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Un fenómeno misterioso observado por primera vez en 2013 a bordo de un barco en una zona remota del Océano Pacífico parecía tan absurdo que convenció al científico oceanográfico Andrew Sweetman de que su equipo de monitoreo estaba defectuoso.
Las lecturas de los sensores parecían indicar que el oxígeno se estaba produciendo en el fondo marino, a 4.000 metros (unos 13.100 pies) por debajo de la superficie, donde no puede penetrar la luz. Lo mismo ocurrió en tres viajes posteriores a una región conocida como la Zona Clarion-Clipperton.
“Básicamente, les dije a mis estudiantes que simplemente volvieran a poner los sensores en la caja. Los enviaríamos de vuelta al fabricante para que los probara, porque nos están dando información sin sentido”, dijo Sweetman, profesor de la Asociación Escocesa de Ciencias Marinas y director del grupo de ecología y biogeoquímica del fondo marino de la institución. “Y cada vez que lo hacían, el fabricante respondía: ‘Están funcionando. Están calibrados’”.
Los organismos fotosintéticos, como las plantas, el plancton y las algas, utilizan la luz solar para producir oxígeno que circula hasta las profundidades del océano, pero estudios previos realizados en las profundidades marinas han demostrado que el oxígeno sólo es consumido, no producido, por los organismos que viven allí, dijo Sweetman.
Ahora, la investigación de su equipo está desafiando esta suposición sostenida durante mucho tiempo, al descubrir que el oxígeno se produce sin fotosíntesis.
“Uno es cauteloso cuando ve algo que va en contra de lo que debería suceder”, dijo.
El estudio, publicado el lunes en la revista Nature Geoscience, demuestra lo mucho que aún se desconoce sobre las profundidades oceánicas y subraya lo que está en juego en el intento de explotar el fondo oceánico en busca de metales y minerales raros. El hallazgo de que existe otra fuente de oxígeno en el planeta además de la fotosíntesis también tiene implicaciones de largo alcance que podrían ayudar a desentrañar los orígenes de la vida.
Toma de muestras del fondo marino
Sweetman fue el primero en hacer la inesperada observación de que se estaba produciendo oxígeno «oscuro» en el fondo marino mientras evaluaba la biodiversidad marina en una zona 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 calamares y dientes de tiburón y cubran una zona 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 afirman que la minería en aguas profundas podría dañar irremediablemente el prístino entorno submarino, con ruidos y columnas de sedimentos provocados por equipos mineros que dañan los ecosistemas de aguas intermedias, así como los organismos del 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 aguas profundas 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 del fondo marino y un volumen de agua sobre él.
Lo que esperaba que el sensor detectara era que los niveles de oxígeno cayeran lentamente con el tiempo a medida que los animales microscópicos lo inhalaban. A partir de esos datos, planeó calcular algo llamado «consumo de oxígeno de la comunidad sedimentaria», que proporciona información importante sobre la actividad de la fauna y los microorganismos del fondo marino.
No fue hasta 2021, cuando Sweetman utilizó otro método de respaldo para detectar oxígeno y produjo el mismo resultado, que aceptó que se estaba produciendo oxígeno en el fondo marino y que necesitaba comprender qué estaba sucediendo.
“Pensé: ‘Dios mío, durante los últimos ocho o nueve años he estado ignorando algo profundo y enorme’”, dijo.
Sweetman ha observado 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 4.000 millas (6.400 kilómetros) y está fuera de la jurisdicción de cualquier país.
El equipo tomó algunas muestras de sedimentos, agua de mar y nódulos polimetálicos para estudiarlos en el laboratorio para intentar comprender exactamente cómo se producía el oxígeno.
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Entendiendo el oxígeno oscuro
Mediante una serie de experimentos, los investigadores descartaron procesos biológicos como los microbios y se centraron en los propios nódulos como el origen del fenómeno. Tal vez, razonaron, se trataba de oxígeno liberado del óxido de manganeso en el nódulo. Pero tal liberación no era 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, desencadenó un gran avance. “Había alguien en el documental que decía: ‘Eso es una batería en una roca’”, recordó. “Al verlo, de repente pensé: ¿podría ser electroquímico? ¿Podrían ser baterías estas cosas que quieren extraer para fabricar baterías?”.
La corriente eléctrica, incluso la de una pila AA, cuando se coloca en agua salada, puede dividir el agua en oxígeno e hidrógeno, un proceso conocido como electrólisis del agua de mar, dijo Sweetman. Tal vez el nódulo estaba haciendo algo similar, razonó.
Sweetman se puso en contacto con Franz Geiger, electroquímico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, y juntos investigaron más a fondo. Utilizando un dispositivo llamado multímetro para medir voltajes diminutos y variaciones de voltaje, registraron lecturas de 0,95 voltios en la superficie de los nódulos.
Estas lecturas fueron menores que el voltaje de 1,5 requerido para la electrólisis del agua de mar, pero sugirieron que podrían ocurrir voltajes significativos cuando los nódulos se agrupan.
“Parece que hemos descubierto una ‘geobatería’ natural”, afirmó Geiger, profesor de química Charles E. y Emma H. Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de la Universidad 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 las profundidades marinas, están produciendo oxígeno es “un hallazgo sorprendente e inesperado”, dijo Daniel Jones, profesor y director 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 desafía definitivamente “el paradigma tradicional del ciclo del oxígeno en las profundidades marinas”, 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, quien no participó en la investigación.
Craig Smith, profesor emérito de oceanografía de la Universidad de Hawái en Mānoa, calificó la hipótesis de la geobatería como una explicación razonable para la producción de oxígeno oscuro.
“Sin embargo, como ocurre con cualquier descubrimiento nuevo, puede haber explicaciones alternativas”, dijo por correo electrónico.
«La importancia regional de dicha (producción de oxígeno oscuro) no puede evaluarse realmente 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», dijo Smith, quien tampoco participó en el estudio.
Desentrañando los orígenes de la vida
El Estimaciones del Servicio Geológico de Estados Unidos que existen 21.100 millones de toneladas secas de nódulos polimetálicos en la Zona Clarion-Clipperton, que contienen más metales críticos que 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 exploraciónEl 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 paísesincluyendo el Reino Unido y Franciahan expresado cautela y apoyan una moratoria o prohibición de la minería en aguas profundas para salvaguardar los ecosistemas marinos y conservar la biodiversidad. A principios de este mes, Hawái 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 Hawai, dijo que estaba a favor de una pausa en la extracción de los nódulos, considerando el impacto que tendría sobre un entorno vulnerable, biodiverso y prístino.
Los primeros intentos de explotación minera en la zona en la década de 1980 proporcionaron una historia de advertencia, dijo Geiger.
“En 2016 y 2017, los biólogos marinos visitaron sitios que fueron explotados en la década de 1980 y descubrieron que ni siquiera se habían recuperado bacterias en las áreas minadas”, dijo Geiger.
“Sin embargo, en las regiones no explotadas por minas, la vida marina floreció. Todavía se desconoce por qué esas ‘zonas muertas’ persisten durante décadas”, añadió. “Sin embargo, esto pone un gran asterisco sobre las estrategias para la explotación minera del fondo marino, ya que la diversidad de fauna del fondo oceánico en las 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 la minería de la Zona Clarion-Clipperton, dijo que era crucial tener supervisión científica sobre la minería en aguas profundas.
Aún 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, agregó Sweetman. Una teoría de larga data es que la vida evolucionó sobre los respiraderos hidrotermales de aguas profundasy 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 investigar más sobre este proceso y su importancia”, afirmó Sweetman. “Espero que sea el comienzo de algo asombroso”.
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