海面下一万二千英尺，是一个永恒的午夜世界。阳光无法穿透到这个深度，无法进行光合作用，因此那里没有植物产生氧气。然而，这个被黑暗笼罩的区域却充满了生命所需的氧气，这要归功于一个意想不到的氧气工厂：海底土豆大小的“电池岩石”。

本周发表在《自然地球科学》杂志上的新研究揭示，自然界已经找到了一种无需植物参与即可产生氧气的方法。英国国家海洋中心的研究员丹尼尔·琼斯（Daniel Jones）告诉CNN记者凯蒂·亨特，这是一项“令人惊叹且出乎意料的发现”。此前，科学家们认为氧气是生命本身的产物，即由植物和藻类等光合自养生物制造的。但这项新研究推翻了这一简单的叙述。

事实上，这一发现如此令人震惊，以至于当首席作者安德鲁·斯威特曼（Andrew Sweetman）2013年首次在太平洋克拉里恩-克利珀顿区测量到这种“黑暗氧气”时，他直接忽视了这一数据。“我当时忽略了它，因为我被教导过——氧气只能通过光合作用产生，”苏格兰海洋科学协会的生态学家斯威特曼告诉BBC新闻的维多利亚·吉尔。“最终，我意识到我忽略了这个潜在的重大发现已经很多年了。”

追溯“黑暗氧气”的起源

斯威特曼当时参与一个研究团队，旨在测量海底生物消耗的氧气量。然而，他从深海采集的海水中观察到氧气浓度上升，而非预期的下降。起初，他怀疑传感器故障，多次将其送回厂家校准。2021年，斯威特曼有机会再次回到同一地点，为一家深海采矿公司——金属公司（The Metals Company）进行海底调查。采用不同技术，他的团队再次测得溶解氧显著增加。最终，他有了充分理由认真对待这些数据，并开始寻找氧气的真正来源。

首先，科学家排除了微生物产生氧气的可能性：在模拟海底环境的实验中，研究人员用氯化汞杀死水中的所有生物体，但氧气浓度依然上升。该区域布满了被称为多金属结核的岩石状团块，这些结核是在锰、钴等金属从海水中沉淀并围绕贝壳碎片或鲨鱼牙齿聚集形成的。

科学家们锁定这些金属作为氧气来源，但尚不清楚其具体机制。例如，氧气并非源自结核中放射性物质裂解水分子，或含氧矿物如锰氧化物的分解。突破性的灵感来自斯威特曼在巴西圣保罗一家酒店酒吧观看一部关于深海采矿的纪录片时。CNN报道，他听到有人称这些结核为“岩石中的电池”。这一说法激发了他的灵感：氧气是否可能通过电化学反应产生？

如果将普通AA电池放入盐水中，会观察到气泡并听到嘶嘶声——这是电解水分子产生氢气和氧气的过程。研究人员怀疑，深海中的多金属结核也在进行类似的电解反应。对结核表面的电压测量证实，这些岩石带有高达0.95伏的电压。虽然略低于理论上海水电解所需的1.5伏，但研究人员推测结核聚集在一起有助于克服这一障碍。

西北大学物理化学家、论文合著者弗朗茨·盖格（Franz Geiger）告诉《科学美国人》：“这是我和我的实验室参与过的最令人着迷的研究之一。”这些天然“岩石电池”迫使科学家们拓宽对生命进化轨迹的理论。科学家们曾认为复杂生命是在光合蓝藻产生足够氧气后才得以进化。现在看来，生命或许能在某些不太可能的环境中依靠氧气“升级”。

斯威特曼告诉《Live Science》记者萨沙·帕雷：“因此，我们需要重新思考：有氧生命可能从哪里开始？”这一过程或许也在恩克拉多斯和欧罗巴等其他海洋世界中发生。

深海采矿的目标

无论这些结核是否曾影响生命进化，它们对现代海洋生物都至关重要。2013年对克拉里恩-克利珀顿区的调查发现，一半以上的巨型海洋动物仅栖息于这些结核上。深海生物多样性研究仍十分不足，约有三分之二的生物尚未被科学发现。

然而，克拉里恩-克利珀顿区因其丰富的多金属结核而备受深海采矿业关注。这些结核富含钴、镍、铜和锰，是电池、智能手机、风力发电机和太阳能电池板的重要原料。

深海采矿仍处于实验阶段，尚未形成大规模产业，且遭到强烈反对。目前已有27个国家和52家公司支持暂停深海采矿，800多名科学家和政策专家联名反对。国际海底管理局负责监管国际水域的采矿活动，发放采矿勘探许可证。金属公司作为此次研究的资助方，于2022年获得首个采矿试验许可，引发环保人士的震惊和不满。目前已有16个深海采矿合同授予私营企业，覆盖约40万平方英里的克拉里恩-克利珀顿海底。

像斯威特曼这样的研究对于揭示潜在风险至关重要。“我不认为这项研究会终止采矿，”他告诉BBC新闻，“但研究人员能做的是收集数据，帮助利益相关者做出明智决策，并可能激发减少负面影响的新思路，无论该行业是否真正起步。”