Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor  

深海海底暗氧生成的證據(jù)  

來源：Nature Geoscience  

《自然·地球科學(xué)》  

 

摘要內(nèi)容：  

該研究通過原位底棲室實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，太平洋克拉里昂-克利珀頓斷裂帶多金屬結(jié)核覆蓋的深海海底在兩天內(nèi)氧氣濃度增至背景濃度的三倍以上。離位培養(yǎng)實(shí)驗表明多金屬結(jié)核是暗氧（DOP）的來源，結(jié)合結(jié)核表面高達(dá)0.95 V的電壓測量數(shù)據(jù)，提出海水電解可能是暗氧生成的機(jī)制。

 

研究目的：  

探索深海海底氧氣濃度異常升高的成因，驗證多金屬結(jié)核是否通過非生物過程（如電化學(xué)反應(yīng)）產(chǎn)生氧氣，并評估其對深海生態(tài)系統(tǒng)和全球氧循環(huán)的潛在影響。

 

研究思路：  

原位實(shí)驗：在深海部署底棲室，監(jiān)測氧氣濃度隨時間變化（圖1）。  

 

 

排除誤差：通過Winkler滴定法驗證數(shù)據(jù)可靠性（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2），排除氣泡擴(kuò)散、材料干擾等因素（擴(kuò)展數(shù)據(jù)表3）。  

 

 

 

離位驗證：在實(shí)驗室培養(yǎng)含結(jié)核的沉積物，觀察氧氣生成（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4）。  

 

 

機(jī)制探究：測量結(jié)核表面電壓（圖2），結(jié)合地球化學(xué)模型（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5）和放射性產(chǎn)氧模型，提出電解假說。  

 

 

微生物分析：檢測微生物群落，排除生物產(chǎn)氧主導(dǎo)的可能性。

 

測量數(shù)據(jù)及來源：  

原位氧氣濃度變化（圖1）：顯示氧氣在底棲室內(nèi)持續(xù)上升，最高達(dá)819 μmol/L。  

 

Winkler滴定數(shù)據(jù)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2）：驗證氧氣濃度升高的真實(shí)性。  

 

結(jié)核表面電壓（圖2）：最高達(dá)0.95 V，支持電解假說。  

放射性產(chǎn)氧模型（擴(kuò)展數(shù)據(jù)表4）：顯示放射性溶解氧貢獻(xiàn)可忽略（<0.5%）。  

 

 

微生物群落分析：未發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)氧相關(guān)的優(yōu)勢微生物類群。  

 

數(shù)據(jù)研究意義：  

氧氣濃度數(shù)據(jù)（圖1）：首次在深海發(fā)現(xiàn)非生物氧氣生成，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)深海氧氣消耗的認(rèn)知。  

 

電壓數(shù)據(jù)（圖2）：為“地質(zhì)電池”假說提供直接證據(jù)，揭示多金屬結(jié)核的電化學(xué)活性。  

 

微生物數(shù)據(jù)：排除生物代謝主導(dǎo)產(chǎn)氧的可能，強(qiáng)化非生物機(jī)制的重要性。  

 

放射性模型（擴(kuò)展數(shù)據(jù)表4）：排除地質(zhì)輻射產(chǎn)氧的干擾，縮小機(jī)制范圍。  

 

結(jié)論：  

多金屬結(jié)核通過表面電化學(xué)反應(yīng)（可能為海水電解）產(chǎn)生氧氣，暗氧速率（1.7–18 mmol O? m?2 d?1）超過傳統(tǒng)耗氧速率。  

 

該過程與結(jié)核表面積正相關(guān)，暗示其分布密度和類型影響產(chǎn)氧效率。  

 

深海采礦可能通過擾動結(jié)核表面沉積物覆蓋，改變暗氧生成動態(tài)，需進(jìn)一步研究生態(tài)影響。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究意義  

原位氧氣微剖面測量：使用Unisense深海微剖面儀直接測定沉積物孔隙水氧氣梯度（文中未明確標(biāo)注圖表，但提及“in situ O? microprofiling”），發(fā)現(xiàn)孔隙水為氧氣凈匯且濃度低于底棲室，排除了孔隙水上升流引入氧氣的可能性。  

 

支持電解假說：微剖面數(shù)據(jù)顯示孔隙水氧氣不足以解釋底棲室觀測值，間接支持氧氣源自結(jié)核表面反應(yīng)而非地下水源。  

 

方法可靠性：Unisense傳感器經(jīng)多溫度校準(zhǔn)（1.6–30°C），結(jié)合原位壓力數(shù)據(jù)，確保高精度測量（誤差<0.3%），為暗氧現(xiàn)象提供可信的物理證據(jù)。  

 

排除生物干擾：結(jié)合微生物毒理實(shí)驗（HgCl?處理），微剖面數(shù)據(jù)幫助確認(rèn)非生物產(chǎn)氧的主導(dǎo)地位。