Planten maken zuurstof als bijproduct van fotosynthese leerden we vroeger bij biologie. Daar is licht voor nodig. En dat is er niet op 4000 meter diepte in de zee. Toch blijken mineralen in de duisternis van de oceaan zuurstof te produceren. Een verrassende ontdekking van wetenschappers van de Amerikaanse Northwestern University.
De zogenoemde donkere zuurstof – net als donkere materie iets waar we nog weinig van weten – werd eigenlijk per toeval ontdekt toen Andrew Sweetman van de Scottish Association for Marine Science (SAMS) veldonderzoek deed op een schip in de Stille Oceaan. “Voor het ontstaan van ‘ademende’ levensvormen op aarde moet er zuurstof zijn. We dachten altijd dat de zuurstofproductie op aarde begon met fotosynthese van planten en algen”, vertelt Sweetman. “Maar nu weten we dat er zuurstof wordt geproduceerd in de diepzee, waar geen licht is en zou ook op die manier aerobe leven begonnen kunnen zijn.”
Miljoenen jaren
Eerst terug naar die mineralen op de oceaanbodem: het gaat om mangaanknollen, officieel polymetallische nodules genoemd. Ze komen overal op grote diepte in de oceanen voor en bestaan uit een mengsel van ijzer- en mangaanoxide. De mangaanknollen ontstaan als opgeloste metalen in zeewater zich verzamelen op stukjes schelp of ander puin. Het is een proces dat miljoenen jaren duurt. De knollen bevatten ook lithium, kobalt en koper, allemaal nodig om batterijen te maken. Daarom zijn mijnbouwbedrijven nu al druk bezig om technologie te ontwikkelen om ze aan de oppervlakte te krijgen.
De apparatuur was niet kapot
Sweetman deed met zijn team onderzoek in de Clarion-Clipperton-Zone, een onderzeese bergrug van bijna 7200 kilometer lang in de Stille Oceaan tussen Hawaï en Mexico. “Ik zag voor het eerst in 2013 hoe een enorme hoeveelheid zuurstof werd geproduceerd op de zeebodem in complete duisternis”, legt Sweetman uit aan BBC News. “We dachten toen dat onze apparatuur kapot was en besloten thuis de sensoren opnieuw te kalibreren om dan weer te gaan meten, maar gedurende tien jaar bleven we deze vreemde zuurstofmetingen zien. Ik negeerde het omdat mij is geleerd dat je alleen zuurstof krijgt door fotosynthese. Uiteindelijk realiseerde ik me dat ik al jaren een mogelijk enorme ontdekking aan het negeren was.”
Elektrolyse
In de zomer van 2023 nam Sweetman dus toch maar contact op met Geiger om mogelijke verklaringen voor de zuurstofbron te bespreken. Eerder onderzoek van Geiger had namelijk aangetoond dat roest in combinatie met zout water, elektriciteit kan genereren. En dan zou er een chemische reactie, genaamd zeewaterelektrolyse kunnen plaatsvinden waardoor zuurstof wordt geproduceerd. “Als je een batterij in zeewater legt, begint hij te bruisen”, legt professor Sweetman uit. “Dat komt doordat de elektriciteit zeewater splitst in zuurstof en waterstof, wat bubbelt. We denken dat dit is wat er gebeurt met de mangaanknollen in hun natuurlijke staat.”
De onderzoekers geloven ook dat ditzelfde proces – door batterijen aangedreven zuurstofproductie waarvoor geen licht nodig is – ook op andere planeten en manen kan plaatsvinden, waardoor mogelijk een zuurstofrijke omgeving ontstaat waar leven kan bestaan.
Geobatterijen
Om hun hypothese te bewijzen ging Geiger in zijn laboratorium aan de slag met een aantal kilo mangaanknollen die Sweetman had toegestuurd. Daar bleek dat slechts 1,5 volt – vergelijkbaar met een AA-batterij – genoeg is om zeewater (H2O) te splitsen in waterstof en zuurstof. Op het oppervlak van een paar knollen vonden de onderzoekers een spanning van 0,95 volt en als meerdere mangaanknollen samenklonterden liep het voltage nog verder op. “Het lijkt erop dat we een natuurlijke geobatterij hebben ontdekt”, zegt Geiger. “Deze geobatterijen zijn een mogelijke verklaring voor de donkere zuurstofproductie in de oceaan.”
Petitie tegen mijnbouw
Volgens Geiger is de totale massa van de mangaanknollen in de Clarion-Clipperton-Zone alleen al voldoende om decennialang aan de wereldwijde energievraag te voldoen. Maar hij waarschuwt voor al te enthousiaste mijnbouw van deze ‘truffels van de oceaan’. Die kan het pas ontdekte proces namelijk flink verstoren en het zeeleven schaden dat afhankelijk is van de zuurstof.
“In 2016 en 2017 bezochten mariene biologen locaties die in de jaren 80 waren ontgonnen en ze ontdekten dat zelfs bacteriën niet waren teruggekeerd naar de ontgonnen gebieden”, legt de wetenschapper uit. “In onontgonnen gebieden daarentegen bloeide het zeeleven. Waarom zulke ‘dode zones’ decennia blijven bestaan, is nog onbekend. Dit zet echter wel een groot vraagteken bij mijnbouw op de zeebodem, omdat de biodiversiteit op de oceaanbodem in gebieden met veel mangaanknollen groter is dan in de meest diverse tropische regenwouden.”
De US National Oceanographic and Atmospheric Administration heeft ook al gewaarschuwd dat de mijnbouw kan “leiden tot de vernietiging van leven en de habitat op de zeebodem”. Meer dan 800 mariene biologen uit 44 landen hebben inmiddels een petitie ondertekend die oproept om de mijnbouw op de zeebodem zelfs tijdelijk te verbieden.