Una reazione chimica potrebbe produrre ossigeno dividendo le molecole d’acqua, ma la fonte di questa reazione rimane sconosciuta.
Qualcosa sta pompando grandi quantità di ossigeno sul fondo dell’Oceano Pacifico, a profondità dove la totale mancanza di luce solare rende impossibile la fotosintesi.
Il fenomeno è stato scoperto in una regione disseminata di antiche formazioni grandi quanto una prugna chiamate noduli polimetallici, che potrebbero svolgere un ruolo nella produzione di ossigeno catalizzando la scissione delle molecole d’acqua, questo è quello che ipotizzano i ricercatori. I risultati sono pubblicati su Nature Geoscience.
“Abbiamo un’altra fonte di ossigeno sul pianeta, oltre alla fotosintesi”, afferma il coautore dello studio Andrew Sweetman, ecologo dei fondali marini presso la Scottish Association for Marine Science di Oban, nel Regno Unito, sebbene il meccanismo alla base di questa produzione di ossigeno rimanga un mistero. mistero. I risultati potrebbero anche avere implicazioni per comprendere come è iniziata la vita, nonché per il possibile impatto dell’estrazione mineraria in acque profonde nella regione.
L’osservazione è “affascinante”, afferma Donald Canfield, biogeochimico dell’Università della Danimarca meridionale a Odense. “Ma lo trovo frustrante, perché solleva molte domande e non molte risposte”.
Sweetman e i suoi collaboratori hanno notato per la prima volta qualcosa che non andava durante il lavoro sul campo nel 2013. I ricercatori stavano studiando gli ecosistemi del fondale marino nella zona Clarion-Clipperton, un’area tra le Hawaii e il Messico che è più grande dell’India e un potenziale obiettivo per l’estrazione di metalli. Durante tali spedizioni, il team rilascia un modulo sul fondo del mare per eseguire esperimenti automatizzati. Una volta lì, il modulo deposita delle camere cilindriche per isolare piccole sezioni del fondale marino – insieme ad un po’ di acqua di mare – e creare “un microcosmo chiuso del fondale marino”. Il lander misura quindi come cambia la concentrazione di ossigeno nell’acqua di mare confinata nel corso di periodi che possono durare anche diversi giorni.
Correnti di ossigeno
Senza organismi fotosintetici che rilasciano ossigeno nell’acqua e con altri organismi che consumano il gas, le concentrazioni di ossigeno all’interno delle camere dovrebbero diminuire lentamente. Sweetman ha sempre registrato questo andamento negli studi che ha condotto nelle aree degli oceani meridionali, artico e indiano, e nell’Atlantico. In tutto il mondo, gli ecosistemi dei fondali marini devono la loro esistenza all’ossigeno trasportato dalle correnti provenienti dalla superficie, e morirebbero rapidamente se tagliati fuori. (La maggior parte di quell’ossigeno ha origine nel Nord Atlantico e viene trasportato negli oceani profondi di tutto il mondo da un “nastro trasportatore globale”.)
Ma nella zona Clarion-Clipperton, gli strumenti hanno mostrato che l’acqua analizzata è diventata più ricca, e non più povera, di ossigeno. Inizialmente, Sweetman attribuì le letture a un malfunzionamento del sensore. Ma il fenomeno ha continuato a verificarsi durante i successivi viaggi nel 2021 e nel 2022, ed è stato confermato da misurazioni con una tecnica alternativa. “Mi sono improvvisamente reso conto che per otto anni avevo ignorato questo nuovo processo potenzialmente sorprendente, a 4.000 metri di profondità sul fondo dell’oceano”, afferma Sweetman.
Le quantità di ossigeno prodotte non sono piccole: il gas nelle camere raggiunge concentrazioni superiori a quelle osservate nelle acque superficiali ricche di alghe, afferma Sweetman. Nessuna delle altre regioni esaminate da Sweetman conteneva noduli polimetallici, suggerendo che queste rocce hanno un ruolo importante nella produzione di questo “Dark Oxygen” (ossigeno oscuro).
Come primo test di questa ipotesi, il team ha ricreato le condizioni trovate sul fondo del mare in un laboratorio a bordo della loro nave. Hanno monitorato i campioni raccolti dal fondale marino – che includevano noduli polimetallici – e hanno visto che la concentrazione di ossigeno aumentava, almeno per un po’. “Iniziano a produrre ossigeno, fino a un certo punto. Poi si fermano”, dice Sweetman, presumibilmente perché l’energia che guida la scissione delle molecole d’acqua si esaurisce. Ciò lascia la questione da dove provenga quell’energia. Se i noduli stessi funzionassero come batterie – producendo energia da una reazione chimica – si sarebbero esauriti molto tempo fa.
Potenziale elettrico
Ma i noduli potrebbero fungere da catalizzatori, consentendo la scissione dell’acqua e la formazione di ossigeno molecolare. I ricercatori hanno misurato le tensioni sulla superficie dei noduli e hanno riscontrato differenze di tensione fino a 0,95 volt. Non si tratta esattamente degli 1,5 volt necessari per dividere una molecola d’acqua, ma, in linea di principio, potrebbero essere prodotte tensioni più elevate nello stesso modo in cui la tensione della batteria può essere raddoppiata collegando due batterie in serie, dice Sweetman.
Il coautore Franz Geiger, chimico della Northwestern University di Evanston, Illinois, afferma che non è ancora chiaro se la reazione produca anche idrogeno molecolare – cosa che avviene nelle reazioni degli elettrolizzatori industriali grazie a un catalizzatore – o rilasci protoni nell’acqua. Ma comprenderlo potrebbe avere applicazioni utili, dice. “Forse sul fondo dell’oceano avviene qualcosa che potrebbe aiutarci a creare catalizzatori migliori”.
Eva Stüeken, biogeochimica dell’Università di St Andrews, nel Regno Unito, afferma che i risultati potrebbero anche avere implicazioni per le proposte volte a cercare la firma della possibile vita nello spettro luminoso dei pianeti extrasolari. “La presenza di gas O2 su altri pianeti dovrebbe forse essere interpretata con ulteriore cautela”, afferma.
Sweetman afferma che prima che inizi l’estrazione in acque profonde, i ricercatori dovrebbero mappare le aree in cui si verifica la produzione di ossigeno. Altrimenti, gli ecosistemi che sono diventati dipendenti da quell’ossigeno potrebbero collassare se i noduli venissero rimossi. “Se l’ossigeno viene prodotto in grandi quantità, probabilmente è fondamentale per gli animali che vivono lì”.
