Vědci zjistili, že na dně oceánu vzniká kyslík. Protože se to děje v temnotě, kam nikdy nepronikne světlo, říkají mu „temný kyslík“. Objev podle autorů nové studie naznačuje, že je zapotřebí zamyslet se nad tím, jestli moderní život na Zemi nemohl vzniknout jinak, než se píše v učebnicích.
Když se řekne vznik kyslíku, tak asi každého napadne fotosyntéza. Plyn nutný pro současnou podobu života na Zemi opravdu vzniká přirozeně hlavně tímto způsobem, ale vědci teď popsali další proces: kyslík může vznikat z kovových minerálů na dně oceánu.
Může to znít jen jako drobnost, ale podle mnoha expertů může mít tento objev dalekosáhlé důsledky. Například nabízí nové teorie o původu života na naší planetě. Zpochybňuje totiž dlouholeté předpoklady, že kyslík na Zemi vytvářejí pouze fotosyntetické organismy, jako jsou rostliny a řasy.
Životadárný plyn může vznikat i na mořském dně, v hloubce pod čtyři tisíce metrů, kam nepronikne jediný paprsek slunečního světla. Což znamená, že může podporovat mořské živočichy dýchající kyslík, kteří žijí v naprosté temnotě. Vědci to popsali v odborném časopise Nature Geoscience.
Za tímto potenciálně přelomovým objevem stojí skotský badatel Andrew Sweetman, který na „temný kyslík“ narazil přímo v terénu, během výzkumu v Tichém oceánu. Američan Franz Geiger pak už v laboratoři provedl elektrochemické experimenty, které vysvětlují, jak proces probíhá a na jakých principech funguje.
Hlubokomořská těžba má další problém
Jak vznikl život, je otázka, na kterou hledají odpověď celé generace vědců v mnoha oborech. Není jen čistě vědecká, má dopad i na vnímání člověka, organizovaná náboženství, a tedy i celé společnosti. „Aby mohl na planetě vzniknout aerobní (kyslík dýchající) život, musel zde být kyslík. Podle našich poznatků začaly na Zemi kyslíkem atmosféru zásobovat až fotosyntetické organismy,“ shrnul Sweetman. „Teď ale víme, že kyslík vzniká i v mořských hlubinách, kde není světlo. Myslím, že se proto musíme znovu zabývat otázkou, kde a jak vznikl aerobní život.“
Jádrem jeho objevu jsou takzvané polymetalické konkrece. Jde o přírodní ložiska minerálů, která se tvoří na dně oceánů. Jedná se o směs různých minerálů a jejich velikost se pohybuje mezi drobnými částečkami a průměrnou bramborou. „Polymetalické konkrece, které produkují tento kyslík, obsahují kovy, jako je kobalt, nikl, měď, lithium a mangan, což jsou všechno důležité prvky používané v bateriích,“ vysvětluje Geiger.
Tím jsou tyto materiály velmi zajímavé pro průmysl a o jejich hlubokomořské těžbě se už řadu let intenzivně diskutuje. Mimo jiné je toto téma zajímavé i pro Česko: jako jedna z mála zemí světa má totiž koncesi na těžbu, v konsorciu s několika dalšími státy včetně Ruska. Je také členem Rady Mezinárodního úřadu pro mořské dno, který rozhoduje o udělení práva na těžbu.
Už v minulosti řada expertů před hlubokomořskou těžbou varovala, protože by mohla narušit ekosystémy, o nichž prakticky nic nevíme a neznáme tedy ani dopady na další propojené systémy. Nový výzkum tato varování jen zesiluje.
„Několik velkých těžebních společností se teď snaží tyto vzácné prvky těžit z mořského dna v hloubce tří až šesti tisíc metrů pod hladinou. Musíme přehodnotit způsob těžby těchto materiálů, abychom nevyčerpali zdroj kyslíku pro hlubokomořský život,“ zdůrazňuje Geiger, který je profesorem chemie na Northwestern Weinberg College of Arts and Sciences.
Tohle není omyl
Sweetman na objev narazil, když odebíral vzorky z mořského dna v takzvané Clarion-Clippertonově zóně, což je hornatý podmořský hřbet podél mořského dna, který se táhne podél severovýchodní části Tichého oceánu. Právě tato zóna je místem, kde chce konsorcium, jehož dvacet procent vlastní Česko, vzácné minerály těžit. Když Sweetmanův tým změřil koncentraci kyslíku v této oblasti, nechal znovu zkontrolovat přístroje. Naměřená data totiž nedávala vůbec smysl a nejpravděpodobnějším vysvětlením bylo, že měřicí zařízení je pokažené.
Jenže se to nepotvrdilo.
„Když jsme poprvé získali tyto údaje, mysleli jsme si, že senzory jsou vadné, protože všechny studie, které kdy byly v hlubokém moři provedeny, zaznamenaly pouze spotřebu kyslíku, nikoli jeho produkci,“ popisuje Sweetman. „Vrátili jsme se domů a znovu kalibrovali senzory, ale tyto podivné údaje o kyslíku se pak objevily znovu. „Rozhodli jsme se pro náhradní metodu, která fungovala jinak než senzory, které jsme používali. Když obě metody přinesly stejné výsledky, pochopili jsme, že jsme přišli na něco převratného a netušeného.“
Přírodní baterky na dně oceánu
Na podivná data narážel Sweetmanův tým téměř deset let a neměl pro ně vysvětlení. Až v létě roku 2023 Sweetman kontaktoval zmíněného Franze Geigera, aby s ním probral možná vysvětlení tohoto prapodivného zdroje kyslíku.
Geiger se kovovým minerálům a jejich interakci s mořskou vědou věnuje dlouhodobě, už dříve například zjistil, že rez v kombinaci se slanou vodou může generovat elektřinu. Vědce zajímalo, jestli výše popsané polymetalické konkrece v hlubinách oceánu mohou vytvořit tolik elektřiny, aby mohl vznikat kyslík. Tato chemická reakce je součástí procesu zvaného elektrolýza mořské vody, při němž se z atomu kyslíku ve vodě vytrhávají elektrony.
Naštěstí měl Sweetman k dispozici vzorky odebrané z mořského dna, které se daly otestovat. Ukázalo se, že k rozbití mořské vody stačí pouhých 1,5 voltu, což je stejné napětí jako v typické tužkové baterii. Na povrchu jednotlivých konkrecí přitom vědci naměřili napětí až 0,95 voltu. To sice samo o sobě ještě ke spuštění výroby kyslíku z mořské vody nestačí, ale když se více podobných konkrecí seskupí dohromady, může být napětí mnohem významnější. Autoři práce to přirovnávají k zapojení baterie do série.
„Zdá se, že jsme objevili přírodní geobaterii,“ komentuje výsledky Geiger. „Tyto geobaterie jsou základem pro možné vysvětlení produkce temného kyslíku v oceánu.“
Nový argument pro ochranu mořského dna
Podle vědců, kteří se na tomto výzkumu nepodíleli, jsou výsledky nesmírně zajímavé a důkazy přesvědčivé. Beth Orcuttová z Bigelow Laboratory for Ocean Sciences v Maine uvedla pro stanici CNN, že studie rozhodně zpochybňuje „tradiční paradigma koloběhu kyslíku v hlubokých mořích“. Tým ale poskytl „dostatek podpůrných údajů, které tato pozorování vysvětlují“, uvedla.
Stejný názor měl i Craig Smith, emeritní profesor oceánografie na Havajské univerzitě v Mānoa, podle nějž je hypotéza geobaterie rozumným vysvětlením vzniku temného kyslíku. „Stejně jako u každého nového objevu ale mohou samozřejmě existovat i alternativní vysvětlení,“ upozornil pro CNN. „Regionální význam takové produkce temného kyslíku nelze vzhledem k omezené povaze této studie úplně posoudit, ale naznačuje to potenciální nedoceněnou ekosystémovou funkci manganových konkrecí na dně hlubokých moří,“ dodal Smith.
Podle autorů práce by výsledky jejich objevu měli vzít v úvahu i těžaři, ještě než pošlou do hlubin stroje, které prostředí nenávratně zničí. Polymetalické konkrece jsou v současnosti jedním z potenciálně nejzajímavějších zdrojů vzácných kovů, které v podstatě mohou vyřešit přechod na „zelenou ekonomiku“. Díky nim by bylo možné po desítky let vyrábět baterie a další komponenty pro obnovitelné zdroje. Lidstvo by tak sice na čas vyměnilo závislost na fosilních zdrojích za závislost na vzácných minerálech, ale pokud by během té doby zdokonalilo proces recyklace, bylo by to řešení dekarbonizace.
Podle Geigera je ale důležité zamyslet se nad tím, jestli tak lidstvo nezpůsobí větší škody. Není to podle něj jen nějaké odhadování budoucích problémů – vychází z toho, jak dopadla pokusná hlubokomořská těžba v osmdesátých letech dvacátého století. „V letech 2016 a 2017 mořští biologové navštívili lokality, kde se těžilo v 80. letech minulého století, a zjistili, že se tam neobnovily ani bakterie,“ zdůraznil.
„V netěžených oblastech ale mořský život naopak vzkvétal. Proč takové mrtvé zóny přetrvávají po celá desetiletí, se zatím neví. Klade to ale velký vykřičník na strategie těžby na mořském dně, protože rozmanitost fauny oceánského dna v oblastech bohatých na konkrece je vyšší než v nejrozmanitějších tropických deštných lesích,“ zakončuje vědec své varování.
