深海發現「地球電池」可電解海水產生氧氣

22日）在《自然-地球科學》（Nature Geoscience）雜誌上發表。

這一驚人的發現挑戰了人們長期以來的假設，即只有植物和藻類等光合生物利用陽光才能產生氧氣。研究發現，在沒有光線的深海海底，氧氣似乎是由金屬「結核」（nodules）產生的，這些金屬「結核」將海水電解為氫氣和氧氣。

當海水中的溶解金屬聚集在貝殼碎片或其他碎屑上時，就會形成「結核」，這個過程需要數百萬年。由於這些「結核」含有鋰、鈷和銅等金屬，而所有這些都是製造電池所需的物質，因此許多採礦公司正在開發收集這些「結核」。

2013年發現了令人費解的現象

2013年，蘇格蘭海洋科學協會（SAMS）海洋學家斯威特曼（Andrew Sweetman）在太平洋的克拉里昂-克利珀頓斷裂帶（Clarion-Clipperton Zone）海底取樣時，發現了這種「暗氧」（dark oxygen）。當時他的團隊檢測到氧氣，但不敢相信這是真的，因為這個深度不可能有光合作用產生氧氣。斯威特曼當時認為，一定是因為傳感器壞了才會「胡言亂語」，於是將儀器送回生產廠商進行測試，但每次生產商都說，傳感器沒有問題。

「當我們第一次獲得這些數據時，我們認為傳感器有問題，因為在深海進行的每項研究都只會發現氧氣被消耗而不是被產生。」斯威特曼說，「我們回家後重新校準感測器，但是，在10年的時間裡，這些奇怪的氧氣讀數不斷出現。」

「我們決定採用一種備用方法，它的工作原理與我們正在使用的光電傳感器不同。當這兩種方法得到相同的結果時，我們知道我們正在做一件突破性的、前所未見的事情。」他說，「地球上要有有氧生命的存在，就必須有氧氣，而我們的理解是，地球的氧氣供應始於光合生物。但我們現在知道，在沒有光的深海中也會有氧氣產生。」

海底天然的「地球電池」

2023年夏天，斯威特曼聯繫了西北大學電化學家蓋格（Franz Geiger），討論氧氣來源的可能解釋。蓋格在自己之前的研究中發現，鐵鏽與鹽水結合作用可以產生電能。研究人員想知道，深海的多金屬「結核」是否能產生足夠的電力來產生氧氣。這種化學反應是海水電解過程的一部分，將電子從水中的氧原子中拉出。

為了研究這一假設，斯威特曼將從海底採集的幾磅多金屬「結核」運到了蓋格在西北大學的實驗室。2023年12月，斯威特曼還訪問了西北大學，在蓋格的實驗室裡待了一週。

僅1.5伏（與普通AA電池的電壓相同）的電壓就足以使海水電解。令人驚訝的是，研究小組在單個「結核」表面記錄到的電壓達0.95伏。當多個「結核」聚集在一起時，電壓會更大，就像電池串聯在一起一樣。

「看來，我們發現了一種天然的『地球電池』（geobattery）。這些『地球電池』是解釋海洋暗氧產生的可能依據。」蓋格說。