Descubren oxígeno oscuro en el fondo del mar

Un fenómeno misterioso observado por primera vez en 2013 a bordo de un barco en una parte remota del océano Pacífico parecía tan absurdo que convenció al científico oceánico Andrew Sweetman de que su equipo de monitoreo estaba defectuoso.

Las lecturas de los sensores parecían mostrar que se estaba produciendo oxígeno en el lecho marino a 4.000 metros debajo de la superficie, donde la luz no puede penetrar. Lo mismo ocurrió en tres viajes posteriores a una región conocida como Zona Clarion-Clipperton.

"Básicamente les dije a mis alumnos que simplemente volvieran a colocar los sensores en la caja. Los enviaremos de regreso al fabricante y los haremos analizar porque simplemente nos están diciendo tonterías", dijo Sweetman, profesor de la Asociación Escocesa de Ciencias Marinas y líder del grupo de biogeoquímica y ecología del fondo marino de la institución. "Y cada vez el fabricante respondía: funcionan'. Están calibrados'".

Los organismos fotosintéticos como las plantas, el plancton y las algas utilizan la luz solar para producir oxígeno que circula hacia las profundidades del océano, pero estudios previos realizados en las profundidades del mar han demostrado que el oxígeno sólo lo consumen, no lo producen, los organismos que viven allí, dijo Sweetman.

Ahora, la investigación de su equipo desafía esta suposición de larga data, al encontrar oxígeno producido sin fotosíntesis.

"Hay que ser cauteloso cuando se observa algo que va en contra de lo que debería estar sucediendo", afirmó.

El estudio, publicado en la revista Nature Geoscience, demuestra cuánto se desconoce aún sobre las profundidades del océano y subraya lo que está en juego en el impulso para explotar el fondo del océano en busca de metales y minerales raros. Su hallazgo de que existe otra fuente de oxígeno en el planeta además de la fotosíntesis también tiene implicaciones de gran alcance que podrían ayudar a desentrañar los orígenes de la vida.

Oxígeno oscuro

Sweetman hizo por primera vez la inesperada observación de que se producía oxígeno "oscuro" en el fondo marino mientras evaluaba la biodiversidad en un área destinada a la extracción de nódulos polimetálicos del tamaño de una patata. Los nódulos se forman a lo largo de millones de años mediante procesos químicos que hacen que los metales se precipiten fuera del agua alrededor de fragmentos de conchas, picos de calamar y dientes de tiburón y cubren un área sorprendentemente grande del fondo marino.

Los metales como el cobalto, el níquel, el cobre, el litio y el manganeso contenidos en los nódulos tienen una gran demanda para su uso en paneles solares, baterías de automóviles eléctricos y otras tecnologías ecológicas. Sin embargo, los críticos dicen que la minería en aguas profundas podría dañar irrevocablemente el prístino entorno submarino, ya que el ruido y las columnas de sedimentos levantadas por los equipos mineros deterioran los ecosistemas de aguas medias, así como los organismos en el fondo marino que a menudo viven en los nódulos.

También es posible, advierten estos científicos, que la minería en aguas profundas pueda alterar la forma en que se almacena el carbono en el océano, contribuyendo a la crisis climática.

Para ese experimento de 2013, Sweetman y sus colegas utilizaron un módulo de aterrizaje en las profundidades del océano que se hunde hasta el fondo marino para introducir una cámara, más pequeña que una caja de zapatos, en el sedimento para encerrar una pequeña área de fondo marino y un volumen de agua sobre ella.

Lo que esperaba que detectara el sensor era que los niveles de oxígeno cayeran lentamente con el tiempo a medida que los animales microscópicos lo inhalaran. A partir de esos datos, planeó calcular algo llamado "consumo de oxígeno de la comunidad de sedimentos", que proporciona información importante sobre la actividad de la fauna y los microorganismos del fondo marino.

Cada día se vierte al océano el equivalente a 2.000 camiones cargados plástico. Este es el destino de la mayor parte

No fue hasta 2021, cuando Sweetman utilizó otro método de respaldo para detectar oxígeno y produjo el mismo resultado, que aceptó que se producía oxígeno en el fondo marino y necesitaba controlar lo que estaba sucediendo.

Sweetman observó el fenómeno una y otra vez durante casi una década y en varios lugares de la zona Clarion-Clipperton, una gran área que se extiende más de 6.400 kilómetros y está más allá de la jurisdicción de cualquier país.

El equipo tomó algunas de las muestras de sedimentos, agua de mar y nódulos polimetálicos para estudiarlas en el laboratorio e intentar comprender exactamente cómo se producía el oxígeno.

Entendiendo el oxígeno oscuro

A través de una serie de experimentos, los investigadores descartaron procesos biológicos como los microbios y señalaron los propios nódulos como el origen del fenómeno. Quizás, razonaron, se trataba de oxígeno liberado del óxido de manganeso en el nódulo. Pero tal liberación no es la causa, dijo Sweetman.

Un documental sobre la minería en aguas profundas que Sweetman vio en el bar de un hotel en São Paulo, Brasil, desató un gran avance. "Había alguien allí que decía: 'Eso es una batería en una roca'", recordó. "Al ver esto, de repente pensé: ¿podría ser electroquímico? Estas cosas que quieren extraer para fabricar baterías, ¿podrían ser realmente baterías?"

La corriente eléctrica, incluso de una batería AA, cuando se pone en agua salada, puede dividir el agua en oxígeno e hidrógeno, un proceso conocido como electrólisis del agua de mar, explicó Sweetman. Quizás el nódulo hacía algo similar, razonó.

Sweetman se acercó a Franz Geiger, electroquímico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, y juntos investigaron más. Utilizando un dispositivo llamado multímetro para medir pequeños voltajes y variaciones de voltaje, registraron lecturas de 0,95 voltios desde la superficie de los nódulos.

Estas lecturas fueron inferiores al voltaje de 1,5 requerido para la electrólisis del agua de mar, pero sugirieron que podrían producirse voltajes significativos cuando los nódulos se agrupan.

"Parece que descubrimos una 'geobatería' natural", dijo Geiger, profesor de química Charles E. y Emma H. Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern, en un comunicado de prensa. "Estas geobaterías son la base para una posible explicación de la producción de oxígeno oscuro en el océano".

Desafiando el paradigma

El descubrimiento de que los nódulos abisales o de aguas profundas producen oxígeno es "un hallazgo sorprendente e inesperado", dijo Daniel Jones, profesor y jefe de biogeociencias oceánicas en el Centro Nacional de Oceanografía en Southampton, Inglaterra, que ha trabajado con Sweetman pero no participó directamente en la investigación. "Hallazgos como este demuestran el valor de las expediciones marítimas a estas áreas remotas pero importantes de los océanos del mundo", dijo por correo electrónico.

El estudio definitivamente desafía "el paradigma tradicional del ciclo del oxígeno en las profundidades del mar", según Beth Orcutt, científica investigadora principal del Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas en Maine. Pero el equipo proporcionó "suficientes datos de apoyo para justificar la observación como una señal verdadera", dijo Orcutt, que no participó en la investigación.

Craig Smith, profesor emérito de oceanografía de la Universidad de Hawaii en Mnoa, calificó la hipótesis de las geobaterías como una explicación razonable para la producción de oxígeno oscuro.

"Sin embargo, al igual que con cualquier nuevo descubrimiento, puede haber explicaciones alternativas", dijo por correo electrónico.

"La importancia regional de tal (producción de oxígeno oscuro) realmente no puede evaluarse debido a la naturaleza limitada de este estudio, pero sí sugiere una posible función ecosistémica no apreciada de los nódulos de manganeso en el fondo del mar profundo", afirmó Smith, quien tampoco participó en el estudio.

Los nódulos polimetálicos encontrados en el fondo marino de la zona Clarion-Clipperton, como el que se ve aquí, son ricos en manganeso, cobre, cobalto y níquel. Camille Bridgewater/Universidad del Noroeste

Desentrañando los orígenes de la vida

El Servicio Geológico de Estados Unidos estima que en la zona Clarion-Clipperton existen 21.100 millones de toneladas secas de nódulos polimetálicos, que contienen más metales clave que todas las reservas terrestres del mundo juntas.

La Autoridad Internacional de los Fondos Marinos, en virtud de la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar, regula la minería en la región y ha emitido contratos de exploración. El grupo se reunirá en Jamaica este mes para considerar nuevas reglas que permitan a las empresas extraer metales del fondo del océano.

Sin embargo, varios países, incluidos el Reino Unido y Francia, han expresado cautela y han apoyado una moratoria o prohibición de la minería en aguas profundas para salvaguardar los ecosistemas marinos y conservar la biodiversidad. A principios de este mes, Hawaii prohibió la minería en aguas profundas en sus aguas estatales.

Sweetman y Geiger dijeron que la industria minera debería considerar las implicaciones de este nuevo descubrimiento antes de explotar potencialmente los nódulos de las profundidades marinas.

Smith, de la Universidad de Hawaii, dijo que estaba a favor de una pausa en la extracción de nódulos, considerando el impacto que tendría en un ambiente vulnerable, biodiverso y prístino.

Los primeros intentos de explotación minera en la zona en la década de 1980 proporcionaron una advertencia, indicó Geiger.

"En 2016 y 2017, los biólogos marinos visitaron sitios que fueron minados en la década de 1980 y descubrieron que ni siquiera se habían recuperado bacterias en las áreas minadas", dijo Geiger.

El pepino de mar Amperima sp. se ve en el fondo en la zona este de Clarion-Clipperton. Cortesía de Craig Smith y Diva Amon, Proyecto ABYSSLINE

"Sin embargo, en las regiones no minadas la vida marina floreció. Aún se desconoce por qué estas "zonas muertas" persisten durante décadas", añadió. "Sin embargo, esto pone un asterisco importante en las estrategias para la minería del fondo marino, ya que la diversidad de fauna del fondo del océano en áreas ricas en nódulos es mayor que en las selvas tropicales más diversas".

Sweetman, cuya investigación científica ha sido financiada y apoyada por dos empresas interesadas en explotar la zona Clarion-Clipperton, dijo que era crucial contar con supervisión científica sobre la minería en aguas profundas.

Quedan muchas preguntas sin respuesta sobre cómo se produce el oxígeno oscuro y qué papel desempeña en el ecosistema de las profundidades marinas.

Comprender cómo el fondo del océano produce oxígeno también puede arrojar luz sobre los orígenes de la vida, añadió Sweetman. Una teoría de larga data es que la vida evolucionó en respiraderos hidrotermales de aguas profundas, y el descubrimiento de que la electrólisis del agua de mar podría formar oxígeno en las profundidades podría inspirar nuevas formas de pensar sobre cómo comenzó la vida en la Tierra.

"Creo que es necesario hacer más ciencia, especialmente en torno a este proceso y su importancia", dijo Sweetman. "Espero que sea el comienzo de algo increíble".