Các nốt đa kim không chỉ chứa đất hiếm mà còn mang bí mật sốc liên quan đến sự sống Trái Đất gần 4 tỉ năm trước.
Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện bằng chứng cho thấy kim loại tự nhiên dưới đáy biển có thể tạo ra oxy — một khám phá có thể thay đổi quan điểm của chúng ta về nguồn gốc của sự sống trên Trái đất.
Nghiên cứu này, được công bố gần đây trên tạp chí Nature Geoscience, đã cho thấy rằng một quá trình mới được phát hiện có thể cho phép các khối khoáng chất như mangan và sắt — thường được sử dụng trong sản xuất pin — tạo ra oxy ngay cả trong bóng tối hoàn toàn. Trong khi sinh vật thông thường cần ánh sáng để tạo ra oxy thông qua quá trình quang hợp, các nhà nghiên cứu cho rằng hoạt động điện hóa của các khối khoáng chất này, được gọi là cục đa kim loại, có thể chiết xuất oxy từ nước. Các khối này đã hình thành qua hàng triệu năm và có kích thước tương đương với củ khoai tây.
Bo Barker Jørgensen, một chuyên gia về hóa sinh biển, người không tham gia vào nghiên cứu nhưng đã thẩm định bài báo, cho biết đây là một phát hiện “rất độc đáo”.
Phát hiện này có thể ảnh hưởng đến ngành khai thác khoáng sản dưới biển sâu, nơi các công ty đang tìm cách thăm dò đáy đại dương để khai thác các khoáng chất như cục đa kim loại. Những khoáng chất này được coi là quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng xanh. Tuy nhiên, các nhà hoạt động môi trường và nhiều nhà khoa học lo ngại rằng khai thác dưới biển sâu có thể gây nguy hại bởi nó có thể làm mất cân bằng các hệ sinh thái một cách không thể đoán trước và ảnh hưởng đến khả năng của đại dương trong việc chống lại biến đổi khí hậu. Nghiên cứu này đã nhận được tài trợ từ các công ty hoạt động trong lĩnh vực thăm dò khai thác đáy biển.
Khi nhà khoa học đại dương Andrew Sweetman lần đầu tiên ghi nhận các chỉ số oxy bất thường từ đáy Thái Bình Dương vào năm 2013, ông nghĩ rằng thiết bị của mình đã gặp sự cố. “Tôi đã nói với sinh viên của mình rằng hãy cất các cảm biến vào hộp và gửi chúng trở lại nhà sản xuất để kiểm tra vì chúng chỉ đang đưa ra các chỉ số vô lý,” Sweetman, trưởng nhóm nghiên cứu sinh thái đáy biển và hóa sinh tại Hiệp hội Khoa học Biển Scotland, chia sẻ với CNN. “Nhưng lần nào nhà sản xuất cũng kiểm tra lại và xác nhận rằng thiết bị hoạt động bình thường.”
Các bong bóng oxy siêu nhỏ từ một mẫu được thu thập vào năm 2021 gần đáy biển, sâu 4.000 mét dưới bề mặt Thái Bình Dương trong Vùng Clarion-Clipperton. Các bong bóng này được giải phóng khi nước ấm lên trong quá trình nổi lên bề mặt. Video: Dự án NERC Smartex/SAMS/Dự án Abyssline/iAtlantic
Giải mã nguồn gốc của sự sống trên Trái đất
Vào các năm 2021 và 2022, Sweetman và nhóm của ông đã trở lại Vùng Clarion-Clipperton, một khu vực dưới trung tâm Thái Bình Dương nổi tiếng với sự hiện diện lớn của các cục đa kim loại. Tin chắc rằng các cảm biến vẫn hoạt động chính xác, họ đã hạ một thiết bị xuống hơn 3.9 km dưới mặt nước, đặt các hộp nhỏ vào trầm tích. Các hộp này duy trì vị trí trong 47 giờ, tiến hành thí nghiệm và đo mức oxy tiêu thụ bởi các vi sinh vật sống ở đó.
Thay vì mức oxy giảm, nó lại tăng — điều này cho thấy có nhiều oxy được sản xuất hơn so với lượng oxy bị tiêu thụ.
Các nhà nghiên cứu cho rằng hoạt động điện hóa của các kim loại trong cục đa kim loại là nguyên nhân gây ra hiện tượng sản xuất oxy mà các cảm biến đã đo được — tương tự như cách mà pin hoạt động, trong đó các electron di chuyển từ cực này sang cực khác, tạo ra dòng điện, Tobias Hahn, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích trong một cuộc phỏng vấn.
Giả thuyết này có thể bổ sung một góc nhìn mới vào hiểu biết của chúng ta về sự khởi đầu của sự sống dưới biển, Hahn, người đã tập trung vào các cảm biến được sử dụng trong thí nghiệm, cho biết. “Chúng ta từng nghĩ rằng sự sống bắt đầu trên Trái đất khi quá trình quang hợp bắt đầu, vì oxy được sinh ra qua quá trình này. Nhưng có thể quá trình phân tách nước bằng điện hóa này đã cung cấp oxy cho đại dương,” ông nói. “Điều này có thể làm thay đổi cách chúng ta hiểu về câu chuyện khởi nguồn của sự sống.”
Một thông cáo báo chí về nghiên cứu cho biết phát hiện này thách thức “những giả định lâu nay rằng chỉ có các sinh vật quang hợp, như thực vật và tảo, mới tạo ra oxy trên Trái đất”.
“Tuy nhiên, nếu phát hiện này được xác nhận, chúng ta cần suy nghĩ lại về cách khai thác các vật liệu như cobalt, nickel, copper, lithium và mangan dưới nước, để không làm cạn kiệt nguồn oxy cho sinh vật biển sâu,” Franz Geiger, giáo sư hóa học tại Đại học Northwestern và là một trong những đồng tác giả của nghiên cứu, nhấn mạnh trong thông cáo báo chí.
Hoạt động khai thác dưới biển trong những năm 1980 là một bài học cảnh báo, Geiger nói. Khi các nhà sinh học biển quay lại các địa điểm đó sau nhiều thập kỷ, họ phát hiện ra rằng “không có sinh vật nào, thậm chí cả vi khuẩn, có thể phục hồi”. Nhưng ở những khu vực không bị khai thác, “sự sống biển phát triển mạnh mẽ”.
“Tại sao những ‘vùng chết’ này tồn tại trong hàng thập kỷ vẫn còn là một ẩn số,” ông nói. Nhưng thực tế rằng chúng vẫn tồn tại cho thấy khai thác đáy biển ở các khu vực có nhiều cục đa kim loại có thể đặc biệt nguy hiểm, vì những khu vực đó thường có sự đa dạng sinh học phong phú hơn cả những khu rừng mưa nhiệt đới đa dạng nhất,” ông nói.
Mặc dù nghiên cứu này đã mở ra một con đường mới thú vị cho việc duy trì sự sống dưới đáy đại dương, nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi chưa có lời giải, Hahn cho biết. “Chúng ta vẫn chưa biết” bao nhiêu “oxy đen” có thể được tạo ra qua quá trình này, nó ảnh hưởng thế nào đến các cục đa kim loại hoặc cần bao nhiêu cục để duy trì quá trình sản xuất oxy, ông nói.
Dù phương pháp nghiên cứu được đánh giá là vững chắc, “điều còn thiếu là sự hiểu biết về bản chất của quá trình này là gì,” Barker Jørgensen chia sẻ.
Khu vực Clarion-Clipperton được ước tính có 21,1 tỷ tấn nốt đa kim, chứa lượng kim loại quan trọng nhiều hơn cả các trữ lượng trên đất liền. Cơ quan Quản lý Đáy biển Quốc tế (ISA), theo Công ước Liên Hợp Quốc về Luật Biển, đang xem xét các quy định mới để cho phép khai thác kim loại từ đáy biển. Tuy nhiên, một số quốc gia, bao gồm Vương quốc Anh và Pháp, đã bày tỏ lo ngại và ủng hộ lệnh tạm hoãn hoặc cấm khai thác để bảo vệ hệ sinh thái biển và duy trì đa dạng sinh học. Hawaii đã cấm khai thác đáy biển trong vùng nước của mình.
Craig Smith, giáo sư danh dự về hải dương học tại Đại học Hawaii ở Mānoa, cho rằng cần phải tạm dừng khai thác do tác động đến môi trường nhạy cảm và đa dạng sinh học. Các nỗ lực khai thác vào những năm 1980 đã để lại hậu quả nghiêm trọng, khi các khu vực khai thác không hề phục hồi, thậm chí không có vi khuẩn nào xuất hiện trở lại, trong khi đời sống biển ở các vùng chưa khai thác vẫn phát triển mạnh mẽ.
Andrew Sweetman, người có nghiên cứu được tài trợ bởi hai công ty quan tâm đến việc khai thác tại khu vực này, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát khoa học đối với hoạt động khai thác đáy biển. Vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được giải đáp về cách mà oxy được tạo ra trong môi trường biển sâu và vai trò của nó trong hệ sinh thái này. Việc hiểu rõ cách đáy biển tạo oxy có thể góp phần làm sáng tỏ nguồn gốc của sự sống, và phát hiện rằng quá trình điện phân nước biển có thể tạo ra oxy có thể mang lại những cách suy nghĩ mới về việc sự sống bắt đầu trên Trái đất. Sweetman hy vọng đây sẽ là khởi đầu cho những khám phá đáng kinh ngạc.
Comments