SciEE
Go Green
SciEE
Go Green
ในปี 2013 แอนดรูว์ สวีทแมน (Andrew Sweetman) นักสมุทรศาสตร์ได้นั่งอยู่บนเรือของเขาที่อยู่ห่างไกลจากชายฝั่งของมหาสมุทรแปซิฟิก และได้สังเกตเห็นความผิดปกติของอุปกรณ์ตรวจวัด การอ่านค่าจากเซนเซอร์แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีการสร้างออกซิเจนที่ก้นทะเลลึก 4,000 เมตรใต้พื้นผิว ข้อมูลดังกล่าวทำให้เขาประหลาดใจ เนื่องจากตามความเชื่อปัจจุบัน ออกซิเจนนั้นถูกสร้างโดยกระบวนการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิตซึ่งอาจจะเป็นพืชหรือจุลินทรีย์ก็ได้ แต่ใต้มหาสมุทรที่ลึก 4 กิโลเมตรนั้นแสงไม่สามารถส่องลงไปถึงได้ จึงคาดว่าอุปกรณ์อาจจะเสีย เขาจึงส่งเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ต่างๆ กลับไปยังผู้ผลิตเพื่อทดสอบ แต่ผลการทดสอลพบว่า อุปกรณ์สามารถใช้งานได้ปกติและถูกปรับเทียบเรียบร้อยแล้ว
เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นกว่า 3 ครั้ง ทำให้ สวีทแมน คาดว่ามีความจริงบางอย่างอยู่ในความผิดปกติที่อุปกรณ์แสดงผล หรือออกซิเจนอาจจะถูกสร้างโดยไม่ต้องการแสงและสิ่งมีชีวิตใดๆ เลย ซึ่งการค้นพบออกซิเจนมืด (Dark Oxygen) ครั้งนี้ได้ถูกเผยแพร่ในวารสาร Nature Geoscience เมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม 2024 ที่ผ่านมา ผลการศึกษานี้ได้ทำให้เกิดข้อถกเถียงในสมมติฐานการเกิดออกซิเจนบนโลกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน จากการสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis) ในแพลงก์ตอนพืช (Phytoplankton) เช่น ไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) หรือสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินซึ่งเป็นแหล่งผลิตออกซิเจนสำคัญของโลกในยุคเริ่มแรก รวมถึงข้อคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตที่ระบุว่า สิ่งมีชีวิตอาจวิวัฒนาการขึ้นมาบนปล่องน้ำร้อน (Hydrothermal vent) ที่อยู่ใต้ทะเลลึกซึ่งปล่อยความร้อนและแร่ธาตุต่างๆ จนโมเลกุลเหล่านั้นรวมกันกลายเป็นสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ขึ้นมา อาจมีออกซิเจนมืดเป็นองค์ประกอบหนึ่งของการเกิดระบบนิเวศทะเลน้ำลึกขึ้น
กลุ่มก๊าซออกซิเจนมืด ถูกค้นพบในบริเวณก้นทะเลที่ราบเรียบลึกลงไปกว่า 4 กิโลเมตร ในเขต “คลาเรียน-คลิปเปอร์ตัน” (Clarion Clipperton Zone: CCZ) ในมหาสมุทรแปซิฟิก บริเวณพื้นที่ระหว่างรัฐฮาวาย และประเทศเม็กซิโก ซึ่งเป็นแหล่งสำรวจการทำเหมืองใต้ทะเลลึกที่เต็มไปด้วยแร่หายาก อาทิ โคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง ลิเธียม และแมงกานีส เป็นต้น ซึ่งแร่เหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และเทคโนโลยีอื่นๆ อย่างไรก็ตาม บริเวณนี้เป็นระบบนิเวศที่ไม่ได้รับการแตะต้องมาอย่างยาวนาน นักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงกังวลว่าการทำเหมืองในทะเลลึกอาจสร้างความเสียหายให้กับพื้นที่ที่บริสุทธิ์เช่นนี้ได้อย่างรุนแรง
สวีทแมน และทีมงานจึงได้ตรวจสอบอย่างจริงจังตั้งแต่ปี 2013 ผ่านยานเก็บตัวอย่างขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อใช้ใต้ทะเล โดยคาดว่าระดับออกซิเจนจะลดลงอย่างช้าๆ ในพื้นที่ที่เริ่มมีสิ่งมีชีวิตน้อยลง ข้อมูลดังกล่าวจึงถูกนำไปสร้างเป็นแผนที่ “ปริมาณการใช้ออกซิเจนในชุมชนตะกอน” ซึ่งแสดงให้เห็นกิจกรรมของสัตว์และจุลินทรีย์ใต้ทะเล การทำงานเป็นไปได้ด้วยดีจนกระทั่งพบกับเหตุการณ์แปลกประหลาด เครื่องมือระบุว่าออกซิเจนถูกสร้างขึ้น ทีมสำรวจจึงได้ส่งหุ่นยนต์ลงไปเพื่อทำการวัดค่าออกซิเจนในพื้นที่ปิดจากกระแสน้ำภายนอกและบันทึกสิ่งที่เกิดขึ้นภายใน ผลลัพธ์คือปริมาณออกซิเจนกลับเพิ่มสูงขึ้นและเมื่อทำการเปิดที่ครอบออก พบว่า มีฟองอากาศออกมา และเมื่อนำก้อนเหล็กนี้กลับไปวิจัยในห้องทดลองอีกรอบ ผ่านการจําลองพื้นทะเลและฆ่าจุลินทรีย์ที่อาจเป็นสาเหตุของการเกิดก๊าซออกซิเจนในน้ำ แต่กลับพบว่าระดับออกซิเจนยังคงเพิ่มขึ้นตามเดิม คณะนักวิจัยจึงได้พบกับสิ่งแปลกใหม่ที่ไม่เคยพบที่ใดมากก่อน เรียกว่า “ออกซิเจนมืด”
การเกิดก๊าซออกซิเจนในบริเวณนี้จึงไม่ได้มาจากสิ่งมีชีวิตตามข้อสันนิษฐานแรกเริ่ม แต่เกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี (Electrochemical reaction) ภายในก้อนโลหะที่ประกอบไปด้วย โคบอลต์ และนิกเกิล ซึ่งเปรียบเสมือนแบตเตอร์รี่ในธรรมชาติ เมื่อจมอยู่ในน้ำทะเล ก้อนโลหะเหล่านี้จะทำให้เกิด อิเล็กโทรไลซิส (Electrolysis) โดยแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจน กระบวนการนี้มักถูกขับเคลื่อนโดยประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าบนพื้นผิว
เพื่อพิสูจน์สมมติฐานดังกล่าว ศาสตราจารย์สวีทแมน ได้เข้าไปพบกับ ฟรานซ์ ไกเกอร์ (Franz Geiger) นักเคมีไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น เพื่อตรวจสอบเพิ่มเติมโดยใช้มัลติมิเตอร์ในการวัดแรงไฟฟ้าขนาดเล็ก และความผันแปรของแรงดันไฟฟ้า เครื่องมือแสดงตัวเลข 0.95 โวลต์ จากผิวของก้อนแร่ โดยน้อยกว่าค่า 1.5 โวลต์ ซึ่งเป็นปริมาณที่ทำให้เกิดกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส (electrolysis) ซึ่งเป็นการแยกน้ำทะเลด้วยไฟฟ้าออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม ทั้งคู่เสนอว่าแรงดันไฟฟ้านี้อาจเพิ่มขึ้นหากก้อนแร่อยู่รวมตัวกันเป็นจำนวนมากเช่นใต้พื้นทะเลที่พวกเขาพบ และกล่าวได้ว่าเป็นการค้นพบ Geo-battery ที่เป็นพื้นฐานสำหรับคำอธิบายที่เป็นไปได้เกี่ยวกับการผลิตออกซิเจนมืดในมหาสมุทร
อย่างไรก็ตาม ก้อนเหล็กปริศนานี้แท้จริงแล้วคือ โพลีเมทัลลิก (Polymetallic Nodules) หรือก้อนสินแร่ขนาดจิ๋วที่ใหญ่ได้มากสุดเพียง 20 เซนติเมตร เกิดจากการตกตะกอนของธาตุต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเศษเปลือกหอย จะงอยหมึกยักษ์ และฟันฉลาม เป็นเวลานานหลายล้านปีโดยมีจุลินทรีย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาบริเวณที่ราบก้นทะเล (Abyssal Plain) การค้นพบนี้เปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับการวิจัยใต้ท้องทะเลลึกเกี่ยวกับการเกิดแหล่งออกซิเจนในมหาสมุทรและพลวัตทางนิเวศวิทยาที่ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตน้ำลึก การตระหนักถึงการขุดใต้ท้องทะเลลึกและการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมที่มีความซับซ้อนจึงความจำเป็นในการพิจารณาอย่างรอบคอบและอาจมีกฎระเบียบใหม่ๆ เพื่อปกป้องพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวสูงนี้