Eine neue Sauerstoffquelle in der Tiefsee?

Eine Entdeckung in den dunklen Tiefen des Pazifischen Ozeans hinterfragt den wissenschaftlichen Konsens über die Sauerstoffproduktion auf unserem Planeten – und darüber, wie das Leben auf der Erde begann. In einer in der Fachzeitschrift Nature Geoscience jetzt veröffentlichten Studie zeigt ein Team von Autor:innen unter der Leitung der Scottish Association for Marine Science (SAMS), dass Sauerstoff in völliger Dunkelheit am Meeresboden in 4.000 Metern Tiefe entsteht. Sie stellen die Hypothese auf, dass die Elektrolyse des Meerwassers zu dieser „dunklen Sauerstoffproduktion“ beitragen könnte. Expertise des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel über spezielle Sensoren half bei der Untersuchung des Phänomens, das in überraschendem Gegensatz zu der Tatsache steht, dass Sauerstoff normalerweise von Photosynthese treibenden Organismen mit Hilfe der Energie des Sonnenlichts produziert wird.

Die Entdeckung wurde bei Beprobungen des Meeresbodens in der Clarion-Clipperton-Zone gemacht, mit deren Hilfe mögliche Auswirkungen des Tiefseebergbaus bewertet werden. Bei diesem Verfahren würden polymetallische Knollen gewonnen, die Metalle wie Mangan, Nickel und Kobalt enthalten und dazu beitragen könnten, den wachsenden Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge und Mobiltelefone zu decken. Die Forschenden fanden heraus, dass die Knollen eine sehr hohe elektrische Ladung aufweisen, was zur Aufspaltung von Meerwasser in Wasserstoff und Sauerstoff per „Meerwasserelektrolyse“ führen könnte. Für die Meerwasserelektrolyse ist nur eine Spannung von 1,5 Volt erforderlich – was der Spannung einer typische AA-Batterie entspricht. Das Team analysierte mehrere Knollen und verzeichnete auf der Oberfläche einiger Knollen Messwerte von bis zu 0,95 Volt, was bedeutet, dass erhebliche Spannungen auftreten können, wenn die Knollen zusammengeballt sind.

Da bei allen Studien, die jemals in der Tiefsee durchgeführt wurden, nur Sauerstoff verbraucht und nicht produziert wurde, vermuteten die Forschenden zunächst, dass ihre Sensoren defekt seien. Doch trotz Neukalibrierungen tauchten die überraschenden Sauerstoffwerte immer wieder auf – und so wurde ein Ansatz zur Kontrolle gesucht. In diesem Zusammenhang stellte Tobias Hahn als Doktorand am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel seine Expertise zu einem speziellen Typ von Sauerstoff-Optoden-Sensoren zur Verfügung. Um methodische Unsicherheiten zu vermeiden und Möglichkeiten eines inkorrekten Sensorverhaltens zu erforschen, führte Hahn Kalibrierungen durch, prozessierte Daten und wertete sie aus.

„Durch unseren Austausch haben wir eine Datenqualität sichergestellt, die über die typischen Messunsicherheiten hinausgeht und das individuelle Drift- und Druckverhalten der Sensoren mit einbezieht“, so der chemische Ozeanograph. „Ich war erstaunt über die Ergebnisse und gleichzeitig erleichtert, die Qualität und Validität der Daten der Sauerstoff-Sensoren, die während der ersten Feldkampagnen gewonnen wurden, erneut zu bestätigen. Gleichzeitig konnte ich weitere Ratschläge für den Umgang mit diesem Sensor bei künftigen Einsätzen geben.“

Expeditionsleiter Andrew Sweetman urteilt, dass weitere Untersuchungen zur Produktion von „dunklem Sauerstoff“ während der Grundlagen-Untersuchungen zur Mineraliengewinnung in der Tiefsee erforderlich sind – ebenso wie eine Bewertung der Frage, wie die Erstickung von Sedimenten während des Abbaus den Prozess verändern kann. „Durch diese Entdeckung haben wir viele unbeantwortete Fragen aufgeworfen. Ich finde, wir müssen uns viele Gedanken darüber machen, wie wir diese Knollen abbauen, die eigentlich Batterien im Gestein sind.“

Original-Publikation:

Sweetman, A.K., Smith, A.J., de Jonge, D.S.W. et al. (2024): Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor. Nature Geoscience, doi: https://doi.org/10.1038/s41561-024-01480-8

Zur Original-Pressemeldung des GEOMAR