编译 苦山

孑遗海葵属未定种是从位于海平面下4000 多米处的克拉里昂-克利珀顿区采集到的新物种。这种生物生活在附着于多金属结核的海绵茎上，而这些多金属结核是采矿业的关注重点

2013 年，一艘船在太平洋的偏远地区首次观测到了一种神秘现象，它太过荒谬，以至于海洋科学家安德鲁 • 斯威特曼（Andrew Sweetman）确信是他的监测设备出了故障。

传感器的读数似乎显示，距离海面4000 多米的海底正在生成氧气，但没有光线可以照射到那里。之后，在三次前往克拉里昂-克利珀顿区的航行中，发生了同样的状况。

“基本上，我都是告诉我的学生，把传感器收回盒子里，我们得把它们寄回给厂商检测，因为这些数据太离谱了。”斯威特曼说道。他是英国苏格兰海洋科学协会的教授，也是该机构海底生态学和生物地球化学小组的负责人。“但每次厂家都回复说，它们没问题，已经校准了。”

斯威特曼表示，像植物、浮游生物和藻类这样的光合生物会利用阳光产生氧气，这些氧气会循环进入深海，但过往在深海进行的研究表明，深海生物只会消耗氧气，不会产生氧气。

如今，斯威特曼团队的研究正在挑战这一长期存在的假设：他们发现了不依赖光合作用产生的氧气。

“当你发现一些违反常理的现象时，你会非常谨慎。”他说。

2024 年7月发表在《自然-地球科学》期刊上的这项研究表明，人类对深海仍然知之甚少，同时也强调了在推动海底开采稀有金属和矿物的过程中面临的风险。该研究发现，在光合作用之外，地球上还存在另一种氧气来源，这一发现具有深远影响，可能有助于解开生命起源之谜。

海底采样

斯威特曼首次观察到海底产生“暗”氧时，正在为一个被指定开采土豆大小的多金属结核的区域评估海洋生物多样性。多金属结核历经数百万年的化学过程形成，这些过程使得金属从水中析出，围绕贝壳碎片、鱿鱼喙和鲨鱼牙齿形成结核，它们在海底覆盖了相当大的面积。

图中展示的是2021 年在太平洋海面下4000 多米处，从克拉里昂-克利珀顿区的海底附近采集的样本中的氧气微气泡。这些气泡是海水在上升到海面的过程中由于温度升高而释放出来的

这些结核中含有的钴、镍、铜、锂和锰等金属在太阳能电池板、电动汽车电池和其他绿色技术中的应用需求量极大。然而，批评者认为，深海采矿可能会对原始的水下环境造成不可逆转的破坏，采矿设备产生的噪音和沉积物羽流不仅会影响中层水域的生态系统，还会危害那些常常依附在结核上的海底生物。

科学家还警告说，深海采矿可能会破坏海洋中碳的储存方式，从而加剧气候危机。

在2013 年的那次实验中，斯威特曼和他的同事们使用了一种深海着陆器，它沉入海底，将一个比鞋盒还小的密闭舱插入沉积物中，封闭住一小块海底区域及其上方的小块水域。

他原本预期传感器会检测到氧气水平随着时间推移缓慢下降，因为微小的动物会吸入这些氧气。他计划根据这一数据计算出所谓的“沉积物群落耗氧量”，它能够提供有关海底动物和微生物活动的重要信息。然而，事实并非如此，氧气含量不降反升。

直到2021年，当斯威特曼使用另一种备用方法检测氧气并得出了相同的结果时，他才接受海底真的有氧气产生，并意识到他需要弄清楚这件事。

“我心想，天啊，在过去八九年里，我一直忽视了一些深刻而庞大的东西。”他说。

在接近十年的时间里，斯威特曼在克拉里昂-克利珀顿区的多个地点一次又一次地观测到了这个现象。克拉里昂-克利珀顿区是一个绵延4000 多英里（约6400 千米）的大范围区域，不受任何国家管辖。

研究团队将一些沉积物、海水和多金属结核样本带回实验室研究，试图了解氧气究竟是如何产生的。

了解“暗”氧

通过一系列实验，研究人员排除了微生物等生物过程的可能性，转而将这种现象的起源锁定在了结核本身。他们推断，也许是结核中的氧化锰释放出了氧气。但斯威特曼表示，这种释放并不是起因。

在巴西圣保罗一家酒店的酒吧里，斯威特曼曾观看过一部有关深海采矿的纪录片，这给了他启发。“纪录片里有谁说了句，那就是块岩石中的电池，”他回忆道，“看到这里，我突然想，深海氧气的生成会不会是电化学过程？这些被开采用于制造电池的结核，它们本身会不会就是电池呢？”

斯威特曼解释说，即使是一节5 号电池，将它放入盐水中时，所产生的电流也足以将水分解成氧气和氢气——这一过程被称为海水电解。他推测，结核可能在做类似的事情。

斯威特曼找到了美国伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的电化学家弗朗兹 • 盖格（Franz Geiger），两人一同展开了进一步的研究。他们使用一种叫作万用表的设备来测量微小的电压和电压变化，并从结核表面记录到了0.95 伏的电压。

这些读数低于海水电解所需的1.5伏电压，但它们表明，结核聚集在一起时可能会形成显著的电压。

“看来，我们发现了一种天然的‘地质电池’，”盖格在新闻发布会上表示，“这些地质电池可能是解释海洋中‘暗氧’产生的依据。”

挑战传统范式

英国南安普敦国家海洋学中心的海洋生物地球科学小组主任丹尼尔 • 琼斯（Daniel Jones）教授表示，深海结核能够产生氧气是“一项惊人且意外的发现”。他曾与斯威特曼合作，但未直接参与此次研究。琼斯通过电子邮件表示：“这样的发现展示了前往这些偏远但重要的全球海洋区域进行远洋科考的价值。”

据美国缅因州比格洛海洋科学实验室的高级研究员贝丝 • 奥库特（Beth Orcutt）称，这项研究无疑挑战了“深海中氧气循环的传统范式”。奥库特虽然没有参与此次研究，但她表示，该团队提供了“足够的支持数据来证明这一观测结果是真实的信号”。

克拉里昂-克利珀顿区海底发现的多金属结核富含锰、铜、钴和镍

美国夏威夷大学马诺阿分校的海洋学名誉教授克雷格 • 史密斯（Craig Smith）称，地质电池假说是对暗氧产生的合理解释。

“然而，就和其他任何新发现一样，也可能还有其他解释。”史密斯通过电子邮件表示。

史密斯同样没有参与这项研究。他表示：“由于这项研究的局限性，我们无法真正评估这种（暗氧产生）现象的重要性，但它确实表明，锰结核在深海海底具有潜在的、尚未被充分认识的生态系统功能。”

揭开生命起源之谜

美国地质调查局估计，克拉里昂-克利珀顿区拥有21.1 万亿吨的多金属结核，其中所含的关键金属比全球陆地储量的总和还要多。

根据《联合国海洋法公约》，国际海底管理局负责管理该地区的采矿活动，并已发放了勘探合同。2024 年7 月，该组织在牙买加举行会议，审议制定允许企业从海底开采金属的新规则。

然而，包括英国和法国在内的几个国家已表示了谨慎的态度，支持暂停或禁止深海采矿，以保护海洋生态系统和生物多样性。2024 年7月早些时候，美国夏威夷已经禁止在本州水域进行深海采矿。

斯威特曼和盖格表示，在可能开采深海结核之前，采矿行业应考虑这一新发现的影响。

史密斯表示，考虑到采矿会对生物多样性丰富的脆弱原始环境产生未知影响，他赞成暂停开采结核。

盖格指出，20 世纪80 年代在该区进行的早期采矿尝试给后人提供了警示。

在克拉里昂-克利珀顿区东部的海底可以看到未定种海参的身影

“2016 年和2017 年，海洋生物学家考察了20 世纪80年代采过矿的区域，发现连细菌都未能在这些区域恢复。”盖格说。

“然而，在未开采的区域，海洋生物却能够蓬勃发展。这种‘死亡区’为何会持续存在数十年，目前还不得而知，”他补充道，“然而，这给海底采矿策略打上了一个大大的问号，因为结核富集区的海底动物多样性比生物多样性最为丰富的热带雨林还要高。”

斯威特曼的科学研究得到了两家有意在克拉里昂-克利珀顿区采矿的公司的资助和支持，他表示，对深海采矿进行科学监督至关重要。

有关“暗氧”产生的细节，以及它在深海生态系统中扮演的角色，仍有许多未解之谜。

斯威特曼补充道，了解海底如何产生氧气还有可能为生命起源之谜提供线索。长期以来，有一种理论认为，生命起源于深海的海底热泉，而海水电解能够在深海中形成氧气的发现，或可激发人们对地球生命起源的新思考。

“我认为仍需要进行更多的科学研究，特别是围绕暗氧的形成过程及其重要性，”斯威特曼说，“我希望这个开端能将我们引向一个令人惊叹的结果。”

资料来源 CNN

本文作者凯蒂 • 亨特（Katie Hunt）是CNN的资深栏目制作人，也撰写科学与健康领域的科学文章