关于暗氧的关键要点
暗氧是在海底通过非光合作用过程产生的。
2024 年 7 月发表在《自然-地球科学》杂志上的一项新研究表明，尚不清楚暗氧的产生原因，但多金属结核可能是一个潜在的来源。
这一发现可能改写我们对地球上好氧（耗氧）生命如何演化的理解。它甚至可能指向地外生命的新可能性，例如在土星的含水卫星上。
地球氧气的传统说法很简单：在 34 亿年前第一批光合作用生物出现之前，地球上根本没有氧气。然后，细菌开始将阳光转化为糖以供自身生长，藻类和植物也随之出现，它们都将氧气作为副产品泵入大气。对于我们——以及地球上大多数生命——生存所必需的这种气体，不存在其他自然来源。
这就是苏格兰海洋科学协会的海底生态学家兼生物地球化学家 Andrew Sweetman 在他的研究中所学到的。然而，当他在 2013 年测量到太平洋深处异常高的氧气水平时，他感到困惑是理所当然的。他的着陆器从 13,000 英尺（约 4000 米）深处返回，那是一个被阳光触及不到的黑暗区域，其沉积物样本中竟然有气泡。
他和他的同事们曾认为这只是一个偶然，但到了 2015 年，同样的事情再次发生。
“证据越积越多，”Sweetman 回忆道。“最终，我们不得不承认，这里有些事情正在发生。”他们知道这个说法会引起争议，但他们无法忽视自己的数据：氧气正在海底通过某种非光合作用的过程产生。
什么是暗氧？
2024 年 7 月，该团队终于在《自然-地球科学》杂志上发表了他们的研究结果，并将这种现象称为暗氧。目前尚不清楚是什么导致了它——Sweetman 正在准备明年进行进一步研究——但海底的地质构造本身表明了一个可能的来源：多金属结核。
这些土豆大小的块状物由各种金属组成，散布在研究人员检测到氧气的夏威夷以东的克拉里昂-克利珀顿区的海床上。它们含有锰、钴、锂、镍和铜的层。这些都是常见的电池组件，它们可能像水下电池一样，产生足够的电流来分解水分子，产生氢气和氧气原子。
至少，这是 Sweetman 的假设。如果属实，它可能会改写我们对地球上好氧（耗氧）生命如何演化的理解。它甚至可能指向地外生命的新可能性，例如在土星的含水卫星上。
“如果这个过程本质上是电化学的，并且发生在我们的海洋底部，”Sweetman 说，“那么有什么能阻止它发生在像泰坦或恩塞拉多斯这样的海洋世界的底部呢？”
关于暗氧的其他理论
或者，情况可能恰恰相反，是细菌产生氧气，而氧气反过来促进了多金属结核的生长。2025 年 3 月，中国研究人员在生物预印本服务器上发布了一项预印本研究（尚未经过同行评审），他们在其中报告说，两种深海细菌菌株可以还原硝酸盐生成氨，这一过程似乎会产生暗氧。
还有另一种说法是，一些科学家认为 Sweetman 的发现根本就是错的。《自然-地球科学》的论文受到了几个团体的批评，其中最引人注目的是 The Metals Company，这是一家深海采矿公司，部分资助了 Sweetman 的研究，并希望开采多金属结核用于电池。
2024 年 9 月，The Metals Company 的五名雇员发布了一份预印本反驳意见（同样尚未经过同行评审）。该论文——由该公司海洋生物学家兼环境经理 Michael Clarke 领导——认为，氧气很可能来自困在 Sweetman 设备中的气泡。那样的话，氧气最终还是源自大气，而不是海底。
因此，他们写道，“多金属结核产生氧气的假设可以完全被驳斥。”
针对批评，Sweetman 表示：“我认为人们没有意识到我们曾多么努力地去反驳这些数据。”
Sweetman 辩称，他的着陆器的底部室——一种用于测量海底沉积物氧气交换的设备——具有足够的故障安全功能，可以确保实验不会被混入的空气泡污染。他预计下一轮使用改进设备的研究（初步计划在 2026 年初进行）将证实他团队的原始发现。
支持深海生态系统
这其中的利害关系比表面上看起来要大。如果暗氧确实在产生，它可能会支撑我们知之甚少甚至一无所知的深海生态系统。
环保组织已经反对开采多金属结核，它们迅速采纳了 Sweetman 的研究作为暂停采矿项目的理由。研究公布当天，斯克里普斯海洋研究所的杰出教授 Lisa Levin 告诉深海保护联盟，暗氧代表着“在评估深海采矿影响时需要考虑的一种新的生态系统功能。”
但 Sweetman 仍持中立态度。目前，我们了解的信息不足以判断暗氧的产生是否是自然发生的，因为多金属结核只有在着陆器突然靠近并吹走它们表面的沉积物时才可能产生电流。即使这个过程是自然的，其生态重要性（更不用说采矿可能对其产生的影响）也尚不清楚。
“这些问题在第 942 页得到了解答，”Sweetman 说。“我们才刚开始，只在第 3 页。”
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文章来源
我们的Discovermagazine.com作家在文章中采用同行评审研究和高质量来源，我们的编辑会审阅科学准确性和编辑标准。请查看本文使用的以下来源
Nature Geoscience. Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor（证据表明深海底部存在暗氧产生）
Cold Spring Harbor Laboratory. Nitrate-driven dark oxygen production by diverse deep-sea microorganisms（硝酸盐驱动的多种深海微生物暗氧产生）
The Metals Company. Contributions to the discussion of novel detection of dark oxygen production at the abyssal seafloor（对深海底部新发现的暗氧产生检测的讨论贡献）
Deep Sea Conservation Coalition. Groundbreaking Discovery in the Deep Ocean – Oxygen Production by Polymetallic Nodules Targeted by the Deep-Sea Mining Industry（深海一项突破性发现——多金属结核产生的氧气成为深海采矿业的目标）
