Pasifik Okyanusu'nun Clarion-Clipperton Bölgesi'nin (CCZ) düz, zifiri karanlık deniz tabanı, odun kömürü yığınlarına benzeyen şeylerle doludur. Polimetalik yumrular (nodül) olarak adlandırılan bu sıradan maden yatakları, bilim insanlarının çoğunu henüz kataloglayamadığı eşsiz bir derin deniz ekosistemine ev sahipliği yapıyor. Bu yataklar aynı zamanda derin denizlerde madencilik yapmak isteyen şirketler için de önemli bir hedef çünkü manganez ve kobalt gibi pil yapımında kullanılan metaller içeriyorlar.
Şimdi araştırmacılar bu değerli yumruların dikkat çekici bir şey yaptığını keşfettiler: Oksijen üretiyorlar ve bunu güneş ışığı olmadan yapıyorlar. Araştırmada yer almayan Scripps Oşinografi Enstitüsü'nde biyolojik oşinografi profesörü olan Lisa Levin, "Bu tamamen yeni ve beklenmedik bir bulgu" diyor. Dünya gezegenindeki oksijen gazının tipik olarak güneş ışığı, karbondioksit ve suyu oksijen ve şekere dönüştüren canlı organizmalardan geldiği anlaşılmaktadır.
Boston Üniversitesi'nde mikrobiyolog olan ve Pazartesi günü Nature Geoscience'da yayınlanan çalışmanın yazarlarından Jeffrey Marlow, gazın bir kısmının bu cansız minerallerden gelebileceği ve tamamen karanlıkta üretilebileceği fikrinin "geleneksel olarak oksijenin nerede ve nasıl yapıldığına dair düşüncelerimize gerçekten güçlü bir şekilde karşı çıktığını" söylüyor.
Keşif öyküsü, derin deniz ekoloğu Andrew Sweetman'ın rahatsız edici bir sorunla karşı karşıya kaldığı 2013 yılına kadar uzanıyor. Sweetman, CCZ deniz tabanındaki organizmaların ne kadar oksijen tükettiğini ölçmeye çalışan bir araştırma ekibinin parçasıydı. Araştırmacılar, deniz tabanındaki oksijen seviyelerinin zaman içinde nasıl düştüğünü takip edecek kapalı odalar oluşturmak için 4.100 metreden daha aşağıya iniş araçları gönderdiler.
Ancak oksijen seviyeleri düşmedi. Bunun yerine önemli ölçüde yükseldi. Sensörlerin bozulduğunu düşünen Sweetman, aletleri yeniden kalibre edilmeleri için üreticiye geri gönderdi. İskoçya Deniz Bilimleri Derneği'nde deniz tabanı ekolojisi ve biyojeokimyası üzerine çalışan Sweetman, beş yıl boyunca "bu dört ya da beş kez oldu" diyor. "Öğrencilerime kelimenin tam anlamıyla 'Sensörleri çöpe atın, çalışmıyorlar.' dedim."
Ardından, 2021 yılında, Metals Company adlı bir derin deniz madenciliği firmasının sponsor olduğu bir çevre araştırma gezisi için CCZ'ye geri döndü. Ekibi, deniz tabanında kapalı odalar oluşturmak için yine derin deniz iniş araçlarını kullandı. Bu odacıklarda tortu, yumrular, canlı organizmalar ve deniz suyu muhafaza edildi ve oksijen seviyeleri izlendi. Sweetman ve ekibi bu kez oksijeni ölçmek için farklı bir teknik kullandılar, ancak aynı garip sonuçları gözlemlediler: Oksijen seviyeleri dramatik bir şekilde arttı.
Sweetman, "Birdenbire… bu son derece önemli süreci görmezden geldiğimi fark ettim ve kendimi tokatladım," diyor. "Zihniyetim tamamen değişti [ve] buna neyin sebep olduğuna odaklandım."
Marlow, "İlk aklıma gelen mikrobiyoloji oldu, çünkü ben bir mikrobiyologum," diyor. Bu çok uzak bir fikir değildi: Bilim insanları yakın zamanda bakteri ve arkea gibi mikropların güneş ışığı olmadığında "karanlık oksijen" üretebilmelerinin bazı yollarını ortaya çıkarmışlardı. Yeni çalışmada deniz tabanındaki koşulları yeniden üreten laboratuvar testlerinde, araştırmacılar mikropları öldürmek için deniz suyunu cıva klorür ile zehirlediler. Yine de oksijen seviyeleri artmaya devam etti.
Araştırmacılar, eğer bu koyu renkli oksijen biyolojik bir süreçten kaynaklanmıyorsa, jeolojik bir süreçten kaynaklanmış olması gerektiğini düşündüler. Yumrulardaki radyoaktivitenin oksijeni deniz suyundan ayırdığı veya başka bir çevresel faktörün yumrulardaki manganez oksitten oksijen gazını ayırdığı gibi birkaç olası hipotezi test ettiler ve elediler.
Sonra, 2022'de bir gün Sweetman derin deniz madenciliği hakkında bir video izlerken yumrulardan "kaya içinde bir pil" olarak bahsedildiğini duydu — Metals Company'nin CEO'su Gerard Barron tarafından tercih edilen bir ifade. Bu da Sweetman'ı "Bu yumrulardaki metaller bir şekilde doğal jeo-pil görevi görüyor olabilir mi?" diye merak etmeye itmiş. Eğer öyleyse, deniz suyu elektrolizi adı verilen bir işlemle deniz suyunu hidrojen ve oksijene ayırabilirler. (Bunu evde tuzlu suya küçük bir pil atıp hidrojen ve oksijen gazının kabarmasını izleyerek deneyebilirsiniz).
Bilim insanlarının bildiği kadarıyla "kayadaki piller" sadece bir metafordu; yumruların pil yapımında kullanılan metalleri içermesi, kendilerinin elektrik yüklü olduğu anlamına gelmiyor. Bir yük oluşturmak için, pozitif ve negatif iyonların bir yumru içinde bir dereceye kadar ayrılması ve elektrik potansiyelinde bir fark yaratması gerekir. Bunun gerçekleşip gerçekleşmediğini görmek için Sweetman, Northwestern Üniversitesi'nde fiziksel kimyager olan Franz Geiger ile yumruların elektrik yükünü test etmek üzere Illinois'e uçtu.
Sweetman, "Şaşırtıcı bir şekilde, bu yumruların yüzeyinde neredeyse bir volt vardı" diyor — karşılaştırma yapmak gerekirse, bir AA pil yaklaşık 1,5 volt taşır. Araştırmacıların önde gelen teorisi, bu yükün oksijen oluşturmak için deniz suyunu böldüğü yönünde, ancak yumruların elektrik yükünü devre dışı bırakmanın oksijen üretimini durdurup durdurmadığını henüz test etmediler. Bilim insanları bunu gelecek çalışmalarda test etmeyi planlıyor.
Geiger, polimetalik yumruların büyüdükçe yüklendiğini ve farklı metallerin zaman içinde düzensiz olarak biriktiğini teorize ediyor. Yumrular, köpekbalığı dişi gibi küçük bir nesnenin etrafında oluşur. Geiger, bir tanesini kesip açtığınızda "ağaç halkalarının enine kesitlerine" ya da bir soğanın katmanlarına benzediklerini söylüyor. Bu metal katmanlar her milyon yılda bir sadece milimetre büyüyor ve biriken metal türleri zaman içinde değişiyor, potansiyel olarak her katman arasında elektrik potansiyeli ile sonuçlanan bir yük gradyanı yaratıyor. Bu, yumruların yüzeylerinde neden yük farklılıkları olduğunu açıklamıyor, ancak Geiger yumruların iç katmanlarının bir kısmını açıkta bırakacak kadar gözenekli olduğunu teorize ediyor.
Geiger, kayaların bu şekilde yük taşıdıklarının bilinmediğini söylüyor. "Bu [benim ve laboratuvarımın] şimdiye kadar üzerinde çalıştığı en büyüleyici şeylerden biri" diye ekliyor.
Bu yumruların deniz tabanında doğal olarak oksijen yaratıp yaratmadığı (ya da ne ölçüde yarattığı) hala net değil. Çoğu deneyde, odalardaki oksijen konsantrasyonları iki gün sonra plato çizdi. Bu, iniş aracının çevreyle ilgili bir şeyi değiştirdiğini —örneğin tortuyu yukarı iterek— ve ardından oksijen üretimini başlattığını gösterebilir. Marlow, oksijen üretiminin kapalı hazne içindeki bir "şişe etkisi" nedeniyle sonunda durmuş olmasının da mümkün olduğunu söylüyor. "Ürünler birikiyor, reaktanlar uzaklaşıyor ve sonra reaksiyon bir şekilde duruyor. Ama açık bir sistemde… Daha tutarlı bir süreç olabilir" diye açıklıyor.
Almanya'nın Bremen kentindeki Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü'nde deniz biyojeokimyacısı olan Bo Barker Jørgensen, bulguların "çok tuhaf" olduğunu ve birçok soruyu gündeme getirdiğini söylüyor. (Jørgensen araştırmada yer almadı ancak Nature Geoscience için makalenin hakemlerinden biriydi) Bu yumruların deniz tabanında bozulmadan bırakıldıklarında oksijen ürettiklerine şüpheyle yaklaşıyor. Yine de, "manganez yumru yüzeyinde gerçekten oksijen üreten bazı elektrolitik reaksiyonlar var gibi görünüyor. Bildiğim kadarıyla bu da daha önce gözlemlenmemiş çok ilginç bir gözlem."
Araştırmacılar, yumru tarafından üretilen bu oksijenin CCZ'nin deniz dibi ekosistemlerinde nasıl bir rol oynayabileceği konusunda henüz bir fikre sahip değiller. Çevresel araştırmalar, yumruların ve çevresindeki tortunun derin deniz yaşamı için bir habitat olduğunu göstermiştir: Tek hücreli mikroplardan "megafauna "ya, balıklar, deniz yıldızları ve solucanlar gibi çıplak gözle görülebilen hayvanlara kadar her şey. 2013'teki çevre araştırması sırasında kataloglanan megafaunanın yaklaşık yarısı sadece yumrularda bulunmuştur.
Levin, derin okyanusun çoğu gibi CCZ'nin deniz tabanının da "yeterince anlaşılmamış bir ekosistem" olduğunu söylüyor. "Derin denizdeki türlerin çoğunu incelemek bir yana, henüz keşfedemedik bile."
CCZ bölgesinde önerilen derin deniz madenciliği projeleri, deniz tabanının bir bölümünden yumrular çıkaracaktır. Uluslararası sularda deniz tabanını yöneten Uluslararası Deniz Yatağı Otoritesi (ISA) şu anda yumruların ve diğer derin deniz hedeflerinin madenciliği için kural ve düzenlemeleri tartışıyor. Aralarında ISA'nın 26 üye ülkesinin de bulunduğu yirmi yedi ülke, derin deniz madenciliği için moratoryum, ihtiyati duraklama ya da yasaklama çağrısında bulundu.
Sweetman, "[Bu araştırmanın] derin deniz madenciliği için 'tabuta çakılmış bir çivi' olduğunu düşünmüyorum; niyetimiz hiçbir zaman bu olmadı," diyor. "Bu sadece, 'Okyanusun derinliklerinde madencilik yapalım mı, yapmayalım mı' kararını verirken dikkate almamız gereken bir başka husus. Bana göre bu kararın sağlam bilimsel tavsiye ve girdilere dayanması gerekiyor."