|
Металлические минералы действуют как геобатареи
|
|
|
|
Международная группа исследователей, включая химика из Северо-Западного университета, обнаружила, что металлические минералы на глубоководном дне океана вырабатывают кислород на глубине 13 000 футов под поверхностью.
|
|
|
|
Это удивительное открытие бросает вызов давним представлениям о том, что только фотосинтезирующие организмы, такие как растения и водоросли, вырабатывают кислород на Земле. Но теперь выяснилось, что кислород также может вырабатываться на морском дне, куда не проникает свет, для поддержания кислорододышащих (аэробных) морских организмов, живущих в полной темноте.
|
|
|
|
Эндрю Свитман (Andrew Sweetman) из Шотландской ассоциации морских наук (SAMS) сделал открытие “темного кислорода”, проводя полевые исследования с корабля в Тихом океане. Франц Гейгер (Franz Geiger) из Northwestern руководил электрохимическими экспериментами, которые потенциально объясняют это открытие.
|
|
|
|
“Для зарождения аэробной жизни на планете должен был быть кислород, и мы полагаем, что снабжение Земли кислородом началось с фотосинтезирующих организмов”, - сказал Свитман, возглавляющий исследовательскую группу по экологии морского дна и биогеохимии в SAMS. “Но теперь мы знаем, что кислород вырабатывается в морских глубинах, где нет света. Поэтому я думаю, что нам нужно вернуться к таким вопросам, как: где могла зародиться аэробная жизнь?”
|
|
|
В основе открытия лежат полиметаллические конкреции — естественные залежи полезных ископаемых, которые образуются на дне океана. Конкреции, состоящие из различных минералов, имеют размеры от крошечных частиц до средней картофелины.
|
|
|
|
“Полиметаллические конкреции, которые производят этот кислород, содержат такие металлы, как кобальт, никель, медь, литий и марганец, которые являются важнейшими элементами, используемыми в батареях”, — сказал Гейгер, соавтор исследования, опубликованного 22 июля в журнале Nature Geoscience. “Несколько крупных горнодобывающих компаний в настоящее время стремятся добывать эти драгоценные элементы с морского дна на глубине от 10 000 до 20 000 футов под поверхностью. Нам нужно переосмыслить способы добычи этих материалов, чтобы не истощать источник кислорода для глубоководной жизни”.
|
|
|
|
Geiger является Чарльз и Эмма Х. Моррисон, профессор химии в колледже Северозападного Вайнберг искусств и наук России, член Международного Института нанотехнологий и Паула М. Институт Trienens энергетики и устойчивого развития.
|
|
‘Нечто новаторское и немыслимое"
|
|
|
|
Свитман сделал это открытие, исследуя морское дно в зоне Кларион-Клиппертон, гористой подводной гряде, протянувшейся вдоль морского дна почти на 4500 миль в северо-восточном секторе Тихого океана.
|
|
|
|
“Когда мы впервые получили эти данные, мы подумали, что датчики неисправны, потому что все исследования, когда-либо проводившиеся в морских глубинах, показали, что кислород потребляется, а не вырабатывается”, - сказал Свитман. “Мы возвращались домой и перекалибровали датчики, но в течение 10 лет эти странные показатели содержания кислорода продолжали появляться.
|
|
|
|
“Мы решили использовать резервный метод, который отличался от оптодатчиков, которые мы использовали. Когда оба метода дали одинаковый результат, мы поняли, что столкнулись с чем-то новаторским и немыслимым”.
|
|
Скрытые "геобатареи" в действии
|
|
|
|
Летом 2023 года Свитман связался с Гейгером, чтобы обсудить возможные объяснения источника кислорода. В своей предыдущей работе Гейгер обнаружил, что ржавчина в сочетании с соленой водой может вырабатывать электричество. Исследователи задались вопросом, вырабатывают ли полиметаллические конкреции в глубоководных слоях океана достаточно электроэнергии для получения кислорода. Эта химическая реакция является частью процесса, называемого электролизом морской воды, при котором электроны извлекаются из атома кислорода в воде.
|
|
|
|
Чтобы проверить эту гипотезу, Свитман отправил несколько килограммов полиметаллических конкреций, собранных со дна океана, в лабораторию Гейгера в Северо-Западном университете. Свитман также посетил Северо-Западный университет в декабре прошлого года, проведя неделю в лаборатории Гейгера.
|
|
|
|
Всего 1,5 вольта — такого же напряжения, как у обычной батарейки типа АА, — достаточно для расщепления морской воды на водород и кислород. Удивительно, но команда ученых зафиксировала напряжение до 0,95 вольта на поверхности отдельных конкреций. А когда несколько узлов собраны вместе, напряжение может быть гораздо более значительным, как при последовательном подключении батарей.
|
|
|
|
“Похоже, что мы обнаружили естественную ”геобатарею", - сказал Гейгер. “Эти геобатареи являются основой для возможного объяснения производства океаном темного кислорода”.
|
|
Это новое соображение для шахтеров
|
|
|
|
Исследователи сходятся во мнении, что горнодобывающей промышленности следует учитывать это открытие, прежде чем планировать глубоководную добычу полезных ископаемых. По словам Гейгера, общей массы полиметаллических конкреций в одной только зоне Кларион-Клиппертон достаточно, чтобы удовлетворить мировой спрос на энергию на десятилетия. Но Гейгер рассматривает усилия по добыче полезных ископаемых в 1980-х годах как поучительную историю.
|
|
|
|
“В 2016 и 2017 годах морские биологи посетили участки, которые были заминированы в 1980-х годах, и обнаружили, что в заминированных районах не сохранились даже бактерии”, - сказал Гейгер. “Однако в незаминированных районах морская флора и фауна процветала. Почему такие "мертвые зоны" сохраняются десятилетиями, до сих пор неизвестно. Однако это придает большое значение стратегиям разработки морского дна, поскольку разнообразие фауны океанского дна в районах, богатых конкрециями, выше, чем в самых разнообразных тропических лесах.”
|
|
|
|
Источник
|
