Fotosyntesen danner oksygen, som de fleste flercellede dyr er avhengig av. Ved hjelp av sollys blir vann og CO₂ til oksygen og sukker. 

Nå har forskere oppdaget at oksygen blir skapt på et uventet sted: 4000 meter under vann, i stummende mørke der ingen solstråler når ned. 

I en ny studie betegner forskere det som «mørkt oksygen», oksygen som lages uten lys. 

– Vi har en annen kilde til oksygen på planeten, bortsett fra fotosyntese, konstaterer Andrew Sweetman, som var med på studien, til Nature. Han er forsker ved Scottish Association for Marine Science. 

Oppdagelsen forbauser. 

– Det er utrolig interessant og nærmest et paradigmeskifte om det stemmer at denne prosessen skjer i stor skala, sier Steffen Leth Jørgensen som er forsker i geobiologi og leder for Senter for dyphavsforskning ved Universitetet i Bergen.

Betydning for livets utvikling?  

Det ser ut til at metalliske klumper på havbunnen kan fungere som et naturlig batteri og splitte vann til hydrogen og oksygen. 

Det presenterer forskere i en ny studie i tidsskriftet Nature geoscience. 

Hvis produksjonen viser seg å være betydelig, åpner det blant annet for nye spørsmål om livets utvikling.

De fleste dyr, som består av mer enn en celle, behøver oksygen. Der er bred enighet om at tilstedeværelse av oksygen var nødvendig for at de skulle utvikle seg

– Vi har alltid antatt at oksygen nærmest bare ble produsert biologisk via fotosyntesen, sier Steffen Leth Jørgensen.

– Det startet med at bakterier som for cirka 2,8 milliarder år siden utviklet evnen til å utføre fotosyntese. Dermed ble disse bakteriene de første til å produsere oksygen. Det antas at det var disse organismene som førte til den raske oppbyggingen av oksygen i atmosfæren i det som er kjent som den store oksidasjonshendelsen.

Det nye funnet åpner muligheten for at det første oksygenet i atmosfæren vår i stedet stammer fra kjemiske prosesser mellom sjøvann og mineraler på havbunnen, og ikke fra biologisk fotosyntese.

– Det kan bety en fullstendig endring av hvordan vi skal forstå utvikling av komplekst liv, oksygen i atmosfæren, hvor vi skal lete etter sporene, og den konteksten vi forstår utviklingen av vår planet i.

Jørgensen følger opp med at funnet først må bekreftes i andre studier og det er fremdeles mange uavklarede spørsmål.

– Det er alltid slik med ny forskning at vi må få verifisert det gjennom flere studier. Ikke minst når påstanden forskerne kommer med er så gjennomgripende, er kravet til bevisene ekstra store.

Trodde målingene var feil

Så hvordan kom forskerne fram til dette nye funnet? Det begynte med at Andrew Sweetman og kolleger fikk tilbake rare målinger fra forsøk som begynte i 2013. 

Sweetman gjorde forsøk der et instrument ble senket ned til havbunnen. Et lite kammer kapsler inn sedimenter og vann og oksygeninnholdet måles. 

Normalt vil oksygeninnholdet i slike eksperimenter synke over tid. Mikroorganismer bruker oksygen og det blir ikke dannet noe nytt. Dette forteller om aktiviteten blant mikroorganismer på havbunnen. 

Men i eksperimentene fra 2013, skjedde det motsatte. Oksygeninnholdet økte over tid. 

Prøvene ble tatt i Clarion-Clipperton Zone, et stort havbunnsområde i Stillehavet mellom Hawaii og Mexico. Her er det planer om å starte opp gruvedrift i dyphavet.

–  Vi trodde at sensorene var defekte fordi i hver undersøkelse som noen gang er gjort i dyphavet, har vi bare sett oksygen bli konsumert, ikke produsert, sier Sweetman i en pressemelding. 

– Vi dro hjem igjen og kalibrerte sensorene på nytt, men i løpet av ti år fortsatte disse merkelige oksygenmålingene å dukke opp.

– Inne på noe banebrytende

Til slutt byttet forskerne til en ny metode for å gjøre oksygenmålingene.  

– Da begge metodene kom tilbake med samme resultat, visste vi at vi var inne på noe banebrytende som ikke var tenkt på før, sier Sweetman.

Er det virkelig noe der nede som produserer oksygen?  

Forskerne hentet opp materiale fra havbunnen og begynte å gjøre eksperimenter.

Også i laboratoriet så de at oksygenet økte over tid.

Metallrike klumper

Materialet fra havbunnen inkluderte steinete klumper, såkalte polymetalliske noduler.

Dette klumper med metaller som ligger løst på dyphavslettene. De kan være på størrelse med en potet eller mindre. 

Det begynner med et lite fragment av et skjell eller en stein. Metaller i sjøvannet legger seg utenpå fragmentet over tid. 

Lag på lag vokser klumpene millimeter på millimeter i millioner av år. Klumpene er rike på stoffer som nikkel, kopper, kobolt og mangan. Dette er metaller som trengs for å lage batterier og annen teknologi for det grønne skiftet. 

Det utvikles derfor teknologi for å plukke noduler fra havbunnen.

Den potensielle nye næringen vekker imidlertid debatt. Havforskere har varslet om at vi mangler kunnskap om dyphavet og hva slags konsekvenser slik mineralutvinning på havbunnen vil ha. 

Naturlige batterier

I eksperimenter på laboratoriet utelukket Sweetman og kolleger at det var mikrober  som laget oksygen. 

Tankene falt på de metalliske nodulene etter Sweetman så på en dokumentar om gruvedrift på havbunnen.

I dokumentaren ble det sagt at nodulene er som et batteri i stein. 

– Når jeg så dette, tenkte jeg plutselig, kan være elektrokjemisk? Disse nodulene de vil utvinne for å lage batterier, kan de faktisk være batterier selv? sier Sweetman til CNN. 

AA-batterier med 1,5 volt kan splitte vann til hydrogen og oksygen. 

En kan lage hydrogen som kan brukes til å drive for eksempel hydrogenbiler via elektrolyse av vann. Da brukes elektrisk energi til å dele vannmolekyler opp til hydrogen og oksygen.

Forskerne gjorde målinger og fant spenninger på overflaten av nodulene på opp til 0,95 volt. 

Det er litt mindre enn det som trengs for saltvannselektrolyse, men høyere spenning kan forekomme når flere noduler er i kontakt med hverandre. 

Stoppet ved et punkt

– Det ser ut til at vi oppdaget et naturlig «geobatteri», sier Franz Geiger ved Northwestern University i USA, som også var med på studien. 

I eksperimentene så det ut til at nodulene økte konsentrasjonen av oksygen i vannet. Men det pågikk ikke for evig. 

– De begynner å produsere oksygen, opp til et punkt. Så stopper de, sier Sweetman til Nature. 

Hvorfor det er slik er noe uklart. 

Uvisst hva det har å si for dyrelivet

Foreløpig vet man ikke hvor mye oksygen som eventuelt produseres på havbunnen. Hvis det er store mengder, kan det ha betydning for dyrelivet der nede. 

Dette vil bli viktig å finne ut av før man begynner å hente opp noduler i stor skala. 

– Det vil være helt avgjørende, sier Jørgensen. 

– Vi vet ikke om dette er relevant i et økologisk perspektiv, men det er absolutt noe vi må undersøke. 

Jørgensen påpeker at studien ikke kan si noe som helst om hvor mye oksygen som blir produsert globalt på havbunnen på nåværende tidspunkt.

Han stusser også ved at oksygenproduksjonen stoppet i forsøkene. 

– Etter 12 til 24 timer begynner produksjonen å flate ut. Det er rart. Hvorfor skulle det skje? 

– Forklaringen de har nå, er at når de utfører deres målinger på havbunnen, så får de virvlet opp sedimenter som ligger over nodulene og får dermed tilgjengeliggjort aktive områder på disse nodulene.

– Om det er riktig så vil det si at de ikke står og produserer oksygen til vanlig. Skjer det kun når systemet blir forstyrret? Er dette i det hele tatt noe som foregår på havbunnen i et omfang som har noen betydning?

Det er fremdeles mange spørsmål. 

Hva med skorper på sjøfjell?

Regjeringen har åpnet for at private selskaper kan begynne å undersøke mineralforekomster på havbunnen innenfor norsk territorium. 

I norske områder er det ikke noduler, forteller Jørgensen, men vi har noe tilsvarende som kalles manganskorper. Dette er metalliske skorper som dannes langs sjøfjell. 

– De består på mange måter av de samme mineralene som nodulene. Men de dannes ikke ved at metaller felles ut på havbunnen, men derimot langs sjøfjell. Vi finner dem ofte på 2000 til 3000 meters dyp. Disse forekomstene er også noe gruveindustrien er interessert i.

Det vil være interessant og viktig og finne ut av om disse manganskorpene også er i stand til å katalysere dannelsen av oksygen, sier Jørgensen.

– Dette er helt nytt, og vi har ikke tidligere tenkt at dette kunne være en relevant prosess. Senter for dyphavsforskning er en viktig bidragsyter til ny viten om geologiske og biologiske prosesser i dyphavet og er ofte ute i områder der det er slike forekomster. Jeg tenker at dette er noe vi vil begynne å se på så fort som mulig.

– En bit i puslespillet 

Lise Øvreås, havforsker og leder av Det Norske Videnskaps-Akademi, synes også at den nye studien er oppsiktsvekkende, og har kommentert studien i VG. 

– Dette er en av mange biter i det store puslespillet. Havbunnen er et av de minst studerte områdene på jorden og det kommer stadig nye funn om at det man tidligere trodde var et dødsstille hav, faktisk er oaser med myldrende liv, og nå altså i tillegg avdekket å være et viktig område for å produsere oksygen og bidra til livet på planeten, sier Øvreås til VG. 

Hun mener det trengs mer kunnskap før man setter i gang med utvinning av mineraler på havbunnen. 

– Vi har ikke kartlagt havbunnen i detalj. Vi oppdager stadig nye organismer og livsprosesser. Hvilke konsekvenser det har for organismene om vi begynner å utvinne mineraler fra disse områdene, vet vi ikke. 

Referanse: 

Andrew K. Sweetman, m. fl.: «Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor», Nature Geoscience, 22. juli 2024. 

LES OGSÅ:

Dyphavet: Forskere fant muddervulkaner og samlet inn hundrevis av små kryp

Fant 3.300 år gammelt skip med intakt last: – Banebrytende