Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor  

深海海底暗氧生成的证据  

来源：Nature Geoscience  

《自然·地球科学》  

 

摘要内容：  

该研究通过原位底栖室实验发现，太平洋克拉里昂-克利珀顿断裂带多金属结核覆盖的深海海底在两天内氧气浓度增至背景浓度的三倍以上。离位培养实验表明多金属结核是暗氧（DOP）的来源，结合结核表面高达0.95 V的电压测量数据，提出海水电解可能是暗氧生成的机制。

 

研究目的：  

探索深海海底氧气浓度异常升高的成因，验证多金属结核是否通过非生物过程（如电化学反应）产生氧气，并评估其对深海生态系统和全球氧循环的潜在影响。

 

研究思路：  

原位实验：在深海部署底栖室，监测氧气浓度随时间变化（图1）。  

 

 

排除误差：通过Winkler滴定法验证数据可靠性（扩展数据图2），排除气泡扩散、材料干扰等因素（扩展数据表3）。  

 

 

 

离位验证：在实验室培养含结核的沉积物，观察氧气生成（扩展数据图4）。  

 

 

机制探究：测量结核表面电压（图2），结合地球化学模型（扩展数据图5）和放射性产氧模型，提出电解假说。  

 

 

微生物分析：检测微生物群落，排除生物产氧主导的可能性。

 

测量数据及来源：  

原位氧气浓度变化（图1）：显示氧气在底栖室内持续上升，最高达819 μmol/L。  

 

Winkler滴定数据（扩展数据图2）：验证氧气浓度升高的真实性。  

 

结核表面电压（图2）：最高达0.95 V，支持电解假说。  

放射性产氧模型（扩展数据表4）：显示放射性溶解氧贡献可忽略（<0.5%）。  

 

 

微生物群落分析：未发现与产氧相关的优势微生物类群。  

 

数据研究意义：  

氧气浓度数据（图1）：首次在深海发现非生物氧气生成，挑战传统深海氧气消耗的认知。  

 

电压数据（图2）：为“地质电池”假说提供直接证据，揭示多金属结核的电化学活性。  

 

微生物数据：排除生物代谢主导产氧的可能，强化非生物机制的重要性。  

 

放射性模型（扩展数据表4）：排除地质辐射产氧的干扰，缩小机制范围。  

 

结论：  

多金属结核通过表面电化学反应（可能为海水电解）产生氧气，暗氧速率（1.7–18 mmol O₂ m⁻² d⁻¹）超过传统耗氧速率。  

 

该过程与结核表面积正相关，暗示其分布密度和类型影响产氧效率。  

 

深海采矿可能通过扰动结核表面沉积物覆盖，改变暗氧生成动态，需进一步研究生态影响。  

 

丹麦Unisense电极测量数据的详细研究意义  

原位氧气微剖面测量：使用Unisense深海微剖面仪直接测定沉积物孔隙水氧气梯度（文中未明确标注图表，但提及“in situ O₂ microprofiling”），发现孔隙水为氧气净汇且浓度低于底栖室，排除了孔隙水上升流引入氧气的可能性。  

 

支持电解假说：微剖面数据显示孔隙水氧气不足以解释底栖室观测值，间接支持氧气源自结核表面反应而非地下水源。  

 

方法可靠性：Unisense传感器经多温度校准（1.6–30°C），结合原位压力数据，确保高精度测量（误差<0.3%），为暗氧现象提供可信的物理证据。  

 

排除生物干扰：结合微生物毒理实验（HgCl₂处理），微剖面数据帮助确认非生物产氧的主导地位。