海底的岩石正在一个正在调查的深海采矿区域产生一种独特的氧气形态。在太平洋一个叫做克拉里昂-克利珀顿区（CCZ）的地区，深达12000英尺的地方，古老的岩石延伸在海床上。尽管这些岩石看上去荒凉，但它们为微小的海洋生命和微生物提供了栖息地，其中许多生物已经特别适应在完全黑暗的环境中生存。
被称为多金属结核的深海形成不仅是多种海洋生物的栖息地，波士顿大学的研究人员在内的科学团队还发现它们能够在海底直接产生氧气。
这一令人惊讶的发现挑战了传统观点，即氧气主要是由植物和阳光生成的，因为这通常与地表生物相关。我们呼吸的氧气约有一半是在海洋表层由利用阳光进行光合作用的浮游植物产生的。意识到氧气是在没有阳光的深海黑暗中产生的，确实是一项革命性的发现；参与研究的科研人员最初怀疑这是一个错误。
“这真是不同寻常，因为之前没有人观察到这种现象，”波士顿大学文理学院生物学助理教授兼《自然地球科学》上发表研究的合著者杰弗里·马洛评论道。
作为专门研究一些地球最极端环境中的微生物（如火山熔岩和深海热泉）的学者，马洛最初推测微生物活动可能导致氧气的产生。研究团队部署了深海舱室到海床，包括海水、沉积物、多金属结核以及活生物。他们在48小时内测量了这些舱室内氧气水平的变化。通常情况下，如果有许多生物消耗氧气，氧气水平会根据其活动而下降。然而，他们发现氧气水平反而增加了。
“经过广泛调查，我们发现第一次测量后，氧气水平显著上升，”马洛说。“我们现在相信这是真实的现象。”
研究团队在一艘专门探讨CCZ生态的船只上工作，CCZ覆盖了从夏威夷和墨西哥海岸延伸的170万平方英里。这项环境评估由金属公司赞助，该公司希望从这些岩石中提取金属，使得马洛及其同事（由苏格兰海洋科学协会的安德鲁·斯威特曼领导）得出结论，尽管在岩石内部和表面发现了各种微生物，微生物活动并不是氧气产生的主要驱动因素。
多金属结核含有如铜、镍、钴、铁和锰等贵重金属，因此人们对其采矿产生了兴趣。研究表明，这些金属的密集浓度可能促进了一种称为“海水电解”的过程。当岩层中的金属离子分布不均匀时，会产生一种类似于电池的电荷分离。这一过程产生足够的能量将水分子分解为氧气和氢气。他们将这一过程称为“黑暗氧气”，因为它是在没有阳光的情况下生成的。然而，关于该过程背后具体机制、CCZ区域内氧气水平是否存在变化，以及这种氧气在支持当地生态系统中的作用等问题仍然悬而未决。
金属公司在其网站上将多金属结核形容为“岩石中的电池”，暗示采矿这些结核可能有助于加速向电动车的转变，并减少对陆地采矿的需求。目前，CCZ的探索正在进行中，但监督该地区的联合国国际海底管理局可能会在明年开始对采矿做出决定。金属公司正与瑙鲁、汤加和基里巴斯等太平洋国家合作申请采矿许可证，而其他南太平洋国家，包括帕劳、斐济和图瓦卢，正在呼吁暂停采矿。环保组织如绿色和平组织和海洋保护组织则呼吁对此类活动实施永久禁令，担心其可能对海床造成不可逆转的伤害。
与此同时，科学家们已开始研究打扰这一大部分未知生态系统的潜在后果。《自然地球科学》上的这篇论文提供了有关CCZ在任何大规模采矿操作之前的基线条件的有价值信息。
“我们并不了解所有影响，但这一发现表明，我们应认真考虑改变这些系统对当地动物种群的影响，”马洛指出，因为所有动物生命都依赖氧气生存。
CCZ还提供了观察地球最小生物（如在沉积物和结核上发现的细菌和古细菌）的理想环境。马洛和他的合著者彼得·施罗德尔（GRS’25），他正在波士顿大学的生态、行为和进化项目攻读博士学位，特别愿意研究来自CCZ等极端环境的微生物，作为寻找其他行星和卫星上的单细胞生命的模型。这一努力被称为天体生物学，旨在通过研究地球的环境来加强对外星生命的搜索。
“研究像CCZ这样的环境中的生命使我们能够探索在独特的演化压力和限制下进化的生态系统，”参与马洛研究团队的施罗德尔解释说。这种极端的条件——深度、压力和水生栖息地——与预期在冰冷卫星上发现的条件相似。
例如，木星的卫星 енceladus 和土星的卫星 Europa 被冰层包裹，切断了水下的阳光。“如果这些类型的岩石在冰层下存在并产生氧气，这将可能导致一个更为活跃的生物圈，”马洛预测。“如果氧气可以在没有光合作用的情况下生成，那么其他有海洋和富含金属岩石的天体，如这些结核，可能支持比我们之前设想的更发达的生命形式。”
马洛强调，关于这一黑暗氧气发现对外星海洋和我们自身的影响仍然有许多问题。
“通常，我们将深海视为一个腐烂材料下沉，生物以残骸为食的领域。但这一发现正在改变这一观点，”他观察道。“它鼓励我们将深海视为一个生产的地方，类似于我们所发现的甲烷喷流和热泉，它们为海洋生命和微生物创造了丰富的栖息地。我认为这是我们通常看待深海环境的有趣转变。”
