Metaalrijke brokstukken op de bodem van de pikdonkere diepzee blijken zuurstof te maken. Die zuurstof heeft mogelijk een belangrijke rol in het ecosysteem van de diepzeebodem, wat vragen oplevert over het mijnen van de waardevolle brokstukken.
Op de bodem van de Stille Oceaan liggen mangaanknollen, metaalrijke stenen ter grootte van aardappels. Een internationaal team van onderzoekers heeft ontdekt dat deze mineralen op vier kilometer diepte in het donker zuurstof produceren, iets wat eerder onmogelijk leek. Ze publiceerden hun ontdekking in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Geoscience.
Doorbraak of defect
Wetenschappers nemen al langer aan dat enkel fotosynthetische organismen zoals planten en algen de zuurstof op aarde produceren, en daarbij zonlicht gebruiken. De enige uitzondering leken een handvol microben die zonder zonlicht zuurstof kunnen maken. Maar nu is aangetoond dat ook mangaanknollen op de pikdonkere zeebodem zuurstof kunnen produceren. Deze natuurlijke minerale afzettingen vormen zich op de oceaanbodem uit metalen zoals kobalt, nikkel, lithium en mangaan.
Groen, groot, gedurfd
Wetenschappers hebben plannen voor ambitieuze riskante projecten in de strijd tegen klimaatverandering. Hebben die enige kans van slagen?
Zeebodem-geochemicus Andrew Sweetman van de Scottish Association for Marine Science (SAMS) ontdekte de aanmaak van de ‘donkere zuurstof’ tijdens veldwerk op een schip in de Stille Oceaan. Toen hij monsters nam van de zeebodem van de Clarion-Clipperton Zone, een afgrondvlakte tussen twee breukzones in de Stille Oceaan, en zuurstof detecteerde, was hij eerst overtuigd dat de meetapparatuur niet werkte.
Sweetman bleef zijn eigen resultaten tien jaar lang in twijfel trekken, omdat de aanmaak van zuurstof nooit eerder was ontdekt in de diepzee. Maar zelfs toen zijn onderzoeksgroep overstapte op nieuwe apparatuur bleven ze zuurstof meten. Hierdoor begrepen ze dat ze iets belangrijks op het spoor waren, en dat de mangaanknollen hier waarschijnlijk een rol in speelden.
Steengoede spanning
Om mogelijke verklaringen voor de zuurstofbron te vinden, nam Sweetman contact op met elektrochemicus Franz Geiger van de Northwestern-universiteit in de Verenigde Staten. Geiger had in eerder onderzoek ontdekt dat roest, in combinatie met zout water, elektriciteit kan opwekken. De onderzoekers vroegen zich af of de mangaanknollen in de diepzee via een soortgelijk proces genoeg elektriciteit zouden genereren om zuurstof te produceren. Via zogeheten elektrolyse zou de spanning aan het oppervlak van de knollen elektronen onttrekken aan de zuurstofatomen van watermoleculen, waardoor watermoleculen opsplitsen in waterstof en zuurstof.
De onderzoekers namen enkele kilo’s van de mangaanknollen mee naar het laboratorium, waar ze een spanning tot 0,95 volt aan het oppervlak van de brokken maten. Maar bij samengeklonterde knolletjes liep die spanning nog veel hoger op, net als wanneer je batterijen in serie aaneensluit. De onderzoekers noemen de mangaanknollen daarom ook wel een ‘natuurlijke geobatterij’. En aangezien het splitsen van water al bij 1,5 volt plaatsvindt, zou de spanning van de knollen een zeer goede verklaring kunnen zijn voor de gemeten zuurstof.
Dat de mangaanknollen een rol zouden hebben gespeeld in de initiële zuurstofaanmaak van de aarde is zeer onwaarschijnlijk. Voor de aanmaak van mangaanoxide, wat in de knollen zit, is namelijk ook zuurstof nodig. Daarom is fotosynthetische aanmaak van zuurstof, door onder meer planten en algen, waarschijnlijk voorafgegaan aan het ontstaan van de knollen.
Vaker voorkomend
De mangaanknollen bestaan uit waardevolle metalen die cruciaal zijn voor batterijen. Dat maakt ze gewild voor mijnbedrijven. Zo schat Geiger dat de totale massa aan mangaanknollen in de Clarion-Clipperton Zone alleen al genoeg is om tientallen jaren aan de wereldwijde vraag naar energie te voldoen. Al vormen de mangaanknollen niet over een nacht ijs: ze groeien met een paar millimeter per miljoen jaar. Haal je ze weg, dan duurt het miljoenen jaren voor het ecosysteem terugkeert naar wat het was voor de diepzeemijnbouwactiviteit.
Patrick Downes van het diepzeemijnbedrijf The Metals Company trekt in een verklaring voor de Britse New Scientist de accuraatheid van de studie in twijfel. Maar dat vindt biogeochemicus Tanja Stratmann van het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) ‘volslagen onzin en erg frustrerend.’ Volgens haar is de studie een van de beste studies die ze ooit in het veld van diepzeewetenschap is tegengekomen. ‘Daarnaast is het nieuws over ‘donkere zuurstof’ in ons veld al minstens twee jaar bekend door conferenties’, geeft ze aan. ‘Inmiddels vinden meerdere wetenschappers, waaronder ikzelf, soortgelijke aangemaakte zuurstof in onze eigen studies terug.’
Mijnbouw versus micro-organismen
Huidige diepzeemijnbouwmachines verwijderen bij het mijnen van knollen de bovenste paar centimeters sediment van de zeebodem. In dat sediment, als ook in en op de knollen, leven allerlei micro-organismen die als voeding voor het zeeleven dienen. In 2015 bezochten mariene biologen locaties die in de jaren 1980 waren ontgonnen door diepzeemijnbouw en ontdekten dat zelfs bacteriën zich niet hadden hersteld in ontgonnen gebieden. In regio’s waar niet gemijnd werd, floreerde het zeeleven.
Het mijnen van de knollen heeft dus gevolgen voor het zeeleven. Maar wat de precieze rol van de zuurstof is in het omliggende ecosysteem, is nog niet duidelijk. Ook zal verder onderzoek moeten uitwijzen wat nu de precieze oorzaak van de zuurstofaanmaak is.
Hoe lang het gaat duren voor we beslissingen kunnen maken over het mijnen van deze waardevolle mangaanknollen, hangt volgens Stratmann af van wat we bereid zijn om te verliezen. ‘Veel van de claims van bedrijven, zoals dat je deze metalen nodig hebt om batterijen voor elektrische auto’s te maken, zijn onzin’, zegt ze. ‘In China zijn er al bedrijven die batterijen maken zonder deze metalen. Misschien dat we deze metalen in de toekomst voor andere technologieën nodig hebben, maar als we ze nu al gaan mijnen, zijn ze tegen die tijd op.’
De Internationale Zeebodemautoriteit voert het beleid over diepzeebodemmijnen in internationale wateren, en staat tot dusver enkel vergunningen voor verkenning toe. In nationale gebieden ligt het anders; zo staat Noorwegen het sinds 2024 als eerste land toe om in hun wateren aan diepzeemijnbouw te doen.
