Geheimnisvolle Sauerstoffproduktion im Pazifik entdeckt

Ein Phänomen am Meeresboden des Pazifiks gibt Wissenschaftlern Rätsel auf. Im Meer werden große Mengen Sauerstoff produziert, obwohl Sonnenlicht für die Photosynthese fehlt. Dahinter könnte eine chemische Reaktion stecken, die Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff spaltet. Woher die dafür nötige Energie stammt, ist jedoch unbekannt.

Eine Region im Pazifik, übersät mit alten, pflaumengroßen polymetallischen Knollen, spielt möglicherweise eine Rolle bei dieser Sauerstoffproduktion, da sie als Katalysatoren wirken könnten. Diese Entdeckung wurde in Nature Geoscience veröffentlicht.

Andrew Sweetman, Meeresboden-Ökologe an der Scottish Association for Marine Science in Oban, Großbritannien, sagt:

Wir haben eine weitere Sauerstoffquelle auf dem Planeten, neben der Photosynthese.

Dieses neue Wissen könnte helfen, das Verständnis über den Ursprung des Lebens zu erweitern und die Auswirkungen des Tiefseebergbaus zu bewerten.

Unerwartete Sauerstoffproduktion

Sweetman und sein Team bemerkten erstmals 2013 während Feldarbeiten in der Clarion-Clipperton-Zone, dass etwas nicht stimmte. Diese Zone zwischen Hawaii und Mexiko ist größer als Indien und ein potenzielles Ziel für den Abbau metallreicher Knollen. Die Forscher setzten Module ein, die automatisierte Experimente am Meeresboden durchführten und Sauerstoffkonzentrationen in abgetrennten Wassermengen maßen. Erwartungsgemäß sollte der Sauerstoffgehalt ohne photosynthetische Organismen sinken.

Überraschenderweise stieg die Sauerstoffkonzentration in der Clarion-Clipperton-Zone. Sweetman hielt dies zunächst für einen Sensorfehler, doch weitere Messungen in den Jahren 2021 und 2022 bestätigten das Phänomen. „Ich erkannte plötzlich, dass ich acht Jahre lang diesen potenziell erstaunlichen neuen Prozess ignoriert hatte, der 4.000 Meter unter dem Meeresspiegel stattfand,“ sagt Sweetman laut nature.

Höhere Sauerstoffwerte als erwartet

Die Menge des produzierten Sauerstoffs war nicht gering: Die Konzentrationen in den Kammern waren höher als in algenreichen Oberflächengewässern. Andere Regionen ohne polymetallische Knollen zeigten diese Sauerstoffproduktion nicht, was deren wichtige Rolle vermuten lässt.

Um ihre Hypothese zu testen, rekreierte das Team die Bedingungen des Meeresbodens im Labor auf ihrem Schiff. Sie beobachteten, dass die Sauerstoffkonzentration in Proben mit polymetallischen Knollen stieg – jedoch nur bis zu einem gewissen Punkt. Sweetman vermutet, dass die Energie, die zur Spaltung der Wassermoleküle benötigt wird, erschöpft war.

Rätselhafte Energiequelle

Die Forscher maßen Spannungen auf der Oberfläche der Knollen und stellten Unterschiede von bis zu 0,95 Volt fest. Das sind zwar nicht ganz die erforderlichen 1,5 Volt, um ein Wassermolekül zu spalten, aber theoretisch könnten höhere Spannungen erzeugt werden, indem man, ähnlich wie bei Batterien, zwei Knollen in Reihe schaltet, erklärt Sweetman. Co-Autor Franz Geiger von der Northwestern University in Evanston, Illinois, betont, dass es unklar sei, ob bei der Reaktion auch molekularer Wasserstoff entsteht oder Protonen freigesetzt werden. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse könnte jedoch nützliche Anwendungen haben. „Vielleicht gibt es am Meeresboden einen Bauplan, der uns hilft, bessere Katalysatoren zu entwickeln,“ sagt Geiger.

Eva Stüeken von der University of St. Andrews in Großbritannien, meint, dass diese Ergebnisse auch Auswirkungen auf die Suche nach außerirdischem Leben haben könnten. „Die Anwesenheit von Sauerstoff auf anderen Planeten müsste möglicherweise mit zusätzlicher Vorsicht interpretiert werden,“ sagt sie.

Bevor der Tiefseebergbau beginnt, sollten Forscher die Gebiete kartieren, in denen Sauerstoff produziert wird, warnt Sweetman. Ansonsten könnten Ökosysteme, die auf diesen Sauerstoff angewiesen sind, kollabieren, wenn die Knollen entfernt werden. „Wenn dort große Mengen Sauerstoff produziert werden, ist das möglicherweise wichtig für die dort lebenden Tiere,“ fügt er hinzu.

Was du dir merken solltest:

• Wissenschaftler haben entdeckt, dass am Meeresboden des Pazifiks Sauerstoff produziert wird, obwohl dort kein Sonnenlicht für die Photosynthese vorhanden ist. Eine mögliche Erklärung ist eine chemische Reaktion im Meer, die Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff spaltet, wobei die genaue Energiequelle noch unbekannt ist.
• Polymetallische Knollen am Meeresboden könnten als Katalysatoren für diese Sauerstoffproduktion fungieren, was durch Experimente bestätigt wurde. Die Entdeckung erweitert das Verständnis über den Ursprung des Lebens und wie man die Auswirkungen des Tiefseebergbaus bewertet.
• Forscher warnen, dass vor Beginn des Tiefseebergbaus Gebiete kartiert werden sollten, in denen Sauerstoff produziert wird, um mögliche Schäden an den dortigen Ökosystemen zu vermeiden. Die Erkenntnisse könnten auch die Suche nach außerirdischem Leben beeinflussen, da das Vorhandensein von Sauerstoff auf anderen Planeten neu bewertet werden muss.

Bild: © Vecteezy