‘Karanlık oksijen’ gizemi: Güneş ışığı olmadan oksijen üretmek mümkünmüş

Hepimiz aldığımız her nefeste bunu yeniden hatırlıyoruz: Oksijensiz bir hayat olmaz.

Dünyamızın kendisinde ve atmosferindeki pek çok şey gibi oksijen de döngüsel. Yani, aynı oksijen atomlarını milyarlarca yıldır tekrar ve tekrar kullanıyor dünyadaki hayat.

Peki bu döngüselliği ne sağlıyor? En iyi bildiğimiz örnek bitkiler. Fotosentez adı verilen süreç sayesinde bitkiler havadan emdikleri karbondioksiti, yani biraz önce bir yanma işleminde kullanılıp ortaya enerji çıkmasına yardımcı olmuş sürecin kaçınılmaz atık maddesini alıyor ve güneş ışığı sayesinde parçalıyor. Karbondioksitteki karbon atomunu alıp kendi gövdesine dal olarak ekliyor, iki oksijen atomunu ise atmosfere geri bırakıyor.

Aynı şeyi denizlerdeki alg’ler, bazı yosunlar, deniz çayırları vs de yapıyor.

Yani, dünyamızın oksijen döngüsünü sağlayan şey, fotosentez süreçleri. En azından düne kadar bunu biliyorduk, başka bir oksijen üreten kaynağın farkında değildik.

Ama bakın ne oldu?

2013 yılında Pasifik Okyanusu’nun ücra bir köşesindeki gemide gözlemlenen gizemli bir fenomen okyanusbilimci Andrew Sweetman’ın gemideki bilimsel ekipmanının arızalı olduğunu düşünmesine neden olacak kadar mantıksız görünüyordu. Sensörler yüzeyin dört bin metre altında, ışığın nüfuz edemediği deniz tabanında oksijen üretildiğine işaret ediyordu. Clarion-Clipperton Bölgesi olarak bilinen bölgeye yapılan sonraki üç keşif seferinde de aynı gözlem yapıldı. Herkesin birden aletleri arızalı olamazdı.

Sweetman okyanustaki bitki, plankton ve alg gibi fotosentetik organizmaların güneş ışığını kullanarak okyanusun derinlerinde oksijen ürettiğini kabul ediyor. Ancak derin denizlerde yapılan önceki çalışmalar buradaki organizmaların oksijeni üretmek yerine tükettiğini gösteriyordu. Çünkü o derinliklere güneş ışıkları ulaşamıyordu.

Acaba okyanus derininde fotosentezsiz oksijen mi üretiliyordu? Ekip işte bunu keşfetti ve bunca yıl kabul ettiğimiz bir varsayıma meydan okudu.

Nature Geoscience dergisinde yayınlanan çalışma Pasifik Okyanusu’nun derinlerindeki zifiri karanlıkta oksijeni üretenin organizmalar değil de neredeyse AA kalem piller kadar elektrik üretebilen patates şeklindeki metalik topaklar olduğunu ortaya çıkardı. Dünyada fotosentez dışında başka bir oksijen kaynağı olduğunu bilmek yaşamın kökenlerini çözmemize yardımcı olacak yeni bir kapıyı aralayabilir.

2013’teki tesadüf buluş

Sweetman deniz tabanında “karanlık” oksijen üretildiğini patates büyüklüğünde polimetalik topakların çıkarılması için ayrılan bölgede deniz biyoçeşitliliğini değerlendirirken keşfetti. 2013’te yapılan deneyin amacı basitti. Derin deniz tabanına batacak bir iniş aracı kullandılar. Bu araç ayakkabı kutusundan bile küçük bir kutuyu deniz tabanına bıraktı. Böylece kutunun içine su girecekti. Ekip o zamanlar kutudaki oksijen seviyesinin zamanla düşeceğini düşünüyordu. Çünkü nihayetinde mikroskobik canlıların kutunun içindeki oksijeni tüketmesi bekleniyordu. Bu bilgiyle deniz tabanındaki canlıların ne kadar aktif olduğunu öğrenmeyi amaçlıyorlardı. Tabii beklediklerinin tam tersi bir durumla karşılaştılar. Oksijen tükenmiyordu.

2021 yılında aynı ekip başka bir yöntemle aynı sonuca ulaştığında deniz tabanında gerçekten de oksijen üretildiğini kabul etmek zorunda kaldı. Peki bu nasıl oluyordu? Sweetman ve ekibi aynı olayı Clarion-Clipperton Bölgesi’nin çeşitli yerlerinde 6,400 km derinde 10 yıl boyunca defalarca gözlemledi. Ekip oksijenin tam olarak nasıl üretildiğini anlamak için tortu, deniz suyu ve polimetalik tortu örnekleri topladı.

İzlediği belgesel ilham oldu

Araştırmacılar yaptıkları deneyler sonucunda bu oksijenin bakteriler tarafından üretilme ihtimalini eledi ve topaklara odaklandı. Belki de oksijenin üretilmesini sağlayan şey topaktaki manganez oksitti. Ancak Sweetman bunun doğru olmadığını söyledi. Sweetman Brezilya’da bir otel barında izlediği derin deniz madenciliğiyle ilgili belgeselin araştırmada dönüm noktası yarattığını söylüyor.

Belgeselde biri “Bu kayanın içinde pil var” diyordu. Sweetman o anki düşüncelerini “Bunlar elektrokimyasal olabilir miydi? Enerji üretiminde kullanmak için çıkarmaya çalıştıkları bu şeyler aslında pilin ta kendisi olabilir mi” diye anlatıyor.

Topaklar kabuk parçaları, kalamarların ağızları ve köpek balığının dişleri çevresindeki metallerin suda çökelmesine neden olan kimyasal süreçler sonucu milyonlarca yıl içinde oluşuyor ve deniz tabanının çok geniş bir alanını kaplıyorlar. Topakların sahip olduğu kobalt, nikel, bakır, lityum ve manganez gibi metaller güneş panelleri, elektrikli araba aküleri gibi alanlarda yoğun talep görüyor.

Şirketler bu cevherleri için derin deniz madenciliğine girişmenin normal madenciliğe göre daha çevre dostu olacağını söylese de bilim insanları bu faaliyetlerde çıkan gürültünün ve tortu yığınlarının okyanusların orta kesimindeki ekosistemlere ve okyanusun dibinde bu topakların üstünde yaşayan organizmalara zarar vereceğini savunuyor. Buna göre derin deniz madenciliği karbonun okyanusta depolanma şeklini bozarak iklim krizini daha da körükleyebilir.

Sweetman AA kalem pilden gelen elektrik akımının tuzlu suya bırakıldığında oksijen ve hidrojeni ayırabildiğini söylüyor. Bu işleme deniz suyu elektrolizi deniyor. İşte topaklar da buna benzer bir şey yapıyor olabilirdi. Northwestern Üniversitesi’nde elektrokimyacı olan Franz Geiger’e danışması üstüne ikili birçok deney yaptı. Küçük gerilimleri ve bu gerilimlerdeki değişimleri ölçmek için multimetre adı verilen bir cihaz kullanan ikili, topakların yüzeyinde 0,95 voltluk ölçümler kaydetti. Bu değerler deniz suyu elektrolizi için gereken 1,5 volttan daha düşüktü ama topaklar bir araya geldiğinde daha büyük enerji üretebiliyordu.

Yani bu doğal topaklar, deniz suyunu hidrojen ve oksijene ayrıştırıyor, kısacası elektroliz yapıyordu. Gizemli oksijenin kaynağı buydu.

İnsanlık için bir ümit bitti mi: Europa’da yaşam için yeterli oksijen bulunamadı