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      揭秘海底多金屬結核與“暗氧”之謎

      2024-09-30 00:00:00
      海外星云 2024年9期

      在浩瀚無垠的海洋中,隱藏著無數(shù)未被人類完全探索的秘密。其中,一項關于海底多金屬結核( 又稱錳結核)能夠產(chǎn)生“暗氧”的發(fā)現(xiàn),不僅顛覆了我們對氧氣來源的傳統(tǒng)認知,還可能改寫地球生命起源的理論。

      多金屬結核,這一聽起來略顯陌生的名詞,實際上是深海中一種極為豐富的礦產(chǎn)資源。它們形如土豆,大小不一,直徑通常在5到10厘米之間,有的小到需要用顯微鏡才能觀察,而大的則可達20多厘米。這些結核主要由鐵、錳氫氧化物組成,核心可能包含微化石、磷化鯊魚牙齒、玄武巖碎屑等物質,表面多為光滑,也有粗糙或不規(guī)則形狀。

      多金屬結核的分布范圍極為廣泛,主要集中在太平洋、大西洋和印度洋的水深3500米至6000米的深海底部。據(jù)科學家們估計,全球洋底多金屬結核資源總量高達3萬億噸,僅太平洋就擁有1 . 7萬億噸。這些結核富含錳、鐵、鎳、鈷、銅等多種金屬元素,是太陽能電池板、電動汽車電池等綠色技術產(chǎn)品所需的關鍵材料。

      長久以來,人們普遍認為地球上的氧氣主要來自光合作用,即植物、浮游生物和藻類等通過吸收陽光、二氧化碳和水,生成氧氣。然而,一項由英國蘇格蘭海洋科學協(xié)會安德魯·斯威特曼教授領導的研究團隊在太平洋克拉里昂-克利珀頓區(qū)(CCZ)的深海底部的發(fā)現(xiàn), 顛覆了這一認知—— 海底多金屬結核能夠產(chǎn)生氧氣,且這一過程無需陽光參與,因而被稱為“暗氧”。

      這一發(fā)現(xiàn)始于2013年,當時斯威特曼教授及其團隊正在測量CCZ海底生物對氧氣的消耗情況。他們使用深海著陸器將一個比鞋盒還小的腔室推入沉積物中,封閉一小塊海底區(qū)域及其上方的水,并計劃通過傳感器監(jiān)測氧氣水平的變化。然而,令人驚訝的是,氧氣含量非但沒有如預期那樣下降,反而大幅上升。起初,斯威特曼教授以為是傳感器故障,但經(jīng)過多次校準和驗證,最終確認了這一不可思議的現(xiàn)象。

      為了揭開“暗氧”產(chǎn)生的秘密,斯威特曼教授及其團隊進行了大量的實驗研究。他們排除了微生物等生物過程作為氧氣來源的可能性,將焦點鎖定在多金屬結核本身。經(jīng)過一系列復雜的實驗,研究人員提出了一個大膽的假設:多金屬結核可能通過一種類似“地質電池”的機制,將海水分解成氫氣和氧氣。

      具體而言,研究表明,多金屬結核中的材料可起到類似電池的作用,每個結核表面的電位可達約1伏特。當大量結核聚集在一起時,它們可能產(chǎn)生足夠的電壓,通過電解原理將海水分解成氫氣和氧氣。這一過程類似于電解水的過程,但不同之處在于它是在深海環(huán)境中自然發(fā)生的,無需外部電源。

      這一發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了我們對海洋氧氣循環(huán)的傳統(tǒng)認知,還可能對地球生命起源的研究產(chǎn)生深遠影響。長期以來,科學界普遍認為生命起源于海底熱液噴口,那里的化學合成作用可能產(chǎn)生了最早的有機物和氧氣。而“暗氧”的發(fā)現(xiàn),為這一理論提供了新的視角和證據(jù)。

      多金屬結核產(chǎn)生的“暗氧”可能在深海生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。它可能提高了深海中的氧氣水平,為那些依賴氧氣生存的生物提供了必要的生存環(huán)境。此外,暗氧現(xiàn)象還可能對深海生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動產(chǎn)生影響,進而影響整個生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。

      “暗氧”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),為地球生命起源的研究提供了新的線索。一些科學家認為,多金屬結核可能為地球早期生命提供了必要的氧氣環(huán)境,從而促進了生命的起源和演化。同時,這一發(fā)現(xiàn)也挑戰(zhàn)了我們對深海生態(tài)系統(tǒng)氧氣循環(huán)的傳統(tǒng)認知,推動了我們對這一領域的深入探索和研究。

      然而,這一發(fā)現(xiàn)也帶來了諸多挑戰(zhàn)和爭議。首先,關于“暗氧”產(chǎn)生的具體機制,目前尚存在諸多未解之謎,如產(chǎn)生電流的能量來源、反應是否持續(xù)發(fā)生等。其次,一些科研人員對研究結果表示質疑,認為可能是外部來源的氧氣污染所致,或者結核中氧化物的生成仍需依賴光合作用產(chǎn)生的氧氣。

      此外,“暗氧”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)還對深海采礦活動提出了新的挑戰(zhàn)。隨著全球對清潔能源和關鍵金屬需求的增加,深海采礦逐漸成為一個備受關注的領域。然而,“暗氧”現(xiàn)象表明,多金屬結核在深海生態(tài)系統(tǒng)中可能扮演著更為重要的角色,其開采活動可能對海洋環(huán)境造成不可預測的影響。因此,在推進深海采礦之前,必須充分考慮這一新發(fā)現(xiàn)對環(huán)境的潛在影響,并進行科學監(jiān)督和評估。

      “暗氧”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),無疑為我們打開了一扇通往深海未知世界的大門。隨著科學技術的不斷進步和深海探測技術的日益成熟,我們有理由相信,未來將有更多關于深海生態(tài)系統(tǒng)的秘密被揭示出來。

      對于多金屬結核及其產(chǎn)生的“暗氧”現(xiàn)象的研究,不僅有助于我們更深入地了解海洋生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能,還可能為地球生命起源和演化提供新的線索和證據(jù)。同時,這一發(fā)現(xiàn)也將對深海采礦活動產(chǎn)生重要影響,推動我們更加謹慎、科學地對待這一潛在的寶貴資源。

      在未來的探索中,我們期待科學家們能夠繼續(xù)深化對“暗氧”現(xiàn)象的研究,揭示其產(chǎn)生的具體機制和生態(tài)意義。

      海底多金屬結核與“ 暗氧” 現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn), 不僅是一次科學探索的突破, 更是人類對自然界奧秘不懈追求的一個縮影。在這場探索的旅途中, 我們不斷挑戰(zhàn)認知的邊界,拓展知識的疆域。未來, 隨著更多秘密的揭示和問題的解答, 我們定能更加深刻地理解這個藍色星球的奧秘與美麗。

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