科學家們發現,深海礦物在完全黑暗的環境中也能產生氧氣,這表明,除了我們知道的光合作用外,還存在著另一種氧氣來源。這一發現顛覆人類認知。那麼,在沒有光照、無法進行光合作用的深海,又是怎麼產生氧氣的呢?
根據聯合國網站上的相關文章介紹,海洋提供了人類呼吸所需的一半氧氣,並吸收人類所產生的三分之一的二氧化碳。在科學家公布這一新發現之前,人們普遍認為,海洋中產生的氧氣是由海洋植物光合作用所產生的,要有陽光才行。
綜合美國西北大學(Northwestern University)在科學網站SciTechDaily發表的文章,以及CNN和BBC的報道,包括西北大學化學家在內的一個國際研究小組發現,在海面以下13,000呎(約4,000米)處、光線無法到達的地方,有氧氣產生。
該研究於周一(7月22日)在《自然-地球科學》(Nature Geoscience)雜誌上發表。
這一驚人的發現挑戰了人們長期以來的假設,即只有植物和藻類等光合生物利用陽光才能產生氧氣。研究發現,在沒有光線的深海海底,氧氣似乎是由金屬「結核」(nodules)產生的,這些金屬「結核」將海水電解為氫氣和氧氣。
當海水中的溶解金屬聚集在貝殼碎片或其它碎屑上時,就會形成「結核」,這個過程需要數百萬年。由於這些「結核」含有鋰、鈷和銅等金屬,而所有這些都是製造電池所需的物質,因此許多採礦公司正在開發收集這些「結核」。
2013年發現了令人費解的現象
2013年,蘇格蘭海洋科學協會(SAMS)海洋學家斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋的克拉里昂-克利珀頓斷裂帶(Clarion-Clipperton Zone)海底取樣時,發現了這種「暗氧」(dark oxygen)。當時他的團隊檢測到氧氣,但不敢相信這是真的,因為這個深度不可能有光合作用產生氧氣。斯威特曼當時認為,一定是因為感應器壞了才會「胡言亂語」,於是將儀器送回生產廠商進行測試,但每次生產商都說,感應器沒有問題。
「當我們第一次獲得這些數據時,我們認為感應器有問題,因為在深海進行的每項研究都只會發現氧氣被消耗而不是被產生。」斯威特曼說,「我們回家後重新校準感測器,但是,在10年的時間裏,這些奇怪的氧氣讀數不斷出現。」
「我們決定採用一種備用方法,它的工作原理與我們正在使用的光電感應器不同。當這兩種方法得到相同的結果時,我們知道我們正在做一件突破性的、前所未見的事情。」他說,「地球上要有有氧生命的存在,就必須有氧氣,而我們的理解是,地球的氧氣供應始於光合生物。但我們現在知道,在沒有光的深海中也會有氧氣產生。」
海底天然的「地球電池」
2023年夏天,斯威特曼聯繫了西北大學電化學家蓋格(Franz Geiger),討論氧氣來源的可能解釋。蓋格在自己之前的研究中發現,鐵鏽與鹽水結合作用可以產生電能。研究人員想知道,深海的多金屬「結核」是否能產生足夠的電力來產生氧氣。這種化學反應是海水電解過程的一部份,將電子從水中的氧原子中拉出。
為了研究這一假設,斯威特曼將從海底採集的幾磅多金屬「結核」運到了蓋格在西北大學的實驗室。2023年12月,斯威特曼還訪問了西北大學,在蓋格的實驗室裏待了一周。
僅1.5伏(與普通AA電池的電壓相同)的電壓就足以使海水電解。令人驚訝的是,研究小組在單個「結核」表面記錄到的電壓達0.95伏。當多個「結核」聚集在一起時,電壓會更大,就像電池串聯在一起一樣。
「看來,我們發現了一種天然的『地球電池』(geobattery)。這些『地球電池』是解釋海洋暗氧產生的可能依據。」蓋格說。#
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