Desde la básica primaria aprendemos que el oxígeno se obtiene a partir de la fotosíntesis que realizan las plantas, las algas y cualquier organismo que tenga clorofila. También aprendemos que la fotosíntesis requiere de la luz solar para que ocurra. Es decir, la producción de oxígeno sucede si hay luz. Fue precisamente por esta premisa, que el investigador Andrew K. Sweetman ignoró durante años los inusuales e inesperados resultados que él y su equipo de trabajo encontraban durante los experimentos realizados en el fondo del mar en la denominada Zona Clarion-Clipperton (CCZ, por su sigla en inglés). Esta extensa área al norte del océano Pacífico, entre Hawái y México, comenzó a ser ampliamente estudiada luego de que varias empresas obtuvieron su licencia para explorarla con fines de minería en aguas profundas, debido a que es una zona rica en nódulos polimetálicos.
Los nódulos polimetálicos son rocas formadas principalmente por hierro y manganeso, aunque también contienen cobalto, níquel y cobre –minerales necesarios para la producción de baterías de carros eléctricos, smartphones, paneles solares y otros dispositivos–. Durante un proceso que tarda millones de años, estos minerales forman capas concéntricas alrededor de un núcleo, que puede ser un fósil o un fragmento de roca. Generalmente son del tamaño de una papa (la mayoría de 5 a 10 cm de diámetro) y tienen superficies que varían de lisas a rugosas.
Fotos: Wikimedia commons
Según la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos (AIFM), los nódulos polimetálicos fueron descubiertos en 1868, en el mar de Kara, en el océano Ártico, al norte de Siberia. Posteriormente, entre 1872 y 1876, se realizaron expediciones científicas descubriendo que estos nódulos se encuentran en todos los océanos del mundo e incluso en lagos. En el mundo, hay tres áreas que generan especial interés económico, por la cantidad de nódulos polimetálicos que albergan en los fondos abisales (entre 4000 y 5000 metros de profundidad): norte del océano Pacífico, cuenca del Perú (océano Pacífico suroriental) y centro del océano Índico.
Descifrando un enigma
La CCZ es conocida por su alta concentración de nódulos polimetálicos, por lo que varias empresas mineras tienen licencias de exploración pues tienen interés en recolectar dichos nódulos, lo que ha permitido realizar numerosas investigaciones que han generado conocimiento valioso en diferentes disciplinas. Desde 2013, Sweetman y sus colegas comenzaron a detectar niveles de oxígeno anormalmente altos en la superficie de los sedimentos abisales de esta zona, por lo que pensaron que se trataba de una falla en los equipos, pues no era lógico que se estuvieran produciendo tales cantidades de oxígeno en ausencia de luz. Sin embargo, a lo largo de diez años los registros continuaban apareciendo. “Simplemente lo ignoré, porque me habían enseñado que el oxígeno se obtiene a través de la fotosíntesis (…) Con el tiempo, me di cuenta de que durante años había estado ignorando este descubrimiento potencialmente enorme” le dijo Sweetman a Victoria Gill de BBC News.
Por lo tanto, el equipo de investigadores se propuso determinar el origen de estas lecturas inusuales de oxígeno abisal. Durante 2021 y 2022, realizaron experimentos in situ y ex situ cuyos resultados fueron finalmente publicados –en acceso abierto– el pasado 22 de julio en la revista Nature Geoscience, en la cual se detalla la metodología implementada y se plantean hipótesis que podrían explicar los sorprendentes hallazgos.
Para llevar a cabo el estudio, los científicos utilizaron un lander (un dispositivo de aterrizaje autónomo) que contenía cámaras bentónicas que encapsulaban secciones del sedimento marino. Luego, midieron los niveles de oxígeno en estas cámaras encontrando que estos aumentaron en todas ellas. Este aumento en los niveles de oxígeno fue consistente en múltiples experimentos, lo que llevó a los investigadores a descartar varias explicaciones posibles para este fenómeno, como la intrusión de agua oxigenada desde las montañas submarinas cercanas o la liberación de oxígeno desde burbujas atrapadas en las cámaras. Además, los experimentos ex situ confirmaron la producción de oxígeno en presencia de nódulos polimetálicos, incluso cuando se añadieron venenos como el cloruro de mercurio para inhibir la actividad biológica.
Ante estos hallazgos, los investigadores exploraron varias hipótesis para explicar la producción de este “oxígeno oscuro”. Una de las principales teorías plantea que este se produce a partir de la electrólisis del agua de mar. La electrólisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad, en el caso del agua, los elementos son hidrógeno y oxígeno. Así pues, los investigadores piensan que los nódulos polimetálicos pueden estar actuando como una especie de “geobatería”, donde los iones metálicos en los nódulos generan cargas eléctricas que “separan” las moléculas de agua marina que los circunda, generándose así oxígeno sin necesidad de que haya luz.
Los estudios que han realizado mostraron que los potenciales eléctricos en la superficie de los nódulos tienen valores de hasta 0,95 voltios; una pila AA tiene un voltaje de 1,5 voltios, el cual es suficiente para desencadenar la electrólisis. Esto indica que la corriente eléctrica de los nódulos metálicos podría ser suficiente para desencadenar reacciones electrolíticas y producir oxígeno, especialmente cuando hay conglomerados de nódulos sumándo sus cargas eléctricas.
Implicaciones y futuras investigaciones
El descubrimiento de la producción de “oxígeno oscuro” en el fondo abisal tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión de los ciclos biogeoquímicos en los océanos. Este proceso podría proporcionar una fuente adicional de oxígeno para la respiración bentónica, especialmente en áreas donde la producción fotosintética es limitada o inexistente. Adicionalmente, los científicos piensan que procesos similares podrían ocurrir en otros planetas o satélites, creando ambientes con suficiente oxígeno y propicios para la vida. Sin embargo, los investigadores advierten que se necesita más investigación para comprender completamente los mecanismos detrás de este fenómeno, su variabilidad espacial y temporal, y su impacto en los ecosistemas marinos profundos.
Además, este hallazgo plantea preguntas sobre cómo las actividades humanas, como la minería en aguas profundas, podrían afectar el ciclo del oxígeno. La remoción y redistribución de sedimentos en grandes áreas durante estas actividades podrían alterar la dinámica de la producción de este oxígeno, con posibles consecuencias negativas para la vida en el fondo marino. De hecho, según SciDev.Net, varios países de América Latina –Chile, Costa Rica, Ecuador, Panamá, República Dominicana y Brasil– impulsaron una propuesta de pausa precautoria para impedir cualquier proyecto de minería marina hasta que no se conozcan sus potenciales riesgos. Y, de acuerdo con BBC News, tanto la NOAA como científicos de más de 40 países han realizado comunicaciones que buscan llamar la atención sobre los riesgos de la explotación de minerales en las profundidades del océano sobre el hábitat y la vida en el fondo marino.
En conclusión, la producción de “oxígeno oscuro” en el fondo abisal representa un enigma bioquímico fascinante que desafía las nociones habituales de la producción de oxígeno en los océanos. A medida que los científicos continúan investigando este fenómeno, es probable que se revelen nuevas interacciones entre la geología, la química y la biología en las profundidades del océano, arrojando luz sobre los complejos procesos que sustentan la vida en uno de los entornos más extremos de la Tierra.
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