العقيدات المتعددة المعادن التي تم جمعها من قاع المحيط تستقر في مياه البحر المحاكية في مختبر الكيميائي فرانز جيجر في جامعة نورث وسترن. اكتشف الباحثون أن المعادن المعدنية الموجودة في قاع المحيط يمكن أن تنتج الأكسجين دون ضوء الشمس، مما يتحدى الاعتقادات السابقة بأن الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي فقط هي التي تنتج الأكسجين. الائتمان: فرانز جيجر / جامعة نورث وسترن

اكتشف العلماء أن المعادن المعدنية يمكنها تقسيم الماء لتكوين “الأكسجين الداكن”.

وجدت دراسة دولية أن معادن أعماق البحار تنتج الأكسجين في الظلام الدامس، مما يشير إلى وجود مصدر بديل للأكسجين يسبق حياة التمثيل الضوئي. ولهذا الاكتشاف آثار مهمة على التعدين في أعماق البحار، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى ممارسات مستدامة لحماية مصادر الأكسجين المكتشفة حديثًا.

الكشف عن إنتاج الأكسجين في المحيط

فريق دولي من الباحثين، بما في ذلك جامعة نورث وسترن اكتشف الكيميائي أن المعادن المعدنية الموجودة في قاع البحر العميق تنتج الأكسجين على عمق 13000 قدم تحت السطح.

يتحدى هذا الاكتشاف المفاجئ الافتراضات القديمة القائلة بأن الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي مثل النباتات والطحالب هي فقط التي تنتج الأكسجين في الأرض. لكن الاكتشاف الجديد يظهر أنه قد تكون هناك طريقة أخرى. لصالح الكائنات البحرية التي تتنفس الأكسجين (الهوائية) والتي تعيش في ظلام دامس – يبدو أنه يمكن إنتاج الأكسجين حتى في قاع البحر حيث لا يمكن للضوء أن يخترقه.

وستنشر الدراسة في مجلة يوم الاثنين (22 يوليو). علوم الأرض الطبيعية.

الكشف عن المنشأ: العقيدات المتعددة المعادن

اكتشف أندرو سويتمان من الجمعية الاسكتلندية للعلوم البحرية (SAMS) “الأكسجين الداكن” أثناء إجراء العمل الميداني على متن السفن في المحيط الهادئ. قاد فرانز جيجر من جامعة نورث وسترن التجارب الكهروكيميائية التي تفسر هذا الاكتشاف.

قال سويتمان، الذي يقود مجموعة أبحاث البيئة والكيمياء الحيوية في قاع البحر في SAMS: “لكي تبدأ الحياة الهوائية على الكوكب، يجب أن يكون الأكسجين موجودًا، وما نفهمه هو أن إمداد الأرض بالأكسجين بدأ مع الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي”. “لكننا نعلم الآن أن الأكسجين يتم إنتاجه في أعماق المحيطات حيث لا يوجد ضوء. لذا، أعتقد أننا بحاجة إلى إعادة التفكير في أسئلة مثل: أين بدأت الحياة الهوائية؟

وتقع العقيدات المتعددة المعادن – وهي رواسب معدنية طبيعية تتشكل في قاع البحر – في قلب هذا الاكتشاف. وهي عبارة عن خليط من معادن مختلفة، وتتراوح أحجام العقيدات بين جزيئات صغيرة وحبة بطاطس متوسطة الحجم.

الآثار المترتبة على التعدين في أعماق البحار

وقال جيجر، المؤلف المشارك للدراسة: “تحتوي هذه العقيدات متعددة المعادن المولدة للأكسجين على معادن مثل الكوبالت والنيكل والنحاس والليثيوم والمنغنيز – وكلها عناصر مهمة تستخدم في البطاريات”. “تهدف العديد من شركات التعدين واسعة النطاق الآن إلى استخراج هذه العناصر الثمينة من قاع البحر على عمق 10000 إلى 20000 قدم تحت السطح. نحن بحاجة إلى إعادة التفكير في كيفية استخراج هذه المواد حتى لا نستنفد مصدر الأكسجين للحياة في أعماق البحار.

جيجر تشارلز إي. و إيما ه. موريسون هو أستاذ الكيمياء في كلية واينبرغ للفنون والعلوم بجامعة نورث وسترن، والمعهد الدولي لتقنية النانو، ومعهد باولا إم. وهو أيضًا عضو في معهد التدريب.

“شيء مبتكر ولا يمكن تصوره”

توصل سويتمان إلى هذا الاكتشاف أثناء أخذ عينات من قاع البحر في منطقة كلاريون-كليبرتون، وهي سلسلة من قاع البحر تمتد لمسافة 4500 ميل تقريبًا في الربع الشمالي الشرقي من المحيط الهادئ. عندما اكتشف فريقه الأكسجين لأول مرة، افترض أن المعدات معطلة.

وقال سويتمان: “عندما حصلنا على هذه البيانات لأول مرة، اعتقدنا أن أجهزة الاستشعار كانت مخطئة لأن كل دراسة أجريت في أعماق المحيطات لم تشهد سوى استهلاك الأكسجين بدلاً من إنتاجه”. “كنا نعود إلى المنزل ونعيد ضبط أجهزة الاستشعار، ولكن بعد مرور 10 سنوات، استمرت قراءات الأكسجين الغريبة في الظهور.

“لقد قررنا أن نتبع طريقة احتياطية تعمل بشكل مختلف مع أجهزة استشعار الأوبتود التي كنا نستخدمها. وعندما عادت كلتا الطريقتين بنفس النتيجة، علمنا أننا وصلنا إلى شيء مبتكر ولا يمكن تصوره.

“البطاريات الحيوية” المخفية في اللعب

في صيف عام 2023، اتصل سويتمان بجيجر لمناقشة التفسيرات المحتملة لمصدر الأكسجين. في أعماله السابقةاكتشف جيجر أن الصدأ، عندما يقترن بالمياه المالحة، يمكن أن يولد الكهرباء. وتساءل الباحثون عما إذا كانت العقيدات المتعددة المعادن في أعماق البحار قادرة على توليد ما يكفي من الكهرباء لإنتاج الأكسجين. هذا التفاعل الكيميائي هو جزء من عملية تسمى التحليل الكهربائي لمياه البحر، والتي تسحب الإلكترونات بعيدا عن الأكسجين الموجود في الماء. ذرة.

ولاختبار هذه الفرضية، جمع سويتمان عدة أرطال من العقيدات المتعددة المعادن من قاع المحيط وأرسلها إلى مختبر جيجر في الشمال الغربي. زار سويتمان جامعة نورث وسترن في ديسمبر الماضي وقضى أسبوعًا في مختبر جيجر.

فقط 1.5 فولت – نفس جهد بطارية AA العادية – يكفي لفصل مياه البحر. ومن المثير للدهشة أن الفريق سجل جهدًا كهربائيًا يصل إلى 0.95 فولت عبر سطح العقيدات المفردة. وعندما يتم تجميع العديد من العقد معًا، يمكن أن يكون الجهد كبيرًا جدًا، كما هو الحال عندما يتم توصيل البطاريات على التوالي.

وقال جيجر: “يبدو أننا اكتشفنا بطارية جغرافية طبيعية”. “هذه البطاريات الجيولوجية هي الأساس لتفسير محتمل لإنتاج الأكسجين الداكن في المحيطات.”

مفهوم جديد لعمال المناجم

ويتفق الباحثون على أن صناعة التعدين يجب أن تأخذ في الاعتبار هذه النتيجة قبل التخطيط لعمليات التعدين في أعماق البحار. ووفقا لجيجر، فإن الكتلة الإجمالية للعقيدات المتعددة المعادن في منطقة كلاريون كليبرتون تكفي لتلبية الطلب العالمي على الطاقة لعقود من الزمن. لكن جيجر يرى جهود التعدين في الثمانينات بمثابة قصة تحذيرية.

وقال جيجر: “في عامي 2016 و2017، زار علماء الأحياء البحرية المواقع التي تم تعدينها في الثمانينات ولم يجدوا أي بكتيريا تم انتشالها من المناطق الملغومة”. “ومع ذلك، ازدهرت الحياة البحرية في المناطق غير الملغومة. ولم يُعرف بعد سبب استمرار هذه “المناطق الميتة” لعقود من الزمن. ومع ذلك، فإن هذا يضع نجمًا في استراتيجية التعدين في قاع البحر، مثل تنوع حيوانات قاع البحر في المناطق العقدية. هي غابة مطيرة استوائية شديدة التنوع.” أكثر من

المرجع: “دليل على إنتاج الأكسجين الداكن في قاع بحر الوادي” 22 يوليو 2024، علوم الأرض الطبيعية.
دوى: 10.1038/s41561-024-01480-8

شركة Nauru Ocean Resources Inc.، وهي شركة تابعة لشركة The Metals Company Inc. دعمت هذه الدراسة.