一項國際研究揭示，深海礦物在完全黑暗的環境中也能產生氧氣，這表明在光合生命出現之前就存在著另一個氧氣來源。這項發現對深海採礦有重大影響，強調了採取可持續方法保護這些新發現的氧氣來源的必要性。

在西北大學化學家弗朗茲-蓋格的實驗室裡，從海底採集的多金屬結核被放置在模擬海水中。研究人員發現，海底的金屬礦物在沒有陽光照射的情況下也能產生氧氣，這項發現對以往認為只有光合生物才能產生氧氣的觀點提出了挑戰。圖片來源：Franz Geiger/西北大學

包括美國西北大學化學家在內的國際研究團隊發現，深海海底的金屬礦物能在海面下1.3 萬英尺處產生氧氣。

這項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才能產生地球上的氧氣。但這項新發現表明，可能還有另一種方法。在光線無法穿透的海底，似乎也能產生氧氣，以支持在完全黑暗的環境中呼吸氧氣（需氧）的海洋生物。

研究報告將於週一（7 月22 日）發表在《自然-地球科學》雜誌上。

蘇格蘭海洋科學協會（SAMS）的安德魯-斯威特曼（Andrew Sweetman）是在太平洋的船上進行實地考察時發現”暗氧”的。西北大學的弗朗茨-蓋格領導了電化學實驗，該實驗有可能解釋這一發現。

斯威特曼說：「地球上要開始有氧生命，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產生氧氣。

多金屬結核–在海底形成的天然礦藏–是這項發現的核心。多金屬結核由多種礦物混合而成，大小從微小顆粒到普通馬鈴薯大小不等。

對深海採礦的影響

這項研究的共同作者蓋格說：「產生這種氧氣的多金屬結核含有鈷、鎳、銅、鋰和錳等金屬，這些都是電池中使用的關鍵元素。幾家大型礦業公司目前正致力於從地表以下1 萬到2 萬英尺深的海底開採這些珍貴元素。

蓋格是西北大學溫伯格文理學院查爾斯-莫里森（Charles E. and Emma H. Morrison）化學教授，也是國際奈米技術研究所（International Institute for Nanotechnology）和保拉-特里恩斯能源與永續發展研究所（Paula M. Trienens Institute for Energy and Sustainability）的成員。

斯威特曼是在克拉里昂-克利珀頓區海底取樣時發現這項發現的。克拉里昂-克利珀頓區是沿著太平洋東北象限延伸近4500英里的海底山脊。當他的團隊最初檢測到氧氣時，他認為設備肯定壞了。

斯威特曼說：「當我們第一次獲得這些數據時，我們認為感測器有問題，因為在深海中進行的所有研究都只看到氧氣被消耗而不是產生。我們回家後重新校準了感測器，但是，在10 年的時間裡，這些奇怪的氧氣讀數還是不斷出現。

“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測器不同。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。

隱藏的”貝奧電池”正在發揮作用

2023 年夏天，斯威特曼聯繫了蓋格，討論氧氣來源的可能解釋。蓋革在先前的研究中發現，鐵鏽與鹽水結合後可以產生電能。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分，它將電子從水中的氧原子中拉出。

為了研究這個假設，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。去年12 月，斯威特曼還訪問了西北大學，在蓋格的實驗室待了一週。

僅1.5 伏特（與普通AA 電池的電壓相同）就足以排開海水的影響。令人驚訝的是，研究小組在單一結核表面記錄到的電壓高達0.95 伏特。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。

蓋革說：「我們似乎發現了一種天然的『地球電池』。這些地球電池是解釋海洋暗氧產生的可能依據」。

研究人員一致認為，採礦業在規劃深海採礦活動之前應考慮這項發現。蓋格認為，光是克拉里昂-克利珀頓區的多金屬結核總量就足以滿足全球數十年的能源需求。但蓋格認為，20 世紀80 年代的採礦活動值得警惕。

蓋格說：”2016 年和2017 年，海洋生物學家考察了20 世紀80 年代的布雷區，發現布雷區連細菌都沒有恢復。然而，在未開採區域，海洋生物卻蓬勃發展。為什麼這樣的’死亡區’會持續數十年，目前還不得而知。高。

編譯自/ ScitechDaily