揭秘海底多金屬結核與“暗氧”之謎

在浩瀚無垠的海洋中，隱藏著無數(shù)未被人類完全探索的秘密。其中，一項關于海底多金屬結核（ 又稱錳結核）能夠產(chǎn)生“暗氧”的發(fā)現(xiàn)，不僅顛覆了我們對氧氣來源的傳統(tǒng)認知，還可能改寫地球生命起源的理論。

多金屬結核，這一聽起來略顯陌生的名詞，實際上是深海中一種極為豐富的礦產(chǎn)資源。它們形如土豆，大小不一，直徑通常在5到10厘米之間，有的小到需要用顯微鏡才能觀察，而大的則可達20多厘米。這些結核主要由鐵、錳氫氧化物組成，核心可能包含微化石、磷化鯊魚牙齒、玄武巖碎屑等物質，表面多為光滑，也有粗糙或不規(guī)則形狀。

多金屬結核的分布范圍極為廣泛，主要集中在太平洋、大西洋和印度洋的水深3500米至6000米的深海底部。據(jù)科學家們估計，全球洋底多金屬結核資源總量高達3萬億噸，僅太平洋就擁有1 . 7萬億噸。這些結核富含錳、鐵、鎳、鈷、銅等多種金屬元素，是太陽能電池板、電動汽車電池等綠色技術產(chǎn)品所需的關鍵材料。

長久以來，人們普遍認為地球上的氧氣主要來自光合作用，即植物、浮游生物和藻類等通過吸收陽光、二氧化碳和水，生成氧氣。然而，一項由英國蘇格蘭海洋科學協(xié)會安德魯·斯威特曼教授領導的研究團隊在太平洋克拉里昂－克利珀頓區(qū)（CCZ）的深海底部的發(fā)現(xiàn)， 顛覆了這一認知—— 海底多金屬結核能夠產(chǎn)生氧氣，且這一過程無需陽光參與，因而被稱為“暗氧”。

這一發(fā)現(xiàn)始于2013年，當時斯威特曼教授及其團隊正在測量CCZ海底生物對氧氣的消耗情況。他們使用深海著陸器將一個比鞋盒還小的腔室推入沉積物中，封閉一小塊海底區(qū)域及其上方的水，并計劃通過傳感器監(jiān)測氧氣水平的變化。然而，令人驚訝的是，氧氣含量非但沒有如預期那樣下降，反而大幅上升。起初，斯威特曼教授以為是傳感器故障，但經(jīng)過多次校準和驗證，最終確認了這一不可思議的現(xiàn)象。

為了揭開“暗氧”產(chǎn)生的秘密，斯威特曼教授及其團隊進行了大量的實驗研究。他們排除了微生物等生物過程作為氧氣來源的可能性，將焦點鎖定在多金屬結核本身。經(jīng)過一系列復雜的實驗，研究人員提出了一個大膽的假設：多金屬結核可能通過一種類似“地質電池”的機制，將海水分解成氫氣和氧氣。

具體而言，研究表明，多金屬結核中的材料可起到類似電池的作用，每個結核表面的電位可達約1伏特。當大量結核聚集在一起時，它們可能產(chǎn)生足夠的電壓，通過電解原理將海水分解成氫氣和氧氣。這一過程類似于電解水的過程，但不同之處在于它是在深海環(huán)境中自然發(fā)生的，無需外部電源。

這一發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了我們對海洋氧氣循環(huán)的傳統(tǒng)認知，還可能對地球生命起源的研究產(chǎn)生深遠影響。長期以來，科學界普遍認為生命起源于海底熱液噴口，那里的化學合成作用可能產(chǎn)生了最早的有機物和氧氣。而“暗氧”的發(fā)現(xiàn)，為這一理論提供了新的視角和證據(jù)。

多金屬結核產(chǎn)生的“暗氧”可能在深海生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。它可能提高了深海中的氧氣水平，為那些依賴氧氣生存的生物提供了必要的生存環(huán)境。此外，暗氧現(xiàn)象還可能對深海生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動產(chǎn)生影響，進而影響整個生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。

“暗氧”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為地球生命起源的研究提供了新的線索。一些科學家認為，多金屬結核可能為地球早期生命提供了必要的氧氣環(huán)境，從而促進了生命的起源和演化。同時，這一發(fā)現(xiàn)也挑戰(zhàn)了我們對深海生態(tài)系統(tǒng)氧氣循環(huán)的傳統(tǒng)認知，推動了我們對這一領域的深入探索和研究。

然而，這一發(fā)現(xiàn)也帶來了諸多挑戰(zhàn)和爭議。首先，關于“暗氧”產(chǎn)生的具體機制，目前尚存在諸多未解之謎，如產(chǎn)生電流的能量來源、反應是否持續(xù)發(fā)生等。其次，一些科研人員對研究結果表示質疑，認為可能是外部來源的氧氣污染所致，或者結核中氧化物的生成仍需依賴光合作用產(chǎn)生的氧氣。

此外，“暗氧”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)還對深海采礦活動提出了新的挑戰(zhàn)。隨著全球對清潔能源和關鍵金屬需求的增加，深海采礦逐漸成為一個備受關注的領域。然而，“暗氧”現(xiàn)象表明，多金屬結核在深海生態(tài)系統(tǒng)中可能扮演著更為重要的角色，其開采活動可能對海洋環(huán)境造成不可預測的影響。因此，在推進深海采礦之前，必須充分考慮這一新發(fā)現(xiàn)對環(huán)境的潛在影響，并進行科學監(jiān)督和評估。

“暗氧”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，無疑為我們打開了一扇通往深海未知世界的大門。隨著科學技術的不斷進步和深海探測技術的日益成熟，我們有理由相信，未來將有更多關于深海生態(tài)系統(tǒng)的秘密被揭示出來。

對于多金屬結核及其產(chǎn)生的“暗氧”現(xiàn)象的研究，不僅有助于我們更深入地了解海洋生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能，還可能為地球生命起源和演化提供新的線索和證據(jù)。同時，這一發(fā)現(xiàn)也將對深海采礦活動產(chǎn)生重要影響，推動我們更加謹慎、科學地對待這一潛在的寶貴資源。

在未來的探索中，我們期待科學家們能夠繼續(xù)深化對“暗氧”現(xiàn)象的研究，揭示其產(chǎn)生的具體機制和生態(tài)意義。

海底多金屬結核與“ 暗氧” 現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)， 不僅是一次科學探索的突破， 更是人類對自然界奧秘不懈追求的一個縮影。在這場探索的旅途中， 我們不斷挑戰(zhàn)認知的邊界，拓展知識的疆域。未來， 隨著更多秘密的揭示和問題的解答， 我們定能更加深刻地理解這個藍色星球的奧秘與美麗。