Evidencias de producción de ‘oxígeno oscuro’ en los fondos abisales

Un equipo internacional de investigadores ha descubierto que los minerales metálicos de las profundidades oceánicas, muy valorados por las compañías extractoras, son capaces de producir oxígeno a 4000 metros bajo la superficie, en completa oscuridad.

Este sorprendente descubrimiento, publicado esta semana en la revista Nature Geoscience, pone en tela de juicio la creencia de que solo los organismos fotosintéticos, como las plantas, las algas o las cianobacterias, generan el oxígeno de la Tierra. El estudio revela que esta molécula se puede crear en los fondos marinos abisales, sin luz, y llegar a sustentar a los organismos aeróbicos que lo respiran.

Este ‘oxígeno oscuro’ lo descubrió el ecólogo y biogeoquímico Andrew Sweetman de la Asociación Escocesa de Ciencias Marinas (SAMS, Reino Unido) mientras tomaba muestras del lecho marino de la zona Clarion-Clipperton, un área submarina montañosa que se extiende casi 6500 kilómetros en el noreste del océano Pacífico.

Localización de la zona Clarion-Clipperton en el Pacífico. / USGS

“Para que la vida aeróbica se iniciara en el planeta, tenía que haber oxígeno, y nuestra idea era que su suministro en la Tierra comenzó con los organismos fotosintéticos, pero ahora sabemos que se produce oxígeno en las profundidades marinas, donde no hay luz”, subraya Sweetman, “por tanto, tenemos que volver a plantearnos preguntas como dónde pudo comenzar la vida aeróbica”.

Ahora sabemos que se produce oxígeno en la profundidades marinas, donde no hay luz, y tenemos que volver a plantearnos preguntas como dónde pudo comenzar la vida aeróbica

Andrew Sweetman (Asociación Escocesa de Ciencias Marinas)

Hasta ahora se pensaba que el oxígeno lo produjeron por primera vez las cianobacterias hace unos 3000 millones de años, y que después hubo un desarrollo gradual de vida más compleja. La posibilidad de que existiera una fuente alternativa hace replantear esa visión.

Valiosos nódulos polimetálicos

A unos 4000 m de profundidad, el investigador localizó el material clave del oxígeno oscuro: nódulos polimetálicos, algunos de los cuales fueron analizados por el catedrático de Química Franz Geiger de la Universidad Northwestern (EE UU), quien dirigió los experimentos electroquímicos que explican potencialmente el hallazgo.

“Estos nódulos, que hoy parecen un saco de patatas vaciado sobre el suelo, se han estado formando durante los últimos 100 millones de años a partir de iones disueltos en el agua marina del fondo oceánico”, comenta Geiger a SINC, “y los campos que los contienen pueden cubrir cientos de kilómetros en muchas partes del mundo”.

El estudio revela que minerales metálicos del fondo marino dividen el agua para generar ‘oxígeno oscuro’

Los organismos fotosintéticos generan oxígeno y azúcares a partir de CO2, agua y luz. Sin embargo, el oxígeno oscuro se produciría por electrólisis del agua inducida por los minerales metálicos: “2H20 –> O2 + 2H2 sería la formula”, apunta el químico, “pero es importante señalar que los sensores utilizados en este estudio solo son sensibles al O2, no al H2, que todavía no sabemos si se produce”.

Algunos nódulos polimetálicos recolectados del fondo oceánico se han analizado en el laboratorio del químico Franz Geiger en la Universidad Northwestern (EE UU). / Franz Geiger/Northwestern University

Geiger explica que los nódulos polimetálicos que producen este oxígeno contienen metales como cobalto, níquel, cobre, litio y manganeso, todos ellos elementos fundamentales para las baterías de dispositivos electrónicos: “Varias empresas mineras a gran escala pretenden ahora extraer estos elementos preciosos del fondo marino a profundidades de entre 3000 y 4000 metros bajo la superficie. Tenemos que replantearnos cómo extraer estos materiales, para no agotar la fuente de oxígeno para la vida en los fondos oceánicos”.

Historia del descubrimiento

Por su parte, Sweetman recuerda cómo comenzó esta investigación: “Cuando obtuvimos los datos por primera vez, pensamos que los sensores estaban averiados porque en todos los estudios realizados en las profundidades marinas solo se había observado que se consumía oxígeno, en lugar de producirse. Volvíamos a casa y los recalibrábamos, pero a lo largo de 10 años seguían apareciendo estas extrañas lecturas de oxígeno”.

“Decidimos entonces utilizar un método de respaldo que funcionaba de forma diferente a los sensores empleados –añade–, y cuando ambos métodos arrojaron el mismo resultado, supimos que estábamos ante algo innovador e impensable”.

Fue en el verano de 2023, cuando Sweetman se puso en contacto con Geiger para discutir posibles explicaciones sobre la fuente de oxígeno. En un trabajo anterior, el químico de Northwestern ya había descubierto que compuestos óxidos, cuando se combinan con agua salada, pueden generar electricidad.

Se registraron tensiones de hasta 0,95 voltios en la superficie de nódulos individuales, y al unir varios, el voltaje puede ser más significativo para producir oxígeno del agua

Los investigadores se preguntaron si los nódulos polimetálicos de los fondos oceánicos generaban electricidad suficiente para producir oxígeno. Esta reacción es la que forma parte de la electrólisis del agua marina, de la que se extrae electrones del átomo de oxígeno. Para investigar esta hipótesis, se analizaron varios nódulos en el laboratorio de Geiger.

Solo 1,5 voltios (el mismo voltaje que una pila AA) bastan para dividir el agua de mar. Sorprendentemente, el equipo registró tensiones de hasta 0,95 voltios en la superficie de nódulos individuales. Y cuando varios nódulos se agrupan, el voltaje puede ser mucho más significativo, como cuando las pilas se conectan en serie.

Una geobatería natural

“Parece que hemos descubierto una ‘geobatería’ natural”, afirma Geiger, “y estas geobaterías son la base de una posible explicación de la producción de ‘oxígeno oscuro’ del océano”.

¿Pero cuánto oxígeno se podría producir a partir de los nódulos? ¿Se puede considerar una cantidad relevante, especialmente si se piensa en el comienzo de la vida aeróbica en el planeta? “Esto aún no se sabe y requiere investigaciones futuras”, reconoce el investigador.

Todavía no sabemos qué cantidad de ‘oxígeno oscuro’ se produce desde estos nódulos y si es significativa. Se requieren más estudios

Franz Geiger (Universidad Northwestern)

En cualquier caso, los investigadores coinciden en que la industria minera debería tener en cuenta este descubrimiento antes de planificar actividades de extracción en aguas profundas. Según Geiger, solo la masa total de nódulos polimetálicos de la zona Clarion-Clipperton bastaría para satisfacer la demanda mundial de energía durante décadas.

El químico recuerda la lección aprendida en explotaciones mineras anteriores: “En 2016 y 2017, los biólogos marinos visitaron sitios que fueron minados en la década de 1980 y encontraron que ni siquiera las bacterias se habían recuperado en esas zonas”.

La industria minera debería tener en cuenta este descubrimiento antes de planificar actividades de extracción en aguas profundas

“En las regiones no minadas, sin embargo, la vida marina floreció –subraya–. Aún se desconoce por qué las ‘zonas muertas’ persisten durante décadas. Sin embargo, esto pone un punto de atención importante en las estrategias de explotación minera del fondo marino, ya que la diversidad de la fauna del fondo oceánico en las zonas ricas en nódulos es mayor que en las selvas tropicales más diversas”.

Geiger concluye con los próximos pasos de esta investigación: “Es muy importante un estudio físico detallado en condiciones controladas de laboratorio. El desafío es reproducir las duras condiciones del fondo marino abisal (alta presión, baja temperatura) para realizar mediciones electroquímicas y espectroscópicas. Y otro reto es explorar si la composición química de los nódulos en el fondo del mar contiene claves para fabricar mejores catalizadores para dividir el agua, aquí, en la superficie de la Tierra”.

Referencia:

Andrew K. Sweetman et al. “Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor”. Nature Geoscience, 2024

El estudio ha contado con el apoyo de Nauru Ocean Resources Inc, filial de The Metals Company Inc.