来自海底的神秘氧气

地球上的生命到底是何时诞生的？最新的答案是42亿年前。当时的地球才只有3亿年的历史，其表面充斥着炙热的岩浆，非常不适合生命的诞生，所以最早的生命最有可能诞生在海底，只有在那里才能找到适合生存的环境。

但是，海底见不到阳光，生命从哪里获取能量呢？目前最为流行的假说认为是地幔中的橄榄岩和海水发生化学反应产生的氢气。这些氢气可以和溶于海水的二氧化碳发生氧化还原反应，这就是生命的第一桶金。

2024年7月22日出版的《自然·地球科学》（Nature Geoscience）杂志刊登了一篇论文，又为早期生命找到了第二种可能的能量来源，这就是氧气。这篇论文的主要作者是苏格兰海洋学家安德鲁·斯维特曼（Andrew Sweetman），他于2013年跟随一艘科考船对克拉里昂-克利珀顿断裂带（Clarion–Clipperton Zone）进行了考察，做出了上述发现。

这条断裂带位于北太平洋东部，介于夏威夷和墨西哥之间，总面积约为450万平方公里，比印度的国土面积还要大。这片海域大部分是3000米以上的深海，海底终年见不到阳光，海床上布满了土豆大小的多金属结核，其主要成分为锰和铁，除此之外还含有少量钴、镍、锂，以及其他稀有金属。不少矿业公司打算把这些多金属结核挖出来，但深海采矿争议很大，原因就是我们不知道海底的生态环境究竟是怎样的，会不会对海洋生物的多样性造成不可逆转的影响。斯维特曼的任务就是做一次实地考察，看看到底有多少生物依靠那片海床生活。

深海采样难度极大，斯维特曼只能通过间接的方法进行研究。他和同事们把一个圆柱形的空桶沉入海底，把一小块海床彻底罩住，然后测量桶内海水的氧气含量变化。他曾经用这个方法研究过很多其他类型的海底，发现氧气含量都是在逐渐下降的，说明海床上有微生物在活动，氧气就是被这些微生物消耗掉的。

但是，这片断裂带的氧气含量却一直在上升，斯维特曼认为这不符合道理，于是他相信肯定是测量仪器出了问题。可惜因为各种原因，这项研究中断了好几年，直到2021年才恢复。斯维特曼抓住机会连续两年考察了那片海域，得到了相似的测量结果。他甚至换了一种测量方式，测量结果仍然一样。这下他终于相信，这件事很可能是真的。

接下来，斯维特曼设法从海底捞上来几块多金属结核，在船上模拟海底环境，同样检测到了氧气的生成。他还测量了结核表面的电压差，最多可达0.95伏。一般情况下，要想把水分子电解成氧气和氢气，至少需要1.5伏的电压差，但斯维特曼相信海底结核可以通过串联的方式把电压提升到足以分解水分子的电压强度，氧气就是通过水解而产生的。

这篇论文发表后，很多领域的研究者都表现出了极大的兴趣。生命起源研究者认为这个发现为地球早期生命又提供了一种新的能量来源，新能源开发者则认为我们可以从多金属结核表面找到新的催化剂，进一步降低电解制氢的生产成本。

不过，对这篇论文反应最强烈的就是深海采矿业，大家再次意识到我们应该暂缓深海采矿。在此之前，大家认为深海氧气只能来自全球环流输送带，比如北太平洋海底的氧气就是通过这条输送带从北大西洋表面传过来的。但这篇论文证明海底生物很可能还有另一个氧气来源，如果把这个来源被掐断的话，后果很可能是灾难性的。 氧气