بیش از ۱۲,۰۰۰ پا زیر سطح اقیانوس آرام، در منطقه‌ای به نام منطقه کلاریون-کلیپرتون (CCZ)، صخره‌های باستانی بستر عمیق دریا را پوشانده‌اند. در حالی که این صخره‌ها ممکن است خالی از حیات به نظر برسند، در واقع میزبان گونه‌های متنوعی از موجودات دریایی کوچک و میکروب‌ها هستند که بسیاری از آنها برای بقا در تاریکی سازگار شده‌اند.
این صخره‌های اعماق دریا که به عنوان ندول‌های پلی‌متالیک شناخته می‌شوند، نه تنها زیستگاه بسیاری از موجودات دریایی را فراهم می‌کنند، بلکه به طرز شگفت‌آوری، اکسیژن نیز در کف اقیانوس تولید می‌کنند.
این کشف که توسط تیمی از دانشمندان از جمله متخصصانی از دانشگاه بوستون انجام شده، درک معمولی از این که تولید اکسیژن نیاز به نور خورشید دارد و معمولاً در نزدیکی سطح اقیانوس، جایی که فیتوپلانکتون‌ها فتوسنتز می‌کنند، رخ می‌دهد، به چالش می‌کشد.
اکسیژن تاریک در کف دریا
وجود اکسیژن در چنین اعماقی و در تاریکی مطلق، آنقدر غیرمنتظره بود که محققان ابتدا به اشتباه افتادند.
جفری مارلو، استادیار زیست‌شناسی در دانشکده علوم و هنرهای دانشگاه بوستون و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «این موضوع واقعاً عجیب بود، زیرا هیچ کس قبلاً چنین چیزی را ندیده بود.»
مارلو که در مطالعه میکروب‌ها در محیط‌های شدید مانند گدازه‌های سخت شده و چاه‌های گرمایی اعماق دریا تخصص دارد، ابتدا تصور کرد که فعالیت‌های میکروبی ممکن است مسئول تولید اکسیژن باشد.
برای بررسی بیشتر، تیم تحقیقاتی از محفظه‌های اعماق دریا استفاده کردند که بر روی بستر دریا فرود آمده و آب دریا، رسوبات، ندول‌های پلی‌متالیک و موجودات زنده را در خود محصور کردند.
تأیید وجود اکسیژن
سپس تیم تحقیقاتی طی ۴۸ ساعت، سطح اکسیژن را در این محفظه‌ها اندازه‌گیری کردند. معمولاً اگر موجودات زنده اکسیژن مصرف کنند، سطح آن بر اساس میزان فعالیت در محفظه کاهش می‌یابد. با این حال، در این مورد، سطح اکسیژن در حال افزایش بود.
مارلو توضیح داد: «ما مشکلات زیادی را بررسی کردیم و متوجه شدیم که سطح اکسیژن پس از اندازه‌گیری اولیه، چندین برابر بیشتر افزایش یافته است. بنابراین اکنون مطمئن هستیم که این یک سیگنال واقعی است.»
تولید اکسیژن مرموز
مارلو و همکارانش تحقیق خود را بر روی یک کشتی که به اکتشاف اکولوژی CCZ اختصاص داشت، انجام دادند. این منطقه که ۱.۷ میلیون مایل مربع بین هاوایی و مکزیک را در بر می‌گیرد، مورد مطالعه یک نظرسنجی زیست‌محیطی بود که توسط شرکت متالز، یک شرکت معدنکاری اعماق دریا که به برداشت این صخره‌ها برای فلزات ارزشمندشان علاقه‌مند است، حمایت مالی شده بود.
پس از انجام آزمایش‌های مختلف، تیمی به رهبری اندرو سوئیتمن از انجمن علمی دریایی اسکاتلند به این نتیجه رسیدند که تولید اکسیژن عمدتاً توسط فعالیت‌های میکروبی هدایت نمی‌شود، با وجود حضور میکروب‌های زیادی بر روی صخره‌ها و درون آنها.
الکترولیز آب دریا و اکسیژن تاریک
ندول‌های پلی‌متالیک غنی از فلزات نادر مانند مس، نیکل، کبالت، آهن و منگنز هستند که آنها را برای معدنکاری جذاب می‌کند. مطالعه نشان می‌دهد که تمرکز بالای این فلزات احتمالاً فرآیندی به نام «الکترولیز آب دریا» را آغاز می‌کند.
این فرآیند شامل توزیع نامتناسب یون‌های فلزی در لایه‌های صخره‌ای است که باعث ایجاد جدایی بارهای الکتریکی شبیه به یک باتری می‌شود. این انرژی برای تجزیه مولکول‌های آب به اکسیژن و هیدروژن کافی است، فرآیندی که محققان آن را «اکسیژن تاریک» نامیده‌اند، زیرا بدون نیاز به نور خورشید رخ می‌دهد.
با این حال، مکانیسم دقیق هنوز مشخص نیست و همچنین سوالاتی در مورد اینکه آیا سطح اکسیژن در سراسر CCZ متفاوت است و نقش این اکسیژن در حفظ اکوسیستم‌های محلی چیست، باقی مانده است.
بحث معدنکاری در اعماق دریا
شرکت متالز، ندول‌های پلی‌متالیک را به عنوان «باتری در یک صخره» توصیف می‌کند و در وب‌سایت خود ادعا می‌کند که استخراج این ندول‌ها می‌تواند انتقال به خودروهای برقی را تسریع کند و نیاز به معدنکاری زمینی را کاهش دهد.
در حال حاضر، معدنکاری در CCZ هنوز در مرحله اکتشافی است، اما سازمان بین‌المللی بستر دریا سازمان ملل متحد که نظارت بر این منطقه را بر عهده دارد، ممکن است به زودی در مورد آغاز عملیات معدنکاری تصمیم‌گیری کند.
شرکت متالز در حال همکاری با کشورهای اقیانوس آرام مانند نائورو، تونگا و کیریباتی برای به دست آوردن مجوزهای معدنکاری است، اگرچه چندین کشور دیگر اقیانوس آرام جنوبی از جمله پالائو، فیجی و تووالو به شدت مخالف هستند و خواستار توقف یا تعلیق فعالیت‌های معدنکاری شده‌اند.
گروه‌های زیست‌محیطی مانند گرین‌پیس و اقیانوس محافظ (Ocean Conservancy) خواستار ممنوعیت دائمی هستند، زیرا نگرانند که معدنکاری به بستر دریا آسیب غیرقابل بازگشتی وارد کند.
اختلال در یک اکوسیستم ناشناخته
در همین حال، دانشمندان شروع به مطالعه تاثیرات احتمالی ایجاد اختلال در این اکوسیستم عمدتاً ناشناخته کرده‌اند. مطالعه فعلی داده‌های پایه‌ای ارزشمندی در مورد شرایط این منطقه قبل از شروع هر گونه معدنکاری در مقیاس بزرگ فراهم می‌کند.
مارلو گفت: «ما هنوز پیامدهای کامل را نمی‌دانیم، اما به نظر من این یافته نشان می‌دهد که باید به دقت در نظر بگیریم که تغییر این سیستم‌ها چه تاثیری بر جامعه حیوانی خواهد داشت.» او تأکید کرد که همه حیوانات برای بقا به اکسیژن نیاز دارند.
جستجو برای حیات فرازمینی
مارلو و نویسنده همکار او پیتر شرودل، دانشجوی دکتری در برنامه اکولوژی، رفتار و تکامل دانشگاه بوستون، به ویژه به استفاده از میکروب‌های محیط‌های شدید مانند CCZ به عنوان مدل‌هایی برای کشف حیات تک‌سلولی در سیارات و قمرهای دیگر علاقه‌مند هستند. این رشته که به نام اخترزیست‌شناسی شناخته می‌شود، به دنبال تقویت جستجو برای حیات فرازمینی از طریق مطالعه سیستم‌های زمینی است.
شرودل گفت: «حیات در محیط‌هایی مانند CCZ فرصتی برای مطالعه اکوسیستم‌هایی فراهم می‌کند که تحت فشارهای تکاملی و محدودیت‌های منحصر به فرد توسعه یافته‌اند.» او افزود که شرایط در CCZ – عمق، فشار و محیط آبی – مشابه شرایطی است که ما در قمرهای یخی کشف کرده‌ایم یا انتظار داریم کشف کنیم.
به عنوان مثال، قمر انسلادوس مشتری و قمر اروپا زحل با لایه‌های ضخیمی از یخ پوشیده شده‌اند و هیچ نوری به آب زیرین نمی‌رسد.
پیامدهای اکسیژن تاریک
مارلو گفت: «چه کسی می‌داند – اگر این نوع صخره‌ها زیر یخ اکسیژن تولید کنند، ممکن است زیست‌کره‌ای پرثمرتر ایجاد شود.»
او اشاره کرد که اگر فتوسنتز برای تولید اکسیژن لازم نباشد، آنگاه سیارات دیگر با اقیانوس‌ها و صخره‌های غنی از فلزات مانند این ندول‌ها می‌توانند زیست‌کره‌ای پیچیده‌تر از آنچه که تصور می‌کردیم، داشته باشند.
مارلو اذعان کرد که هنوز سوالات بسیاری در مورد پیامدهای این کشف اکسیژن تاریک برای اقیانوس‌های فرازمینی و حتی اقیانوس‌های خودمان وجود دارد.
مارلو گفت: «به طور کلی، ما اعماق دریا را به عنوان مکانی می‌بینیم که مواد پوسیده به پایین می‌افتند و حیوانات باقی‌مانده‌ها را می‌خورند. اما این یافته در حال بازتعریف آن دینامیک است.»
او افزود: «این به ما کمک می‌کند تا اعماق اقیانوس را به عنوان مکانی از تولید ببینیم، مشابه آنچه که با نشت متان و چشمه‌های حرارتی که واحه‌هایی برای حیوانات دریایی و میکروب‌ها ایجاد می‌کنند، یافته‌ایم. فکر می‌کنم این یک وارونگی جالب در نحوه تفکر ما درباره اعماق دریا است.»
