧氣，這直接挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的海洋氧氣循環(huán)理論。它表明，除了光合作用外，深海中還存在著其他重要的氧氣產(chǎn)生機制。

該研究也拓展了氧氣循環(huán)的復(fù)雜性。海洋氧氣循環(huán)是一個復(fù)雜的過程，涉及生物、化學(xué)和物理等多個方面。這一發(fā)現(xiàn)揭示了深海氧氣循環(huán)的又一重要環(huán)節(jié)，即非生物過程對氧氣產(chǎn)生的貢獻(xiàn)。這有助于我們更全面地理解海洋氧氣循環(huán)的復(fù)雜性和多樣性，為未來的海洋科學(xué)研究提供更多的視角和思路。

同時，也提供生命起源的新線索。生命起源是科學(xué)界長期關(guān)注的重大問題之一，傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，生命所需的氧氣主要由藍(lán)藻等微生物通過光合作用產(chǎn)生。然而，這一研究發(fā)現(xiàn)深海中也能在無光條件下產(chǎn)生氧氣，為生命起源提供了新的思考方向。它暗示了生命可能在更廣泛的環(huán)境條件下起源和發(fā)展，而不僅僅局限于有光照的表層水體。這有助于我們重新審視生命起源的理論框架，并探索新的研究方向。

該研究也影響到深海生態(tài)系統(tǒng)評估。深海生態(tài)系統(tǒng)是地球上最為神秘和脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一。這一發(fā)現(xiàn)表明，深海中可能存在著我們尚未充分認(rèn)識的氧氣產(chǎn)生機制，這對深海生態(tài)系統(tǒng)的評估和保護(hù)具有重要意義。它提醒我們，在評估深海生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和穩(wěn)定性時，需要充分考慮非生物過程對氧氣循環(huán)的影響。同時，這也為深海生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和管理提供了新的思路和方法。

最后，筆者認(rèn)為，該研究勢必也會指導(dǎo)深海采礦活動。隨著人類對深海資源的不斷開發(fā)，深海采礦活動日益增多。然而，深海采礦活動對海洋環(huán)境的影響尚不完全清楚。這一研究發(fā)現(xiàn)表明，深海中的多金屬結(jié)核可能具有重要的生態(tài)系統(tǒng)功能，如產(chǎn)生氧氣等。因此，在推進(jìn)深海采礦活動之前，需要充分考慮其對深海生態(tài)系統(tǒng)的影響，并進(jìn)行科學(xué)評估和監(jiān)督。這有助于確保深海采礦活動的可持續(xù)性和環(huán)境友好性。