In einer Überraschung am Meeresboden können metallreiche Brocken tief im Meer Sauerstoff erzeugen.

In einer unerwarteten Wendung erzeugen metallreiche Knollen, die auf dem Meeresboden gefunden wurden, Sauerstoff, wie neue Forschungsergebnisse nahelegen. Diese magere, aber stetige Versorgung mit dem lebenswichtigen Gas könnte dazu beitragen, die Ökosysteme am Meeresboden in Gebieten zu unterstützen, die derzeit für den Tiefseebergbau ins Visier genommen werden, sagen Wissenschaftler.

Wissenschaftler haben lange angenommen, dass ein Großteil des gelösten Sauerstoffs in der Tiefsee aus Oberflächengewässern dorthin transportiert wurde. Er kann an der Oberfläche durch Photosynthese von Pflanzen erzeugt werden oder durch Wellengang aus der Atmosphäre diffundieren, sagt Andrew Sweetman, ein Tiefseeökologe der Scottish Association for Marine Science in Oban.

Neue Experimente, sowohl in auf den Meeresboden des Pazifischen Ozeans herabgelassenen Kammern als auch im Labor, deuten jedoch darauf hin, dass es andere Quellen für diesen Sauerstoff geben kann, berichten Sweetman und seine Kollegen am 22. Juli in Nature Geoscience.

Sweetman untersucht seit Jahren die Ökosysteme am Meeresboden in Tausenden von Metern Tiefe im Pazifik. In weiten Bereichen dort sind metallreiche Knollen, die wertvolle Mineralien enthalten – und daher Ziele für den Bergbau sind –, über den Meeresboden verstreut (SNE: 21.02.14). Auf mehreren Expeditionen deuteten die Sauerstoffsensoren des Teams seltsamerweise darauf hin, dass die Substanz nicht nur von Organismen aufgenommen, sondern im Großen und Ganzen tatsächlich produziert wurde. Die Forscher wiesen die Messwerte als fehlerhaft zurück und ließen die Instrumente für ihren nächsten Ausflug neu kalibrieren.

Nachdem mehrere solcher Expeditionen ähnlich anomale Messwerte erbracht hatten, entwickelte das Team eine andere Methode zur Messung des gelösten Sauerstoffs – die ebenfalls zeigte, dass das Gas erzeugt wurde.

Die Daten des Teams zeigten, dass der unkontrollierte Sauerstoff weder aus in ihrer Ausrüstung eingeschlossenen Blasen stammte noch aus dem Polymermaterial sickerte, aus dem die Testkammern hergestellt waren. Er war auch nicht das Ergebnis der natürlichen Radioaktivität von Metallen in den Knollen, die Wassermoleküle spalteten, oder des Zerfalls von Manganoxidmineralien in den Knollen. Labortests unter Bedingungen, die die eisige Dunkelheit des pazifischen Meeresbodens nachahmen, zeigten ebenfalls, dass die Konzentrationen des gelösten Sauerstoffs in Gegenwart der Knollen stiegen und nicht fielen.

„Da dachten wir: ‚Mein Gott, wir haben eine weitere Sauerstoffquelle‘“, sagt Sweetman.

Als die Teammitglieder die Knötchen weiter untersuchten, stellten sie fest, dass die Klumpen wie kleine Batterien wirkten und an manchen Stellen auf der Oberfläche der Klumpen bis zu 0,95 Volt erzeugten. Obwohl etwas mehr als 1,5 Volt nötig sind, um Meerwasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, vermutet Sweetman, dass Knötchengruppen unter bestimmten Bedingungen zusammen genug Spannung erzeugen können, um den Trick zu bewerkstelligen.

Auf den Oberflächen der Knötchen scheint Sauerstoff produziert zu werden, sagt Sweetman. In den Tests des Teams scheint die Sauerstoffproduktionsrate mit der durchschnittlichen Knötchenoberfläche zu korrelieren, berichten die Forscher.

„Im Großen und Ganzen ist dies nur einer von vielen Prozessen in der Tiefsee, die wir erst jetzt entdecken“, sagt Lisa Levin, eine biologische Ozeanographin am Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, Kalifornien. Mehr als die Hälfte der Artenvielfalt in diesen Ökosystemen lebt auf den Knollen und nutzt die harten Oberflächen als Halt, aber möglicherweise auch, um an den dort erzeugten Sauerstoff zu gelangen. Es sei nicht klar, bemerkt sie, ob die Organismen, die in den darunter liegenden Sedimenten leben, auch auf diese lokale Sauerstoffquelle angewiesen seien.

„Es ist überraschend, dass wir diesen [Prozess] vorher nicht kannten, dass wir ihn übersehen haben“, sagt Beth Orcutt, eine Geomikrobiologin am Bigelow Laboratory for Ocean Sciences in East Boothbay, Maine.

Der Tiefseeabbau der Metallknollen würde Sedimentfahnen aufwirbeln, die sich wieder ansammeln und nahe gelegene, nicht abgebaute Gebiete ersticken könnten. Wenn das der Fall ist, könnte der Abbau die Sauerstoffproduktion dort verringern, fügt Orcutt hinzu, obwohl unklar ist, welche Auswirkungen dies auf das gesamte Ökosystem haben könnte. Diese Verringerung würde weit über die Menge hinausgehen, die sich durch die Entfernung der Knoten selbst ergibt.

„Zum jetzigen Zeitpunkt“, bemerkt sie, „wissen wir nicht, ob die Sauerstoffproduktion Auswirkungen über den Bereich um die Knoten hinaus hat.“