Oceaanbodem produceert zuurstof zonder planten

Op grote diepte blijkt de oceaan “donkere zuurstof” te produceren zonder de hulp van planten. De ontdekking zet de wetenschap op zijn kop, en kan ook grote gevolgen hebben voor de diepzeemijnbouw.

Algemeen wordt aangenomen dat alleen organismen zoals planten en algen in staat zijn om de zuurstof op aarde te genereren. Maar een nieuw internationaal onderzoek heeft een heel nieuw systeem aan het licht gebracht. Ook de zeebodem op 4000 meter onder het oppervlak blijkt zuurstof aan te maken.

“Polymetaalknollen” – afzettingen van natuurlijke mineralen die zich op de oceaanbodem vormen – zijn de kern van de ontdekking. De knobbeltjes ter grootte van een aardappel bestaan uit een mix van verschillende mineralen.

Baanbrekend

Onderzoeker Andrew Sweetman deed de ontdekking tijdens onderzoek van de zeebodem van de Clarion-Clipperton Zone, een bergachtige onderzeese bergkam langs de zeebodem die zich bijna 7000 kilometer ver uitstrekt langs het noordoostelijke kwadrant van de Stille Oceaan.

“Toen we deze gegevens voor het eerst kregen, dachten we dat de sensoren defect waren, omdat bij elk onderzoek dat ooit in de diepzee is uitgevoerd alleen maar is gebleken dat zuurstof wordt verbruikt in plaats van geproduceerd”, aldus Sweetman. “We kwamen thuis en herkalibreerden de sensoren, maar in de loop van tien jaar bleven deze vreemde zuurstofmetingen verschijnen.”

Ook een andere meettechniek leverde dezelfde resultaten op. “Toen wisten we dat we met iets baanbrekends bezig waren.”

Diepzeemijnbouw

De ontdekking kan grote gevolgen hebben voor de diepzeemijnbouw die zich razendsnel ontwikkelt. De polymetaalknollen zitten boordevol kostbare metalen en bedrijven reppen zich om die naar boven te halen.

“De polymetaalknollen die deze zuurstof produceren, bevatten metalen zoals kobalt, nikkel, koper, lithium en mangaan – allemaal cruciale elementen die in batterijen worden gebruikt”, zegt Franz Geiger, coauteur van het onderzoek in Nature Geoscience.

“Verschillende grootschalige mijnbouwbedrijven streven er nu naar om die kostbare elementen uit de zeebodem te halen op een diepte van 3000 tot 6000 meter onder het oppervlak. We moeten heroverwegen hoe we deze materialen kunnen winnen, zodat we de zuurstofbron voor diepzeeleven niet uitputten.”

Verborgen ‘geobatterijen’

Elektriciteit blijkt de sleutel om het fenomeen te verklaren. Eerder was uit onderzoek al gebleken dat roest in combinatie met zout water elektriciteit kan opwekken.

Om die hypothese te onderzoeken, werden enkele kilo’s van de knobbeltjes verzameld en onderzocht in het lab. Amper 1,5 volt – de spanning van een AA-batterij – is voldoende om zeewater te splitsen in waterstof en zuurstof. De wetenschappers ontdekten tot hun verrassing spanningen tot 0,95 volt op het oppervlak van sommige knobbeltjes. Als meerdere knobbeltjes bij elkaar zijn geclusterd, kan de spanning veel groter zijn, net als wanneer batterijen in serie zijn geschakeld.

“Het lijkt erop dat we een natuurlijke ‘geobatterij’ hebben ontdekt”, zegt Geiger. “Deze geobatterijen vormen de basis voor een mogelijke verklaring voor de productie van donkere zuurstof in de oceaan.”

Een nieuwe overweging voor mijnwerkers

De onderzoekers zijn het erover eens dat de mijnbouwindustrie rekening moet houden met de ontdekking. Volgens Geiger is de totale massa van polymetaalknollen in de Clarion-Clipperton Zone alleen al voldoende om decennialang aan de mondiale vraag naar energie te voldoen. Maar de gevolgen kunnen groot zijn, waarschuwt hij.

“In 2016 en 2017 bezochten mariene biologen locaties die in de jaren 1980 waren geëxploiteerd, en ze ontdekten dat zelfs bacteriën zich niet hadden hersteld in de gebieden”, aldus Geiger. “In niet-gemijnde gebieden bloeide het zeeleven. Waarom dergelijke ‘dode zones’ tientallen jaren blijven bestaan, is nog steeds onbekend.”