Minerais metálicos no fundo do oceano dividem a água para gerar “oxigênio escuro”, segundo novo estudo

Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo um químico da Universidade Northwestern, descobriu que minerais metálicos no fundo do oceano produzem oxigênio — 13.000 pés abaixo da superfície.

A descoberta surpreendente desafia suposições antigas de que apenas organismos fotossintéticos, como plantas e algas, geram o oxigênio da Terra. Mas a nova descoberta mostra que pode haver outra maneira. Parece que o oxigênio também pode ser produzido no fundo do mar — onde nenhuma luz pode penetrar — para sustentar a vida marinha que respira oxigênio (aeróbica) vivendo na escuridão completa.

O estudo, “Evidência da produção de oxigênio escuro no fundo do mar abismal”, foi publicado em 22 de julho na revista Geociências da Natureza.

Andrew Sweetman, da Scottish Association for Marine Science (SAMS), fez a descoberta do “oxigênio escuro” enquanto conduzia trabalho de campo baseado em navio no Oceano Pacífico. Franz Geiger, da Northwestern, liderou os experimentos de eletroquímica, que potencialmente explicam a descoberta.

“Para que a vida aeróbica começasse no planeta, tinha que haver oxigênio, e nossa compreensão é que o suprimento de oxigênio da Terra começou com organismos fotossintéticos”, disse Sweetman, que lidera o grupo de pesquisa de Ecologia do Fundo do Mar e Biogeoquímica na SAMS. “Mas agora sabemos que há oxigênio produzido no fundo do mar, onde não há luz. Acho que, portanto, precisamos revisitar questões como: Onde a vida aeróbica poderia ter começado?”

Nódulos polimetálicos — depósitos minerais naturais que se formam no fundo do oceano — estão no centro da descoberta. Uma mistura de vários minerais, os nódulos medem algo entre partículas minúsculas e uma batata média em tamanho.

“Os nódulos polimetálicos que produzem esse oxigênio contêm metais como cobalto, níquel, cobre, lítio e manganês, todos elementos essenciais usados ​​em baterias”, disse Geiger, coautor do estudo.

“Várias empresas de mineração de larga escala agora visam extrair esses elementos preciosos do fundo do mar em profundidades de 10.000 a 20.000 pés abaixo da superfície. Precisamos repensar como minerar esses materiais, para que não esgotemos a fonte de oxigênio para a vida nas profundezas do mar.”

Geiger é professor de Química Charles E. e Emma H. ​​Morrison na Faculdade de Artes e Ciências Weinberg da Northwestern e membro do Instituto Internacional de Nanotecnologia e do Instituto Paula M. Trienens de Energia e Sustentabilidade.

‘Algo inovador e impensado’

Sweetman fez a descoberta enquanto coletava amostras do leito marinho da Zona Clarion-Clipperton, uma cordilheira submarina montanhosa ao longo do fundo do mar que se estende por quase 4.500 milhas ao longo do quadrante nordeste do Oceano Pacífico. Quando sua equipe detectou oxigênio inicialmente, ele presumiu que o equipamento deveria estar quebrado.

“Quando obtivemos esses dados pela primeira vez, pensamos que os sensores estavam com defeito porque todos os estudos já feitos no fundo do mar só viram oxigênio sendo consumido em vez de produzido”, disse Sweetman. “Voltávamos para casa e recalibrávamos os sensores, mas, ao longo de 10 anos, essas leituras estranhas de oxigênio continuaram aparecendo.

“Decidimos usar um método de backup que funcionasse de forma diferente dos sensores optodos que estávamos usando. Quando ambos os métodos retornaram com o mesmo resultado, sabíamos que estávamos em algo inovador e inimaginável.”

‘Geobaterias’ ocultas em ação

No verão de 2023, Sweetman contatou Geiger para discutir possíveis explicações para a fonte de oxigênio. Em seu trabalho anterior, Geiger descobriu que a ferrugem, quando combinada com água salgada, pode gerar eletricidade. Os pesquisadores se perguntaram se os nódulos polimetálicos do oceano profundo geravam eletricidade suficiente para produzir oxigênio. Essa reação química é parte de um processo chamado eletrólise da água do mar, que puxa elétrons do átomo de oxigênio da água.

Para investigar essa hipótese, Sweetman enviou várias libras de nódulos polimetálicos, que foram coletados do fundo do oceano, para o laboratório de Geiger em Northwestern. Sweetman também visitou Northwestern em dezembro passado, passando uma semana no laboratório de Geiger.

Apenas 1,5 volts — a mesma voltagem de uma pilha AA típica — é o suficiente para dividir a água do mar. Surpreendentemente, a equipe registrou voltagens de até 0,95 volts na superfície de nódulos individuais. E quando vários nódulos se agrupam, a voltagem pode ser muito mais significativa, assim como quando as baterias são conectadas em série.

“Parece que descobrimos uma ‘geobateria’ natural”, disse Geiger. “Essas geobaterias são a base para uma possível explicação da produção de oxigênio escuro do oceano.”

Uma nova consideração para os mineiros

Os pesquisadores concordam que a indústria de mineração deve considerar essa descoberta antes de planejar atividades de mineração em alto mar. De acordo com Geiger, a massa total de nódulos polimetálicos na Zona Clarion-Clipperton sozinha é suficiente para atender à demanda global por energia por décadas. Mas Geiger vê os esforços de mineração na década de 1980 como um conto de advertência.

“Em 2016 e 2017, biólogos marinhos visitaram locais que foram minerados na década de 1980 e descobriram que nem mesmo bactérias haviam se recuperado nas áreas mineradas”, disse Geiger.

“Em regiões não mineradas, no entanto, a vida marinha floresceu. Por que tais ‘zonas mortas’ persistem por décadas ainda é desconhecido. No entanto, isso coloca um grande asterisco nas estratégias de mineração do fundo do mar, pois a diversidade faunística do fundo do oceano em áreas ricas em nódulos é maior do que nas florestas tropicais mais diversas.”