Když přijde řeč na kyslík, většina lidí si vybaví rostliny, fotosyntézu a sluneční světlo. Představa, že by tento životadárný prvek mohly vyrábět hroudy kovu 4 000 metrů pod hladinou oceánu, je proto nemyslitelná – alespoň donedávna byla.

Jak ale nový objev naznačuje, o kyslíku a životě na Zemi toho možná víme méně, než jsme čekali..

Oceánské dno Clarion-Clippertonovy zóny, rozprostírající se na rozloze 4,5 milionů km2 mezi Havají a Mexikem, zdobí zajímavý geologický jev. Na první pohled může připomínat brambory příliš dlouho pečené v popelu.

Ve skutečnosti jde o tzv. polymetalické konkrece, přírodní minerální ložiska oxidů železa, manganu a dalších kovů, vysrážených z okolního prostředí. Běžně se vyskytují na plochých oblastí mořského dna v hloubce 4–6  km pod hladinou oceánu, kde nerušeně rostou rychlostí asi 2 milimetry každý milion let.

O jejich potenciálu průmysl se už nějakou dobu ví, nový objev ovšem může jeho využití zkomplikovat.

Podivné místo pro kyslík

Obecně platí, že čím hlouběji se v oceánu ponoříte, tím méně kyslíku tam najdete. S ubývajícím světlem klesá i výskyt fotosyntetizujících organismů, které by ho vyráběly, a v hloubce 4 000 metrů po hladinou oceánu panuje tma přímo neproniknutelná.

A přesto v této temnotě je kyslíku dost. K tomuto překvapivému závěru došla výzkumná skupina Skotské asociace pro mořskou vědu (SAMS), vedená profesorem Andrewem Sweetmanem, už v roce 2013, když se do oblasti vydala studovat mořský život.

Ke dnu posetém polymetalickými konkrecemi spustili vědci zařízení podobné zvonu, kde po dosednutí vytvořilo uzavřený ekosystém. Z logiky věci badatelé předpokládali, že koncentrace kyslíku pozvolna klesne s tím, jak ho organismy budou odčerpávat.

Data ale ukázala opak – kyslíku přibývalo. Jak byl tehdy Sweetman přesvědčen, prvek lze získat jedině fotosyntézou, zjištění tak zavrhl a za viníka označil měřící přístroje. „Mysleli jsme si, že senzory jsou vadné, protože každá studie, která kdy byla provedena v hlubokém moři, viděla pouze kyslík, který byl spotřebován, nikoli produkován,“ uvedl Sweetman.

Senzory proto zaslal zpět výrobci k rekalibraci, a to v průběhu let dokonce několikrát.

Zlatý důl

V roce 2021 se skotský badatel do oblasti vrátil, tentokrát na průzkumnou expedici sponzorovanou The Metals Company, společností, která se zabývá hlubinnou těžbou. S vyšším odbytem elektrických vozidel a nízkouhlíkových technologií roste i poptávka po materiálech pro baterie.

Polymetalické konkrece často obsahují také kobalt, nikl, měď nebo lithium, včetně vzácných zemských prvků, jako je cer. Ty jsou nezbytnými součástmi nejen baterií, ale také chytrých telefonů, větrných turbín nebo solárních panelů.

A právě na tato minerální ložiska na dně Clarion-Clippertonovy zóny se zaměřují budoucí projekty hlubinné těžby, pro které jsou v současnosti vytvářeny Mezinárodním úřadem pro mořské dno (ISA) předpisy.

Společnost The Metals Company zastává premisu, že těžba nerostů v oceánu je ekologičtější variantou konvenčního způsobu na pevnině a do výzkumu mořského dna už investovala stovky milionů dolarů. Výsledky nové Sweetmanovy studie jí ale do karet nenahrály.

Chyba není na vašem přijímači

I při použití odlišných metod měření došli badatelé ke stejnému závěru jako o 8 let dříve. Jak Sweetman uvedl: „Nakonec jsem si uvědomil, že jsem roky ignoroval tento potenciálně obrovský objev.“ Laboratorní testy odhalily, že za výrobu kyslíku jsou zodpovědné nenápadné hrudky minerálů, zbývalo jen zjistit, jak to provádějí.

„Heureka“ okamžik nakonec nastal v roce 2022 v hotelovém baru v brazilském São Paulu, kde Sweetman sledoval dokument o hlubinné těžbě. V pořadu zaznělo, že konkrece jsou jakýmisi „bateriemi ve skále“. Šlo o pouhou metaforu, Sweetamana ovšem okamžitě napadlo, zda by kyslík nemohl být generován elektrochemicky.

Pokud by polymetalické konkrece byly schopny vyrobit dostatek elektrického náboje, dokázaly by mořskou vodu rozštěpit na vodík a kyslík pomocí elektrolýzy. Stejný jev pozorujeme, když do slané vody vhodíme standardní AA baterii.

Vzniklé bubliny a šumění jsou důsledkem uvolňování vodíkových a kyslíkových plynů při štěpení molekul vody elektřinou.

Převratná hypotéza

Následná měření napětí na povrchu těchto minerálních hrudek skutečně potvrdila, že se na jejich povrchu pohybuje kolem 0,95 voltu. Tento náboj může vznikat během růstu, vlivem nepravidelného ukládání různých minerálů v průběhu milionů let a rozdílem elektrického potenciálu mezi ionty.

Pro elektrolýzu je teoreticky potřeba napětí 1,5 voltu, jako má tužková baterie, vědci ale předpokládají, že tento nedostatek je kompenzován tím, že se ložiska na oceánském dně shlukují dohromady.

Elektrolýza mořské vody je v současné době hlavní teorií o produkci „temného kyslíku“, která bude podrobena dalšímu testování. Pokud se ovšem potvrdí, bude mít objev dalekosáhlé důsledky. Když pomineme nepatrné množství kyslíku vznikající oxidací amoniaku, které se okamžitě spotřebovává, nikdy předtím vědci nepozorovali jeho produkci bez zapojení živých organismů.

Jestliže ho konkrece skutečně vyrábějí a nepotřebují k tomu sluneční světlo, vědci budou možná muset přehodnotit to, co vědí o vzniku života na Zemi, a nejen na ní. Objeví-li kdy astrofyzici exoplanetu s atmosférou obsahující kyslík, nebude to nutně znamenat, že ve vesmíru našli život.

Ne všem po chuti

Ne každý je tímto potenciálním objevem ohromen. Závěry studie, publikované 22. července 2024 v časopise Nature Geoscience zpochybňuje jeden z jejích mecenášů, The Metals Company. Společnost napadá metody výzkumníků, studii celkově označuje za pochybnou a připravuje její komplexní vyvrácení.

Jak ale Sweetman poznamenává, on sám byl největším kritikem objevu: „Osm let jsem vyřazoval data ukazující na produkci kyslíku v domnění, že mé senzory jsou vadné. Jakmile jsme si uvědomili, že se něco děje, snažili jsme se to vyvrátit, ale nakonec to prostě nešlo.“.

Ačkoliv se uvádí, že například získávání niklu z hlubin ničí 30krát méně života než jeho získávání z deštných pralesů, byla hlubokomořská těžba kontroverzní už předtím, a zveřejnění studie vzedmulo novou nesouhlasnou vlnu.

„Není to tak, že byste mohli čekat 100 milionů let a nechat tato ložiska znovu dorůst. Jakmile je vyjmete, jsou pryč,“ upozornil Franz Geiger, profesor chemie na Northwestern University a jeden z autorů studie.

Není ale pravděpodobné, že objev, i když se potvrdí, průmyslové využití oblasti dokáže překazit – na to je lidstvo příliš hladové po nerostných surovinách. Vědci ale nezoufají. Doufají, že jejich práce pomůže k tomu, aby zásahy byly co nejinformovanější a provedeny s co nejmenším dopadem na ekosystém.