גושים פולי-מתכתיים, שנאספו מקרקעית האוקיינוס, יושבים במי ים מדומים במעבדתו של הכימאי פרנץ גייגר באוניברסיטת נורת'ווסטרן. חוקרים גילו שמינרלים מתכתיים על קרקעית האוקיינוס מייצרים חמצן ללא אור שמש, ממצא שמאתגר את האמונות הקודמות שרק אורגניזמים פוטוסינתטיים מייצרים חמצן. קרדיט: פרנץ גייגר/אוניברסיטת נורת'ווסטרן
מדענים מגלים מינרלים מתכתיים מפצלים מים כדי ליצור "חמצן כהה".
מחקר בינלאומי מגלה שמינרלים במים עמוקים מייצרים חמצן בחושך מוחלט, מה שמצביע על מקור חמצן חלופי שיכול להקדים חיים פוטוסינתטיים. לגילוי זה יש השלכות גדולות על כריית ים עמוקים, המדגיש את הצורך בפרקטיקות ברות קיימא כדי להגן על מקורות החמצן שהתגלו לאחרונה.
גילוי ייצור חמצן עמוק באוקיינוס
צוות בינלאומי של חוקרים, כולל א האוניברסיטה הצפון מערבית כימאי, גילה שמינרלים מתכתיים על קרקעית הים העמוק מייצרים חמצן – 13,000 רגל מתחת לפני השטח.
התגלית המפתיעה מערערת על הנחות ארוכות שרק אורגניזמים פוטוסינתטיים, כמו צמחים ואצות, מייצרים את החמצן של כדור הארץ. אבל הממצא החדש מראה שאולי יש דרך אחרת. נראה שניתן לייצר חמצן גם בקרקעית הים – שם אין אור יכול לחדור – כדי לתמוך בחיי הים נושמים חמצן (אירוביים) החיים בחושך מוחלט.
המחקר יתפרסם ביום שני (22 ביולי) בכתב העת מדעי הגיאוגרפיה של הטבע.
חשיפת המקור: גושים פולימטאליים
אנדרו סוויטמן, מהאגודה הסקוטית למדעי הים (SAMS), גילה את תגלית "החמצן האפל" בעת ביצוע עבודת שדה מבוססת ספינה באוקיינוס השקט. פרנץ גייגר של נורת'ווסטרן הוביל את ניסויי האלקטרוכימיה, שיכולים להסביר את הממצא.
"כדי שהחיים האירוביים יתחילו על הפלנטה, צריך להיות חמצן, וההבנה שלנו הייתה שאספקת החמצן של כדור הארץ התחילה עם אורגניזמים פוטוסינתטיים", אמר סוויטמן, שעומד בראש קבוצת המחקר של קרקעית הים והביוגיאוכימיה ב-SAMS. "אבל עכשיו אנחנו יודעים שיש חמצן שמיוצר בים העמוק, שבו אין אור. אני חושב שעלינו, לפיכך, לבחון מחדש שאלות כמו: איפה החיים האירוביים יכלו להתחיל?"
גושים פולי-מתכתיים – מרבצי מינרלים טבעיים הנוצרים על קרקעית האוקיינוס - יושבים בלב התגלית. תערובת של מינרלים שונים, הגושים מודדים בכל מקום בין חלקיקים זעירים לתפוח אדמה ממוצע בגודלו.
השלכות על כרייה במעמקי הים
"הגושים הפולי-מתכתיים המייצרים חמצן זה מכילים מתכות כמו קובלט, ניקל, נחושת, ליתיום ומנגן – שכולם מרכיבים קריטיים המשמשים בסוללות", אמר גייגר, שהיה שותף למחקר. "כמה חברות כרייה בקנה מידה גדול שואפות כעת לחלץ את האלמנטים היקרים הללו מקרקעית הים בעומקים של 10,000 עד 20,000 רגל מתחת לפני השטח. אנחנו צריכים לחשוב מחדש איך לכרות את החומרים האלה, כדי שלא נדלדל את מקור החמצן לחיים במעמקי הים".
גייגר הוא פרופסור לכימיה של צ'ארלס אי ואמה ה. מוריסון במכללת ויינברג לאמנויות ומדעים של נורת'ווסטרן וחבר במכון הבינלאומי לננוטכנולוגיה ובמכון פאולה מ. טרייננס לאנרגיה וקיימות.
"משהו פורץ קרקע וחסר מחשבה"
סוויטמן גילה את התגלית תוך כדי דגימה של קרקעית הים של אזור קלריון-קליפרטון, רכס תת-ימי הררי לאורך קרקעית הים המשתרע על פני כמעט 4,500 מייל לאורך הרביע הצפון-מזרחי של האוקיינוס השקט. כאשר הצוות שלו זיהה בתחילה חמצן, הוא הניח שהציוד חייב להיות שבור.
"כאשר קיבלנו את הנתונים האלה לראשונה, חשבנו שהחיישנים פגומים כי כל מחקר שנעשה אי פעם בים העמוק ראה רק צורכים חמצן במקום מיוצר", אמר סוויטמן. "היינו חוזרים הביתה ומכיילים מחדש את החיישנים, אבל במהלך 10 שנים, קריאות החמצן המוזרות האלה המשיכו להופיע.
"החלטנו לקחת שיטת גיבוי שעבדה אחרת מחיישני האופטודים שבהם השתמשנו. כששתי השיטות חזרו עם אותה תוצאה, ידענו שאנחנו על משהו פורץ דרך וחסר מחשבה".
'Beobatteries' נסתרות ב-Play
בקיץ 2023, סוויטמן יצר קשר עם גייגר כדי לדון בהסברים אפשריים למקור החמצן. בעבודתו הקודמת גילה גייגר שחלודה, בשילוב עם מים מלוחים, יכולה לייצר חשמל. החוקרים תהו האם הגושים הפולי-מתכתיים של האוקיינוס העמוק מייצרים מספיק חשמל כדי לייצר חמצן. תגובה כימית זו היא חלק מתהליך הנקרא אלקטרוליזה של מי ים, אשר שולף אלקטרונים מהחמצן של המים אָטוֹם.
כדי לחקור השערה זו, סוויטמן שלח כמה קילוגרמים מהנודולים הפולי-מתכתיים, שנאספו מקרקעית האוקיינוס, למעבדה של גייגר ב-Northwestern. סוויטמן גם ביקר ב-Northwestern בדצמבר האחרון, בילה שבוע במעבדה של גייגר.
רק 1.5 וולט – אותו מתח כמו סוללת AA טיפוסית – מספיק כדי לפצל מי ים. באופן מדהים, הצוות רשם מתחים של עד 0.95 וולט על פני השטח של גושים בודדים. וכאשר מספר גושים מתקבצים יחדיו, המתח יכול להיות הרבה יותר משמעותי, בדיוק כמו כאשר סוללות מחוברות בסדרה.
"נראה שגילינו 'גיאובטריה' טבעית", אמר גייגר. "הסוללות הגיאוגרפיות הללו הן הבסיס להסבר אפשרי של ייצור החמצן האפל של האוקיינוס."
שיקול חדש לכורים
החוקרים מסכימים שתעשיית הכרייה צריכה לשקול את התגלית הזו לפני תכנון פעילות כרייה במעמקי הים. לפי גייגר, המסה הכוללת של גושים פולי-מתכתיים באזור קלריון-קליפרטון בלבד מספיקה כדי לענות על הדרישה העולמית לאנרגיה במשך עשרות שנים. אבל גייגר מסתכל על מאמצי הכרייה בשנות ה-80 כסיפור אזהרה.
"בשנים 2016 ו-2017 ביקרו ביולוגים ימיים אתרים שנכרו בשנות ה-80 ומצאו שאפילו חיידקים לא התאוששו באזורים ממוקשים", אמר גייגר. "באזורים שאינם ממוקשים, לעומת זאת, החיים הימיים פרחו. מדוע 'אזורים מתים' כאלה נמשכים במשך עשרות שנים עדיין לא ידוע. עם זאת, זה מציב כוכבית גדולה על אסטרטגיות לכרייה בקרקעית הים, שכן מגוון החיות בקרקעית האוקיינוס באזורים עתירי גושים גבוה יותר מאשר ביערות הגשם הטרופיים המגוונים ביותר."
המחקר נתמך על ידי Nauru Ocean Resources Inc., חברה בת של The Metals Company Inc.
