Descubren “oxígeno oscuro” generado en las profundidades marinas

A más de 4.000 metros de profundidad, en el noreste del océano Pacífico, la Zona Clarion-Clipperton podría ser la mayor mina del planeta. Habría que llegar ahí abajo, pero no tendrían ni que excavar o perforar: a lo largo de más de un millón de kilómetros cuadrados, desparramadas, hay una ingente cantidad de rocas y piedras compuestas por cantidades variables de manganeso, níquel, cobre, cobalto… Son los nódulos polimetálicos que, para muchos, serán la base de la próxima revolución tecnológica. Para otros, en especial entre la comunidad científica y los ecologistas, su explotación provocaría un desastre. Ahora, un grupo de científicos ha descubierto que estos conglomerados generan oxígeno en un lugar donde no debería haberlo: el “oxígeno oscuro”. El descubrimiento de otra forma de producir el elemento básico para la respiración de los seres vivos suscita nuevas incógnitas sobre el impacto de la minería submarina, pero también sobre el origen de la vida sobre la Tierra.

Hace unos 2.400 millones de años se produjo la llamada Gran Oxidación, por la que la atmósfera terrestre acumuló grandes cantidades de oxígeno (O₂). Esto permitió la gran explosión de vida posterior. En el principio fueron una serie de cianobacterias que desarrollaron la capacidad de usar la luz del Sol (la fotosíntesis) para desencadenar una reacción química cuyo desecho, el oxígeno, liberaban a la atmósfera. Hay otras pocas formas de conseguir oxígeno. Es el caso de la electrólisis del agua, por la que se descompone el líquido en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno, con el concurso de una corriente eléctrica. Este proceso, descubierto por los humanos hace apenas 200 años, podría estar sucediendo desde el inicio de los tiempos en el fondo del mar.

En una operación para estudiar una de las concesiones para prospección minera otorgadas por la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos, un grupo de científicos detectó niveles de oxígeno anormalmente altos que no podían proceder de los organismos que viven a esta profundidad. “Cuando obtuvimos estos datos por primera vez, pensamos que los sensores fallaban, porque en todos los estudios realizados en las profundidades del mar solo se había visto que se consume oxígeno en vez de producirse”, dice el profesor de la Asociación Escocesa de Ciencias Marinas, Andrew Sweetman. De vuelta a su laboratorio recalibraron el equipo, “pero en el transcurso de 10 años, estas extrañas lecturas de oxígeno han seguido apareciendo”.

“La producción en 24 horas fue casi tres veces el nivel de O₂ observado en el agua marina más saturada de oxígeno que haya en nuestros océanos”

Andrew Sweetman, investigador de la Asociación Escocesa de Ciencias Marinas

Lo siguiente para Sweetman y su equipo fue determinar el origen de este oxígeno hallado “por primera vez en el fondo marino abisal”. “La opinión sostenida desde hace mucho tiempo es que las profundidades del mar son oxigenadas por masas de agua profundas que alguna vez estuvieron en contacto con la atmósfera”, explica el científico en un correo. Hasta ahí abajo no llega la luz solar, por lo que el principal mecanismo de generación de oxígeno no está presente. No saben qué porcentaje del oxígeno proviene del nuevo mecanismo, pero el científico se atreve a señalar que “la cantidad de producción en 24 horas fue casi tres veces el nivel de O₂ observado en el agua marina más saturada de oxígeno que haya en nuestros océanos”. Debía de haber algo más y la respuesta la detallan Sweetman y sus colegas en la revista científica Nature Geoscience.

“Creemos que un proceso electroquímico podría proporcionar parte de la producción de oxígeno que estábamos viendo”, sostiene Sweetman. Lo que habría ahí abajo sería un sinfín de reacciones químicas entre los metales de los nódulos, que portan una relativamente elevada carga eléctrica y el agua salada del mar. Es decir, la electricidad generada por los nódulos estaría partiendo en dos el agua. “Sin embargo, necesitamos realizar más estudios para comprobar de dónde proviene la energía y qué se oxida y se reduce en la reacción electroquímica”, aclaró enseguida el científico.

Para confirmar su idea, se pusieron en contacto con el laboratorio del químico Franz Geiger, en la Universidad del Noroeste (Estados Unidos). En 2019, el equipo de Geiger demostró cómo el discurrir de agua salada sobre láminas metálicas oxidadas generaba una corriente eléctrica. Los investigadores se preguntaron si los nódulos polimetálicos de Clarion-Clipperton generaban suficiente electricidad para producir oxígeno. Es decir, si desataba un proceso de electrólisis en el que se extraen electrones de cada átomo del oxígeno presente en el agua salada. Basta un voltaje de 1,5 voltios para que se inicie la reacción, es el de una pila AA convencional, las pequeñas. El equipo analizó múltiples nódulos y registraron lecturas de hasta 0,95 voltios en la superficie, lo que significa que pueden producirse voltajes mayores cuando se agrupan estos nódulos. “Parece que hemos descubierto una geobatería natural”, dice Geiger. “Estas geobaterías serían la base para una posible explicación de la producción de oxígeno oscuro en el océano”, añade. El científico reconoce que no han demostrado la electrolisis in situ, pero sí han detectado voltajes en su laboratorio suficientes para desencadenarla.

El descubrimiento tiene implicaciones a varios niveles. Uno, el más inmediato, es que habrá que considerar con una nueva óptica los planes de extraer los nódulos polímetálicos de la región. No se trata solo de que, con la extracción, el sedimento y toda la vida que hay dentro o sobre él, se vean definitivamente alterados. Es que habrá que determinar el papel que tiene este oxígeno oscuro en los ecosistemas abisales. Según Geiger, la masa total de nódulos polimetálicos en la zona Clarion-Clipperton sería suficiente por sí sola para satisfacer la demanda mundial de energía durante décadas. Pero enseguida recuerda lo que pasó tras las primeras explotaciones mineras realizadas a finales del siglo pasado: “En 2016 y 2017, biólogos marinos visitaron sitios que fueron explotados en la década de 1980 y descubrieron que ni las bacterias se habían recuperado en estas zonas. Sin embargo, en las regiones sin minas la vida marina ha florecido”. Aún se desconoce por qué persisten esas zonas muertas después de décadas, pero podría tener algo que ver con la ruptura del ciclo del oxígeno oscuro.

Yendo más lejos y mucho más atrás, su colega Sweetman conecta su descubrimiento con la explosión de vida tras la Gran Oxidación: “Obviamente, necesitamos explorar más a fondo los mecanismos, identificar las fuentes de energía, comprender la longevidad del oxígeno oscuro, las estabilidades catalíticas, las condiciones electroquímicas en las superficies de los nódulos expuestos versus enterrados...” dice prudente. Para añadir después: “Lo que nuestros estudios muestran es que puede haber otros mecanismos productores de O₂ y si estaban funcionando antes del aumento de la fotosíntesis, podrían haber proporcionado el oxígeno que los organismos quimiosintéticos necesitan para sintetizar biomasa”. Y, termina: “si el proceso está ocurriendo en nuestro planeta, ¿podría estar ayudando a generar hábitats oxigenados en otros mundos oceánicos como Encelado y Europa y brindando la oportunidad de que exista vida aquí?”

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