과학자들은 산소가 있어서는 안 될 곳에 산소가 있다고 말한다. 이제 더 많은 답을 찾기 위한 사냥이 시작되었다

7월에 공개된 놀라운 발견은 빛이 통과할 수 없는 태평양 해저에서 금속 암석이 산소를 생산한다는 사실로 과학계에 큰 충격을 안겼습니다.
초기 연구에 따르면 금속이 풍부한 감자 크기의 덩어리가 주로 클라리온-클리퍼튼 지대의 표면 아래 4,000m(13,100피트)에서 발견되었으며, 전기적 전하를 방출하여 전기 분해를 통해 해수를 산소와 수소로 분리했습니다. 이 전례 없는 자연 현상은 산소가 광합성을 통해서만 햇빛에서 만들어질 수 있다는 생각에 도전합니다.
영국 스코틀랜드 해양 과학 협회의 교수이자 이 발견의 배후에 있는 앤드류 스윗먼은 "어두운" 산소의 생산을 더 조사하기 위한 3년 프로젝트에 착수하고 있습니다. 스윗먼과 그의 팀은 11,000m(36,089피트) 깊이까지 배치할 수 있는 센서가 장착된 맞춤형 장비를 사용하고 있습니다. 일본 재단은 금요일에 발표된 270만 달러(220만 파운드) 규모의 연구 프로젝트에 자금을 지원하고 있습니다.
어두운 산소를 발견하면서 심해와 특히 Clarion-Clipperton Zone , 즉 CCZ에 대해 알려진 바가 얼마나 적은지 드러났습니다. 이 지역은 암석 결절에 포함된 희귀 금속의 심해 채굴을 위해 탐사되고 있습니다. 후자는 수백만 년에 걸쳐 형성되며, 이 금속은 새롭고 친환경적인 기술에서 핵심적인 역할을 합니다.
"어두운 산소에 대한 우리의 발견은 심해와 잠재적으로 지구상의 생명체에 대한 우리의 이해에 패러다임 전환이었지만, 답보다 더 많은 의문을 던졌습니다." 그의 기관의 해저 생태학 및 생물지구화학 그룹의 리더인 스윗먼은 보도자료에서 이렇게 말했습니다. "이 새로운 연구를 통해 우리는 이러한 과학적 의문 중 일부를 탐구할 수 있을 것입니다."
스위트먼은 이 새로운 프로젝트의 초기 목표는 CCZ의 다른 지역(혹은 결절이 발견되는 지역)에서도 어두운 산소 생산이 복제되는지 확인한 다음 산소가 정확히 어떻게 생성되는지 알아내는 것이라고 밝혔습니다.
그는 이 현상을 더 잘 이해하면 우주과학자들이 지구 너머에서 생명체를 찾는 데도 도움이 될 수 있다고 덧붙였다.
산소는 햇빛에서 나오는 지속적인 에너지 없이는 생산하기 어렵지만, 다른 과학자들도 멀리 떨어진 빛이 부족한 곳에서 예상치 못한 산소 분자를 발견했습니다. Sweetman은 어두운 산소 생산이 간과되었던 더 광범위한 현상일 수 있다고 말했습니다.
매사추세츠주 우즈홀에 있는 해양생물학연구소의 미생물학자 에밀 러프는 캐나다 초원에서 수십에서 수백 미터 아래 앨버타의 담수 샘플에서 산소를 검출했습니다. 그는 캘거리 대학교와 우즈홀 해양학 연구소의 공동 저자와 함께 2023년 6월에 발표한 연구에서 이 사실을 보고했습니다. 어떤 경우에는 어두운 산소가 40,000년 이상 지상 대기에서 분리되어 있었습니다.
만약 산소가 환경에 지속해서 추가되지 않는다면(예를 들어, 나무와 식물에 의해), 산소는 결국 사라질 것입니다.
"4만 년이나 3만 년(표면 과정과 분리된)이 지난 후에는 산소가 남아 있을 것이라고 생각할 이유가 없습니다. 산소는 맛있는 전자 수용체이기 때문에 보통 화학적으로 산화되거나 미생물적으로 산화됩니다." 러프가 말했습니다. "그러면 거기서 무슨 일이 일어났을까요?"
Sweetman과 비슷하게 Ruff는 처음에는 대기 중 산소가 자신의 샘플을 오염시켰다고 생각했다고 말했습니다. 샘플은 14개 지하수층에서 채취되었습니다. 샘플의 나이를 고려하면 산소는 오래 전에 다른 물질과 반응하여 사라졌을 것입니다.
실험실과 현장에서 인내심을 가지고 일한 후, 러프는 결국 물 속의 미생물이 산소를 생산한다는 것을 발견했습니다. 미생물은 빛이 없는 상태에서도 분자를 생산할 수 있는 모호하지만 멋진 기술을 진화시킨 듯합니다.
일련의 화학 반응을 통해 미생물은 아질산염이라는 용해성 화합물을 분해할 수 있었습니다. 아질산염은 질소 원자 하나와 산소 원자 두 개로 구성된 분자로, 불변화라고 알려진 과정에서 분자 산소를 생산합니다. 미생물은 또한 산소를 사용하여 물 속의 메탄을 에너지로 소비할 수 있는 능력을 갖추고 있었습니다.
게다가 러프는 생성된 산소량이 지하수에서 다른 산소 의존성 미생물 생명체를 유지하기에 충분하다는 것을 발견했습니다.
"자연은 우리를 계속 놀라게 합니다." 그는 말했다. "사람들이 '아, 이건 불가능해'라고 말했던 것들이 너무 많았지만, 나중에는 그렇지 않다는 것이 밝혀졌습니다."
러프와 그의 팀은 어두운 산소를 더 자세히 조사하기 위해 8월에 남아프리카공화국의 3km 깊이(9,500피트 깊이)에 있는 광산으로 가서 12억 년 동안 바위에 갇혀 있던 물을 샘플링했습니다.
과학자들은 이미 광산의 물에 산소 분자가 포함되어 있다는 것을 알고 있었지만, 산소 분자가 어떻게 형성되었는지는 불분명합니다. Ruff와 그의 동료들은 여전히 ​​채취한 샘플을 연구하고 있지만, 산소 분자가 어떻게 생성될지에 대한 두 가지 가설이 있다고 그는 말했습니다.
이 부지는 금과 방사성 금속인 우라늄을 채굴합니다. 방사능을 통해 물 분자를 분해하는 방사 분해는 햇빛 없이 산소를 생산하는 방법의 하나입니다. 또는 산소 생산에는 Ruff가 캐나다 지하수에서 발견한 것과 유사한 과정에 미생물이 관여할 수 있습니다.
Sweetman은 금요일에 새로운 프로젝트는 또한 미생물 반응이 해저의 어두운 산소 생산에 역할을 했는지 이해하려고 할 것이라고 말했습니다. 특히, 이 프로젝트는 금속 결절에 의한 산소 생산 중에 수소가 어떻게 방출되는지, 그리고 수소가 심해 일부에서 감지된 미생물 군집의 에너지원으로 사용되었는지 살펴볼 것입니다.
그는 "우리는 아직 메커니즘을 완벽하게 구축하지 못한 것 같고, 그것을 알아내는 데는 많은 시간이 필요할 것"이라고 말했다.
러프는 스위트먼과 암흑 산소 연구에 참여하는 다른 과학자들과 협력해 해수 전기 분해로 생성된 산소의 화학적 특징이 미생물이나 방사선 분해로 생성된 산소의 화학적 특징과 어떻게 다른지 이해하고 싶다고 말했습니다.
스위트먼은 NASA 관계자들은 다른 행성에서 직사광선 없이도 생명체가 살아갈 수 있는 방법에 대한 과학적 이해에 도움을 줄 수 있기 때문에 어두운 산소 생산에 대한 연구에 관심을 가지고 있다고 말했습니다.
우주국은 토성과 목성의 얼음 위성인 엔셀라두스 와 유로파에서 발생하는 더 높은 압력에서 산소를 생산하는 데 필요한 에너지양을 이해하기 위한 실험을 수행하고 싶어 한다고 그는 덧붙였다. 이 위성들은 생명체의 가능성을 조사하는 대상 중 하나이다.
심해 채굴 회사들은 태양 전지판, 전기 자동차 배터리 및 기타 친환경 기술에 사용하기 위해 결절에 포함된 코발트, 니켈, 구리, 리튬 및 망간을 채굴하는 것을 목표로 하고 있습니다. 일부 회사는 Sweetman의 연구에 이의를 제기했습니다.
비판론자들은 심해 채굴이 깨끗한 수중 환경을 돌이킬 수 없을 정도로 손상할 수 있으며, 바다에서 탄소가 저장되는 방식을 방해하여 기후 위기를 악화 시킬 수 있다고 말합니다.
The Metals Co.는 원래 연구를 발표 한 저널인 Nature Geoscience에 반박문을 제출 했다고 밝혔습니다. 제출물은 동료 검토를 거치고 있지만 아직 출판되지 않았다고 회사는 말했습니다.
Sweetman은 비판적인 반응을 알고 있으며 "동료 검토 채널을 통해" 대응할 것이라고 말했습니다.
그는 "우리는 이것이 해저에서 실제로 일어나고 있는 과정이라고 확신합니다."라고 말했습니다.
스위트먼은 또한 생태계에 대한 이해가 더 잘 이루어질 때까지 해저 자원 개발을 보류하는 것이 현명하다고 말했습니다.
캘리포니아주 산타크루즈에 있는 미국 지질조사국 태평양 연안 및 해양 과학 센터의 연구 해양학자이자 글로벌 해양 미네랄 프로젝트 책임자인 에이미 가트먼은 USGS가 지금까지 조사한 페로망간 단괴에서 전기적 현상을 관찰하지 못했다고 말했습니다. 그녀는 스윗먼이나 러프의 연구에 관여하지 않았습니다.
"연구자들은 현재 Sweetman과 다른 사람들이 보고한 현상을 재현하려고 노력하고 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. "과학적 연구는 과정이며 결정적인 답에 도달하기까지는 시간이 걸릴 수 있습니다."