Objevil nový zdroj kyslíku na Zemi. „Roky jsem nevěřil a hledal chybu,“ říká

Článek si také můžete poslechnout v audioverzi.

Vědecký tým Andrewa Sweetmana ze Skotské asociace pro mořské vědy před týdnem v časopise Nature Geoscience publikoval studii, která popisuje objev něčeho, co by nemělo existovat - nebiologicky vyrobeného kyslíku.

Sweetman přibývající kyslík na dně Pacifiku v Clarion-Clippertonově oblasti poprvé naměřil v uzavřených modulech spuštěných na dno už v roce 2013. Věděl ale, že kyslík na naší planetě vzniká výhradně fotosyntézou, která v dané hloubce (více než čtyř kilometrů) ani nemůže probíhat, protože tam neprostoupí žádné světlo.

Několik let se snažil zjistit, co „zjevně chybná“ měření kyslíku způsobuje. Nakonec se ale dobral závěru, že na dně oceánu něco kyslík skutečně produkuje.

Sweetman se domnívá, že kyslík tam vzniká elektrolýzou, která si energii bere z ložisek minerálů nazývaných polymetalické konkrece. Objev by mohl být zásadní pro pochopení tvorby kyslíku v oceánech, ale třeba i pro odpovědi na otázku vzniku života na Zemi.

Vědec sám nicméně upozorňuje, že zatím tento fascinující objev, který zaujal ostatní vědce i média po celém světě, „přináší víc otázek než odpovědí“ a bude potřeba hodně další práce, abychom ho mohli plně pochopit.

Uvádí se, že se úroveň kyslíku ve vašich modulech na dně moře zvýšila „hodně“. Co to znamená?

Při experimentech, kdy byl nárůst nejvyšší, jsme zachytili úroveň 820 mikromolů kyslíku. Nejvíc kyslíkem saturovaná voda, jakou v oceánu můžete obyčejně najít, má přitom kolem 300 mikromolů. V modulech jsme tedy měli dvakrát až skoro třikrát víc okysličenou vodu, než lze najít jinde v oceánu. Platí to samozřejmě jen pro vodu uvnitř uzavřeného systému komor spuštěných na dno. Kdybychom měřili mimo ně v otevřeném prostoru, určitě by nárůst kyslíku nebyl tak masivní.

Jak daleko jste od bodu, kdy budete schopni říct, kolik kyslíku takhle může vznikat? Tušíte, jaké jsou šance, že ho v podobné míře vyrábí všechny ostatní polymetalické konkrece?

Než budeme moct odhadnout celkové množství kyslíku, který vzniká tímto způsobem, musíme ještě najít odpovědi na několik zásadních otázek. Zatím ani nevíme, jestli k tomu procesu vůbec může docházet na mořském dně přirozeně. Je pořád možné, že ho nějakým způsobem spustily naše přístroje, které narazily do dna, uvolnily nějaké sedimenty a uzavřely prostor.

Jsme proto zatím velmi opatrní v jakýchkoliv pokusech odvozování nějakých širších závěrů z našich výsledků. Nechceme začít počítat, že například tolik a tolik kyslíku se vyrobí za den, takže za rok to bude tolik a tolik. Na to ještě není ten správný čas.

Snímek zkoumané polymetalické konkrece:

Tušíte vlastně, kolik je na mořském dně oblastí se stejným složením jako v Clarion-Clippertonově zóně a kde by tedy potenciálně mohl probíhat stejný proces?

Odpověď zní opět stejně: Nevíme. Sice už jsme viděli proces probíhat na různých místech, ale nemůžeme říct, jestli se to týká třeba celé Clarion-Clippertonovy zóny, natož pak jestli se to děje i jinde, kde jsou stejné nebo podobné usazeniny kovů.

Jak už jsem řekl, nejsme si ani jistí, jestli k tomu vůbec dochází přírodní cestou, nebo jestli jsme to nějak spustili my.

To jsou všechno otázky, na které se musíme podívat v příštích výzkumných programech. Zatím říkáme jen to, že po 10 letech práce jsme si jistí, že kyslík skutečně může vznikat na dně oceánu.

Jeden mořský biolog mi před časem řekl, že mořské mikroorganismy vytváří 50 % kyslíku na planetě. Chtěl jsem se zeptat, jaká je šance, že váš objev může znamenat, že se na tomhle něco změní, ale předpokládám, že k odpovědi na tuto otázku jsme ještě daleko…

Hodně daleko. Tato studie opravdu přinesla víc otázek než odpovědí. Zatím přesně ani nevíme, jak ten mechanismus v základu funguje a co ho stimuluje. Až pak se můžeme ptát, kde všude k němu ještě dochází a kolik kyslíku tímto způsobem může vznikat.

Alespoň hypotézu základního mechanismu ale už máte. Můžete ji stručně popsat?

Myslíme si, že dochází k elektrolýze. Molekula H2O se skládá z vodíku, který má oxidační číslo II+, což znamená, že má jen protony a žádné elektrony. Kyslík má oxidační číslo II-, takže má zase dva negativně nabité elektrony. Buď tedy dochází k tomu, že se voda rozděluje na vodík a kyslík, nebo že kyslík ve vodě v podstatě ztrácí své elektrony, které mizí neznámo kam. To je naše hypotéza a už se mi ozvalo i hodně elektrochemiků, že jsme na to možná kápli.

Energie nutná pro tyto procesy podle nás leží přímo v konkrecích nebo v okolních granulích oxidu manganičitého, který leží v sedimentech i na povrchu mořského dna. Je to v podstatě ta samá věc jako konkrece lišící se jen velikostí. Podle nás jsou tedy tyto konkrece nebo granule, řekněme, malé baterie, které ukládají dost energie pro to, aby mohlo dojít k elektrolýze.

Odkud se energie do těchto „baterií“ původně dostala?

To nevíme. Bude to muset zjistit další výzkum. Můžu k tomu ještě dodat, že se nám podařilo zjistit, že velikost povrchu konkrecí statisticky významně koreluje s množstvím vytvořeného kyslíku. Musí tam být něco, co ten vztah způsobuje.

Co musíte udělat, abyste se posunuli blíž k odpovědím na nezodpovězené otázky?

Čeká nás opakování podobných experimentů, jaké jsme už dělali, jen na dno dostaneme i senzory k detekci vodíku, což by nám mělo pomoct zjistit, jestli opravdu dochází k elektrolýze, protože jestli ano, tak tam ten vodík vznikat bude. Budeme také zkoumat izotopy a provedeme řadu chemických experimentů. To znamená, že nás čeká hodně laboratorní i terénní práce.

Sám jste už zmínil, že původně jste zvyšující se hladiny kyslíku v komorách přisuzoval chybě senzorů. Četl jsem, že poprvé jste ty hodnoty naměřil už v roce 2013 a trvalo vám mnoho let, než jste se přesvědčil, že tam ten kyslík skutečně je…

Je to tak. Je potřeba říct, že někteří mí kolegové podobné nástroje jako já používají už asi 20 až 30 let a nikdy nic podobného nenaměřili, takže jsem si skutečně myslel, že někde musí být chyba. Kontaktoval jsem výrobce a i ti mi řekli, že jim nikdo nikdy nehlásil, že by naměřil něco podobného.

Pak jsem pojal podezření, že by problém nemusel být v celém zařízení, ale čistě v senzorech měřících kyslík. Zkoušel jsem tedy použít senzory od jiného dodavatele, ale ty ukázaly to samé. V tu chvíli jsem si uvědomil, že chyba není ani tam. Pořád jsem si ale myslel, že musí být někde jinde. Trvalo mi ale opravdu velmi dlouho, než jsem se konečně přesvědčil.

Většina lidí si asi nedokáže představit, kolik přemýšlení a práce jsme já a mí kolegové strávili snahou o zjištění, kde je chyba. Provedli jsme opravdu pečlivou analýzu a prošli úplně všechny možnosti. Opakovali jsme experimenty, kdy se nám třeba dělo, že na jednom místě nám kyslík v modulu klesal, jak bychom očekávali, ale při dalším pokusu zase stoupal… V roce 2021 jsme to testovali v Atlantiku, kde jsme nezaznamenali žádný nárůst kyslíku.

Postupně jsme se dobrali tomu, že v zařízení žádná chyba není.

Co vás přesvědčilo definitivně?

Když jsme úrovně kyslíku změřili dvěma různými metodami. Kromě elektrických senzorů jsme vyzkoušeli i chemickou metodu zvanou Winklerův test. Oba výsledky ukazovaly, že kyslíku přibývá, a to nás přesvědčilo, že se nám tam děje něco, co by se dít nemělo a o čem nikdo dosud neměl ani tušení – že i tam, kam nepronikne světlo (a nemůže tam probíhat fotosyntéza), může nějakým procesem vzniknout kyslík.

Potvrzení existence nebiologického vzniku kyslíku může být důležité pro výzkum v oblasti vzniku života a vaše další poznatky mohou být jistě důležité i pro chemii. Je ale ještě nějaký další obor, pro který mohou být vaše zjištění důležitá?

Může to být zajímavé například i pro astrofyziky nebo astrobiology. Když by se totiž třeba někdy objevil kyslík v atmosféře nějaké cizí planety, budou tušit, že ho nutně nemusely vyrobit rostliny. Jinými slovy to může ukázat, že kyslík nemusí být nejlepší ukazatel života na nějaké planetě.

Uvádí se také, že váš objev by mohl ohrozit podmořskou těžbu…

Ano, tady je ale důležité říct, že tohle určitě nebyl náš cíl. Opravdu jsme nepátrali po něčem, co by mohlo posloužit jako argument proti těžbě. Jen jsme se snažili pochopit, co se na mořském dně děje. A to nás zajímá i nadále.

Potřebujeme zjistit, jestli je to důležité i z ekologického hlediska. Až pak můžeme říct, jaký by podmořská těžba mohla mít ekologický dopad. Je možné, že těžba ničemu vadit nebude, ale musíme to nejdřív ověřit. Můj názor je tedy ten, že před zahájením těžby potřebujeme ještě několik let na zodpovězení těchto otázek.