在没有光合作用下，深海多金属结核产生了氧气，意味着什么？

在太平洋克拉里昂-克利珀顿区 (CCZ) 的海面以下3600多米处，百万年前的岩石覆盖着海底。这些岩石看似毫无生机，但其表面的缝隙之间却栖息着微小的海洋生物和微生物，其中许多都特别适应黑暗中的生活。

近日，一项新研究成果，波士顿大学专家在内的科学家团队发现它们还能在海底产生氧气。这一发现令人惊讶，因为氧气通常是由植物和生物在太阳的帮助下产生的，而不是由海底的岩石产生的。由于光合作用需要太阳，因此在没有光的海底发现氧气产生，颠覆了人们的传统观念。

研究表明，这些密集堆积的金属很可能引发“海水电解”。这意味着岩层中的金属离子分布不均匀，从而产生电荷分离——就像电池内部发生的情况一样。这种现象产生的能量足以将水分子分解成氧气和氢气。他们将其命名为“暗氧”，因为它是在没有阳光的情况下产生的氧气。目前尚不清楚的是这种情况发生的确切机制，氧气水平是否会在整个 CCZ 中发生变化，以及氧气是否在维持当地生态系统方面发挥了重要作用。

这是一项由深海采矿公司 The Metals Company 赞助的环境调查，该公司有意大规模开采岩石以获取金属。

参考文献：Andrew K. Sweetman, Alycia J. Smith, Danielle S. W. de Jonge, Tobias Hahn, Peter Schroedl, Michael Silverstein, Claire Andrade, R. Lawrence Edwards, Alastair J. M. Lough, Clare Woulds, William B. Homoky, Andrea Koschinsky, Sebastian Fuchs, Thomas Kuhn, Franz Geiger, Jeffrey J. Marlow. Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor. Nature Geoscience, 2024; 17 (8): 737 DOI: 10.1038/s41561-024-01480-8

一、什么是多金属结核？

多金属结核由稀有金属组成，包括铜、镍、钴、铁和锰，这也是各公司对开采多金属结核感兴趣的原因。金属结核称为“岩石中的电池”，开采这些结核可以加速向电池驱动的电动汽车的过渡。

CCZ 的采矿仍处于探索阶段，但管理该地区的联合国国际海底管理局可能最早于明年开始做出采矿决定。金属公司正在与太平洋国家瑙鲁、汤加和基里巴斯合作，以获得采矿许可证，但南太平洋的许多其他国家，包括帕劳、斐济和图瓦卢，都公开支持暂停或暂停采矿计划。绿色和平组织和海洋保护协会等环保组织呼吁永久禁止开采，反对者担心开采可能会对海底造成不可逆转的破坏。

二、深海发现氧意味着什么？

我们一直认为地球上的氧气主要来自于光合作用，而这项发现表明，在没有阳光的深海，多金属结核也能产生氧气。这说明氧气的产生方式可能比我们想象的更加多样化，存在着我们尚未完全了解的机制。深海被认为是一个极端的环境，但这个发现表明，深海生态系统可能比我们想象的更加活跃和复杂。这些“暗氧”的存在，可能为深海生物提供额外的能量来源，并影响深海生态系统的物质循环。

氧气对于地球上大多数生命形式来说都是必需的。这个发现引发了科学家对生命起源的新思考：如果在深海这样的极端环境中也能产生氧气，那么生命最初的出现可能并不完全依赖于光合作用。

这个发现为地球科学和行星科学的研究开辟了新的方向。科学家们可以进一步研究多金属结核的性质和作用机制，探索其他行星上是否存在类似的现象，从而更深入地了解行星的演化和宜居性。例如，木星的卫星土卫二和土星的卫星木卫二都被冰层覆盖，阳光无法照射到冰层下的水。“谁知道呢——如果这些类型的岩石在冰层下产生氧气，那么可能就会存在一个更具生产力的生物圈，”马洛说。“如果不需要光合作用就能产生氧气，那么其他拥有海洋和富含金属的岩石（如这些结核）的行星可能会维持一个比我们过去认为可能的更进化的生物圈。”

在大多数情况下，我们认为深海是腐烂物质掉落下来、动物吃掉残留物的地方。但这一发现正在重新调整这种动态，它帮助我们将深海视为一个生产场所，类似于我们发现的甲烷渗漏和热液喷口，它们为海洋动物和微生物创造了绿洲。我认为这是对我们对深海的思考的一个有趣的颠覆。

深海多金属结核产生氧气的发现是一个令人兴奋的科学突破，它不仅拓展了我们对地球的认识，也为我们未来的研究提供了新的方向。随着研究的深入，我们相信对这一现象的理解会更加全面，并为我们揭示更多的科学奥秘。

多金属结核产生氧气的具体机制是什么？“暗氧”对深海生态系统的影响程度怎么样？深海产生氧气的分布范围是什么样的？这些都是有趣的问题，值得进一步探讨。

三、深海认知与开发利用保护