深海发现大型矿场和“暗氧”！是能源危机的希望还是潘朵拉之盒？

深海的暗氧：无光环境中的神秘氧气生成

深海，被誉为地球最后的未开发疆域，隐藏着许多不为人知的奥秘。数千米深的海底沉积了数量庞大的多金属结核，这些矿物因含有大量珍贵金属，对现代技术，尤其是能源转型，至关重要。然而，科学家在探索这些结核的过程中意外地发现了一种神秘的现象：暗氧，即在无光的深海环境中生成氧气的过程。这一发现不仅可能改变我们对海洋生态系统的理解，还可能重新定义地球早期生命起源的故事。

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长期以来，科学界普遍认为氧气的生成依赖于光合作用。光合作用是植物、藻类及一些细菌透过阳光将水和二氧化碳转化为有机物并释放氧气的过程。这一过程主要发生在地球表层和浅水区域，是维持大气和海洋中氧气含量的核心机制。根据这一观点，只有在阳光能够到达的区域，氧气才能被生成。因此，对于深达数千米的深海区域，我们的认识是，氧气主要来自于表层水透过洋流输送到深处。

然而，深海中缺乏光源，光合作用无法进行，这意味着氧气在深海中的供应受到限制。虽然洋流能够在一定程度上将氧气输送到深海，但这一过程极其缓慢，往往需要数百年甚至上千年才能完成一次循环。因此，科学家一直认为深海是一个缺氧的环境。

多金属结核的发现，是新能源的关键，还是海洋生态的灾难?

在这样的背景下，科学家对深海进行了更深入的探索，并发现了锰结核（英语：Manganese nodules），又被称为多金属结核这一珍贵资源。多金属结核是富含金属的岩石，其主要成分包括钴、锰和镍等金属。这些结核广泛分布于全球深海区域，尤其是太平洋海域，储量高达数兆吨。这些金属对绿色能源技术，如电池生产，具有极高的价值，吸引了全球各国的关注。

然而，这些结核不仅是地球资源的宝藏，它们还隐藏着另一个重要的发现。2013 年，科学家安德鲁·斯威特曼（Andrew Sweetman）在太平洋克拉里昂-克里珀顿区域进行深海研究时，意外地发现，在封闭的深海水域中，氧气浓度竟然有所增加。这一现象引发了科学界的极大关注。

科学家探索深海的多金属结核时，意外发现“暗氧”的存在。 图/envato

暗氧的生成机制

斯威特曼的研究团队推测，深海中的多金属结核可能在某些化学条件下，充当了天然电池。这些结核通过电化学反应将水分解为氧气和氢气，从而在无光的环境中产生了氧气。为了验证这一假设，团队在实验室中模拟了深海环境，并确实观察到氧气从结核生成的现象。

不过，这一过程并非如想象中简单。根据实验数据，某些海底结核表面的电压仅为 0.95 伏特，却能够生成氧气，这与理论上需要的 1.6 伏特电压不符。研究团队进一步推测，这可能与结核的成分有关，例如含镍的锰氧化物可能起到了催化作用，降低了反应所需的能量。此外，结核表面的不规则排列及空隙可能也促进了电子转移和水的分解。

暗氧的发现挑战了我们对氧气生成的传统理解。过去我们认为，地球上的氧气主要来自于光合作用，但这一现象表明，甚至在无光的深海环境中，氧气也能通过无机物的电化学反应生成。这意味着，我们对于地球早期氧气循环及生命演化的认识可能存在重大疏漏。

尤其值得注意的是，多金属结核的形成需要氧气，而这些结核大量出现在深海中，是否表明早期地球上就已经存在非光合作用的氧气生成机制?如果是这样，暗氧是否可能推动了地球上生命的起源?这一问题仍然未有定论，但暗氧的发现无疑为生命起源的研究开辟了一条新的途径。

未来的挑战：开采深海资源还是守护地球最后的“净土”?

除了科学研究的价值，多金属结核也吸引了全球对于深海资源开采的兴趣。这些结核富含稀有金属，特别是对电池生产至关重要的镍和钴。然而，大规模的深海开采可能会对海洋生态系统造成严重破坏。

对于发现的深海资源，是要开采?还是选择守护海洋生态? 图/envato

首先，深海采矿可能导致噪音和光污染，破坏深海生物的栖息地。此外，采矿过程中产生的悬浮物可能对海洋生物，尤其是水母等生物造成生理负担。研究显示，水母在模拟的采矿环境中会因应对悬浮物而消耗大量能量，这可能削弱其免疫系统并降低生存率。

因此，虽然深海资源的开采看似能解决当前的能源危机，但国际间对此议题的争议仍然持续。全球已有32个国家支持暂停或禁止深海采矿，呼吁进行更多的生态影响研究以确保环境保护。

暗氧的发现，不仅为科学研究带来新的挑战，也为深海资源的开采提出了更高的要求。在能源危机与生态保护之间，我们需要寻找平衡点。未来的技术或许能够在不破坏环境的情况下，模拟自然过程生成多金属结核，从而实现可持续的资源开采。

此外，暗氧现象的发现也为探索外星生命提供了新的思路。当我们在其他行星上发现氧气时，不一定意味着那里存在光合作用生物，可能是类似多金属结核的无机反应在默默进行。这一发现或许将改变我们对地外生命的定义与寻找方式。

深海的秘密仍在不断被揭开。从暗氧的发现到多金属结核的开采，这片未开发的疆域将在未来的科学探索与资源争夺中扮演至关重要的角色。无论是能源危机的解决还是生态系统的保护，我们都应以谨慎且负责任的态度面对这一未知的领域，避免打开潘朵拉之盒。