I en havsbotten överraskning kan metallrika klumpar generera djuphavsyre

I en oväntad vändning genererar metallrika knölar som finns på havsbotten syre, tyder ny forskning. Denna magra men stadiga tillförsel av livsviktig gas kan hjälpa till att stödja havsbottens ekosystem i områden som för närvarande är inriktade på djuphavsbrytning, säger forskare.

Forskare har länge antagit att mycket av det lösta syret i djuphavet transporterades dit från ytvatten. Det kan genereras på ytan av växtlivet via fotosyntes eller diffundera från atmosfären som ett resultat av vågverkan, säger Andrew Sweetman, en djuphavsekolog vid Scottish Association for Marine Science i Oban.

Men nya experiment, både i kammare sänkta till Stilla havets havsbotten och i labbet, indikerar att det kan finnas andra källor för det syret, rapporterar Sweetman och hans kollegor den 22 juli i Nature Geoscience.

Sweetman har studerat havsbottenekosystem tusentals meter djupt i Stilla havet i flera år. I vida områden där nedskräpar metallrika knölar som innehåller värdefulla mineraler — och därmed är mål för gruvdrift — havsbotten (SNE: 21/21/14). På flera expeditioner antydde lagets sensorer för löst syre konstigt nog att ämnet, snarare än att bara konsumeras av organismer, faktiskt på det hela taget producerades. Forskarna avfärdade avläsningarna som felaktiga och fick sedan instrumenten omkalibrerade för nästa utflykt.

Efter att flera sådana expeditioner gav liknande onormala avläsningar, utvecklade teamet en annan metod för att mäta löst syre - som också visade att gasen genererades.

Teamets data visade att det oseriösa syret inte kom från bubblor som var instängda i deras utrustning, och inte heller sipprade det ut ur polymermaterialet som användes för att tillverka testkamrarna. Det var inte heller resultatet av naturlig radioaktivitet av metaller i knölarna som splittrade vattenmolekyler eller nedbrytningen av manganoxidmineraler i knölarna. Laboratorietester under förhållanden som efterliknar det kyliga mörkret på Stilla havets havsbotten visade också att koncentrationerna av löst syre steg, inte föll, i närvaro av knölarna.

"Det var då vi sa 'Herregud, vi har en annan källa till syre'", säger Sweetman.

När gruppmedlemmarna testade knölarna ytterligare fann de att klumparna fungerade som små batterier och producerade upp till 0,95 volt mellan några fläckar på klumparnas ytor. Även om det krävs lite mer än 1,5 volt för att dela havsvatten till väte och syre, föreslår Sweetman att under vissa förhållanden kan grupper av knölar tillsammans producera tillräckligt med spänning för att göra susen.

Syreproduktion verkar ske på ytan av knölarna, säger Sweetman. I teamets tester verkar hastigheten på syreproduktionen vara korrelerad med den genomsnittliga nodulytan, rapporterar forskarna.

"I den större bilden är detta bara en av många processer i djuphavet som vi först nu upptäcker", säger Lisa Levin, en biologisk oceanograf vid Scripps Institution of Oceanography i La Jolla, Kalifornien. Mer än hälften av den biologiska mångfalden i dessa ekosystem lever på knölarna och drar nytta av de hårda ytorna för fotfästen, men även för att komma åt det syre som genereras där. Det är inte klart, konstaterar hon, om organismerna som lever i de underliggande sedimenten också är beroende av denna lokala källa till syre.

"Det är förvånande att vi inte visste om den här [processen] tidigare, att vi har förbisett det", säger Beth Orcutt, en geomikrobiolog vid Bigelow Laboratory for Ocean Sciences i East Boothbay, Maine.

Djuphavsbrytning av metalliska knölar skulle röra upp plymer av sediment som skulle kunna återackumuleras och kväva närliggande oprövade områden. Om så är fallet kan gruvdrift minska produktionen av syre där, tillägger Orcutt, även om det är oklart vad detta kan göra med det bredare ekosystemet. Denna minskning skulle vara utöver den mängd som är ett resultat av avlägsnande av själva knölarna.

"Vid det här laget," noterar hon, "vet vi inte om syreproduktionen har en inverkan utanför området runt knölarna."