يقول العلماء أنهم عثروا على الأكسجين في مكان لا ينبغي أن يكون فيه. والآن، يجري البحث عن المزيد من الإجابات

قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.

كان الاكتشاف المذهل الذي أُعلن عنه في شهر يوليو الماضي، والذي مفاده أن الصخور المعدنية تنتج الأكسجين على ما يبدو في قاع المحيط الهادئ، حيث لا يمكن للضوء أن يخترقه، بمثابة قنبلة علمية.

أشارت الأبحاث الأولية إلى أن عقيدات بحجم حبة البطاطس غنية بالمعادن، وُجدت في الغالب على عمق 4000 متر (13100 قدم) تحت السطح في منطقة كلاريون كليبرتون، وأطلقت شحنة كهربائية، مما أدى إلى تقسيم مياه البحر إلى أكسجين وهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي. وتتحدى هذه الظاهرة الطبيعية غير المسبوقة فكرة أن الأكسجين لا يمكن إنتاجه إلا من ضوء الشمس عن طريق عملية التمثيل الضوئي.

يشرع أندرو سويتمان، الأستاذ في الجمعية الاسكتلندية لعلوم البحار في المملكة المتحدة، والذي كان وراء هذا الاكتشاف، في مشروع مدته ثلاث سنوات لمزيد من البحث في إنتاج الأكسجين “المظلم”. يستخدم Sweetman وفريقه منصات مصنوعة خصيصًا ومجهزة بأجهزة استشعار يمكن نشرها على أعماق تصل إلى 11000 متر (36089 قدمًا). وتقوم مؤسسة نيبون بتمويل المشروع البحثي الذي تبلغ قيمته 2.7 مليون دولار (2.2 مليون جنيه إسترليني)، والذي تم الإعلان عنه يوم الجمعة.

كشف الكشف عن الأكسجين الداكن عن مدى قلة المعلومات المتوفرة عن أعماق المحيطات، ومنطقة كلاريون-كليبرتون، أو CCZ، على وجه الخصوص. ويجري استكشاف المنطقة لاستخراج المعادن النادرة الموجودة في العقيدات الصخرية في أعماق البحار. وتتشكل الأخيرة على مدى ملايين السنين، وتلعب المعادن دورًا رئيسيًا في التقنيات الجديدة والخضراء.

وقال سويتمان، رئيس مجموعة بيئة قاع البحر والكيمياء الحيوية الحيوية في مؤسسته، في نشرة إخبارية: “إن اكتشافنا للأكسجين الداكن كان بمثابة نقلة نوعية في فهمنا لأعماق البحار وربما الحياة على الأرض، لكنه أثار أسئلة أكثر من الإجابات”. يطلق. “هذا البحث الجديد سيمكننا من التحقيق في بعض هذه الأسئلة العلمية.”

وقال سويتمان إن الهدف الأولي للمشروع الجديد هو تحديد ما إذا كان إنتاج الأكسجين الداكن قد تم تكراره في مناطق أخرى من CCZ حيث يمكن العثور على العقيدات ثم كشف كيفية إنتاج الأكسجين بالضبط.

وأضاف أن فهم هذه الظاهرة بشكل أفضل يمكن أن يساعد علماء الفضاء أيضًا في العثور على حياة خارج الأرض.

الأكسجين في أماكن غير متوقعة

من الصعب إنتاج الأكسجين دون الطاقة المستمرة التي تأتي من ضوء الشمس، لكن علماء آخرين واجهوا أيضًا جزيئات أكسجين غير متوقعة في أماكن نائية محرومة من الضوء. وقال سويتمان إن إنتاج الأكسجين الداكن قد يكون ظاهرة أوسع تم التغاضي عنها.

اكتشف إميل راف، عالم الأحياء الدقيقة في المختبر البيولوجي البحري في وودز هول، ماساتشوستس، الأكسجين في عينات المياه العذبة في ألبرتا على عمق عشرات إلى مئات الأمتار تحت البراري الكندية، وهو اكتشاف هو ومؤلفون مشاركون من جامعة كالجاري ومعهد وودز هول لعلوم المحيطات. في دراسة نشرت في يونيو 2023. في بعض الحالات، تم عزل الأكسجين الداكن من الغلاف الجوي فوق الأرض لأكثر من 40 ألف عام.

إذا لم تتم إضافة الأكسجين بشكل مستمر إلى البيئة (عن طريق الأشجار والنباتات، على سبيل المثال)، فسوف يختفي في النهاية.

“بعد 40 ألف سنة أو 30 ألف سنة (منفصلة عن العمليات السطحية)، ليس هناك سبب حقيقي للاعتقاد بأنه يجب أن يكون هناك أي أكسجين متبقي. وقال راف: “نظرًا لأن الأكسجين متقبل لذيذ للإلكترون، فإنه عادةً ما يتأكسد كيميائيًا أو يتأكسد ميكروبيًا”. “إذن ماذا كان يفعل هناك؟”

وعلى غرار سويتمان، قال راف إنه اعتقد في البداية أن الأكسجين الجوي قد لوث عيناته، التي تم سحبها من 14 طبقة مياه جوفية. وبالنظر إلى عمر العينات، فإن أي أكسجين قد تفاعل مع مواد أخرى منذ فترة طويلة واختفى.

وبعد العمل بصبر في المختبر والميدان، اكتشف راف في النهاية أن الميكروبات الموجودة في الماء تنتج الأكسجين. يبدو أن الميكروبات قد طورت خدعة غامضة ولكن أنيقة سمحت لها بإنتاج جزيئات في غياب الضوء.

ومن خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية، تمكنت الميكروبات من تحطيم مركبات قابلة للذوبان تسمى النتريت، وهي جزيئات مكونة من ذرة نيتروجين واحدة وذرتي أكسجين، لإنتاج الأكسجين الجزيئي في عملية تعرف باسم التفكيك. وكان لدى الميكروبات أيضًا القدرة على استخدام الأكسجين لاستهلاك الميثان الموجود في الماء للحصول على الطاقة.

علاوة على ذلك، وجد راف أن كمية الأكسجين المنتجة كانت كافية للحفاظ على حياة ميكروبية أخرى تعتمد على الأكسجين في المياه الجوفية.

وقال: “الطبيعة لا تزال تفاجئنا”. “هناك الكثير من الأشياء التي قالها الناس: “أوه، هذا مستحيل”، ثم يتبين لاحقًا أن الأمر ليس كذلك.”

ولدراسة الأكسجين الداكن بشكل أكبر، سافر راف وفريقه إلى منجم بعمق 3 كيلومترات (9500 قدم) في جنوب أفريقيا في أغسطس، لأخذ عينات من المياه التي كانت محاصرة في الصخور لمدة 1.2 مليار سنة.

وكان العلماء يعرفون بالفعل أن الماء الموجود في المنجم يحتوي على جزيئات الأكسجين، لكن من غير الواضح كيف تشكلت. وأضاف أن راف وزملائه ما زالوا يدرسون العينات التي أخذوها، لكن لديهم فرضيتين حول كيفية إنتاج جزيئات الأكسجين.

يتم استخراج الموقع من الذهب واليورانيوم، وهو معدن مشع. يعد التحليل الإشعاعي، وهو تقسيم جزيئات الماء من خلال النشاط الإشعاعي، إحدى الطرق الممكنة لإنتاج الأكسجين بدون ضوء الشمس. وبدلاً من ذلك، يمكن أن يشمل إنتاج الأكسجين ميكروبات في عمليات مشابهة لتلك الموجودة في المياه الجوفية في كندا.

وقال سويتمان يوم الجمعة إن المشروع الجديد سيسعى أيضًا إلى فهم ما إذا كانت أي تفاعلات ميكروبية لعبت دورًا في إنتاج الأكسجين الداكن في قاع البحر. وعلى وجه الخصوص، سينظر المشروع في كيفية إطلاق الهيدروجين أثناء إنتاج الأكسجين بواسطة العقيدات المعدنية وما إذا كان الهيدروجين قد تم استخدامه كمصدر للطاقة لمجتمعات الميكروبات المكتشفة في أجزاء من أعماق المحيطات.

وقال: “أعتقد أنه ليس لدينا الآلية الكاملة بعد وسنحتاج إلى الكثير من الوقت لمعرفة ذلك”.

وقال راف إنه يأمل في التعاون مع سويتمان وعلماء آخرين مشاركين في أبحاث الأكسجين الداكن لفهم كيفية اختلاف التوقيع الكيميائي للأكسجين الناتج عن التحليل الكهربائي لمياه البحر عن ذلك الناتج عن الميكروبات أو التحليل الإشعاعي.

الأكسجين الداكن والبحث عن حياة خارج كوكب الأرض

وقال سويتمان إن المسؤولين في وكالة ناسا مهتمون بالأبحاث المتعلقة بإنتاج الأكسجين الداكن لأنه يمكن أن يرشد الفهم العلمي لكيفية استمرار الحياة على الكواكب الأخرى دون ضوء الشمس المباشر.

وأضاف أن وكالة الفضاء تريد إجراء تجارب لفهم كمية الطاقة اللازمة لإنتاج الأكسجين عند الضغوط الأعلى التي تحدث على إنسيلادوس ويوروبا، القمرين الجليديين لكوكب زحل والمشتري، على التوالي. وتعد تلك الأقمار من بين الأهداف التي يتم البحث فيها عن إمكانية وجود حياة.

وتهدف شركات التعدين في أعماق البحار إلى استخراج الكوبالت والنيكل والنحاس والليثيوم والمنغنيز الموجودة في العقيدات لاستخدامها في الألواح الشمسية وبطاريات السيارات الكهربائية وغيرها من التكنولوجيا الخضراء. اعترضت بعض الشركات على أبحاث سويتمان.

يقول المنتقدون إن التعدين في أعماق البحار يمكن أن يلحق ضررا لا رجعة فيه بالبيئة البكر تحت الماء، وأنه يمكن أن يعطل طريقة تخزين الكربون في المحيط، مما يساهم في أزمة المناخ.

وقالت شركة المعادن إنها قدمت رداً إلى مجلة Nature Geoscience، وهي المجلة التي نشرت البحث الأصلي. وقالت الشركة إن التقديم يخضع لمراجعة النظراء ولكن لم يتم نشره بعد.

وقال سويتمان إنه كان على علم برد الفعل النقدي وسيرد “من خلال القنوات التي يراجعها النظراء”.

وقال: “نحن مقتنعون تماماً بأن هذه عملية فعلية تحدث في قاع البحر”.

وقال سويتمان أيضًا إنه من الحكمة تأجيل استغلال الموارد في قاع البحر حتى يتم فهم النظام البيئي بشكل أفضل.

قالت إيمي جارتمان، عالمة المحيطات البحثية ورئيسة مشروع المعادن البحرية العالمية في مركز العلوم الساحلية والبحرية للمحيط الهادئ التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية في سانتا كروز، كاليفورنيا، إن هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية لم تلاحظ أي ظواهر كهربائية في عقيدات الحديد المنغنيز التي تم فحصها حتى الآن. لم تشارك في بحث سويتمان أو راف.

وقالت: “يحاول الباحثون حاليًا تكرار الظواهر التي أبلغ عنها سويتمان وآخرون”. “البحث العلمي هو عملية وقد يستغرق الأمر بعض الوقت قبل الوصول إلى إجابة قاطعة.”

لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com