Ученые отправятся на дно океана, чтобы разгадать загадку «темного» кислорода

Международная группа исследователей готовится к запуску беспрецедентной экспедиции на дно Тихого океана. Главная цель миссии — раскрыть происхождение так называемого «тёмного» кислорода. Этот газ неожиданно обнаруживается в полной темноте глубоководной зоны, куда совершенно не проникает солнечный свет и где фотосинтез физически невозможен. Открытие ставит перед наукой фундаментальный вопрос: откуда берётся кислород в таких условиях? Экспедиция финансируется японским благотворительным фондом Nippon Foundation и должна стартовать уже этой весной. Полученные результаты могут привести к обнаружению совершенно нового природного или биологического источника этого жизненно важного газа.

Первое свидетельство появления кислорода в бездне было зафиксировано несколько лет назад командой под руководством морского эколога Эндрю Свитмана (Andrew Sweetman) из Шотландской ассоциации морских наук (Scottish Association for Marine Science). Исследования проводились на глубине примерно 4000 метров в зоне Кларион-Клиппертон (Clarion-Clipperton Zone), расположенной между Мексикой и Гавайями. Приборы зафиксировали неожиданные выбросы кислорода в непосредственной близости от полиметаллических конкреций — древних образований на дне, богатых металлами (марганец, кобальт, никель, медь и другие). На тот момент оборудование не позволяло провести полный комплекс измерений, поэтому источник газа остался неясным. Результаты вызвали серьёзный скептицизм у части научного сообщества, что и стало одной из главных причин организации новой, гораздо более оснащённой экспедиции.

В ходе предстоящей миссии на борту научно-исследовательского судна Nautilus учёные опустят на дно два специализированных глубоководных ландера. Эти аппараты оснащены высокочувствительными датчиками, которые позволят проводить точные измерения в реальных условиях. Основная задача — определить концентрацию протонов (уровень pH) в придонной воде непосредственно вокруг полиметаллических конкреций. Резкое отклонение pH в щелочную сторону может стать прямым указанием на абиотический (небиологический) процесс электролиза воды, аналогичный тому, что происходит в электрохимических ячейках. Параллельно команда составит детальные микромасштабные карты минералогического состава и микробных сообществ в районе исследования, чтобы проверить и биологическую гипотезу происхождения кислорода.

После завершения работ на дне образцы конкреций поднимут на поверхность и подвергнут всестороннему анализу в лабораторных условиях, максимально приближенных к реальным глубоководным — с давлением порядка 400 атмосфер. Особое внимание уделит химик Франц Гайгер (Franz Geiger) из Северо-Западного университета (Northwestern University). С помощью специализированного микроскопа и сверхчувствительных датчиков он изучит, способны ли поверхности этих древних металлических образований выступать в роли естественных катализаторов и запускать расщепление молекул воды с выделением кислорода. По мнению исследователей, главными кандидатами на роль источника «тёмного» кислорода остаются два механизма: электрохимические реакции на поверхности конкреций (некоторые учёные называют их «геобатарейками») и биологические процессы — либо по отдельности, либо в их возможном взаимодействии.

Разгадка этого феномена имеет огромное значение не только для фундаментальной науки, но и для практических вопросов. Зона Кларион-Клиппертон содержит колоссальные запасы стратегически важных металлов, которые активно интересуют компании, планирующие глубоководную добычу. Понимание того, как именно полиметаллические конкреции влияют на кислородный баланс, позволит оценить реальное воздействие добычи на хрупкую экосистему абиссали. Как подчеркнул Эндрю Свитман, новые данные помогут разработать такие технологии и подходы к добыче, которые сведут к минимуму ущерб для уникальной глубоководной жизни, зависящей от этого неожиданного источника кислорода в полной темноте.