Khoa học bất ngờ phát hiện ra những “cánh đồng pin” dưới đáy biển có thể điện phân nước và tạo ra oxy

Những cánh đồng chứa đầy những viên quặng kim loại rải rác dưới đáy Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương là nguồn oxy cho sinh vật biển trong khu vực. Phát hiện mới có thể cải thiện hiểu biết của chúng ta về miền sâu thẳm của đại dương.

Những viên quặng này có kích cỡ đa dạng nằm rải rác ở nhiều vùng biển, chúng giàu những kim loại quý như coban, mangan, kền, … và là mục tiêu của những dự án khai thác khoáng sản đáy biển.

Năm 2013, chuyên gia Andrew Sweetman công tác tại Hiệp hội Khoa học Đại dương Scotland phát hiện ra nhiều điều kỳ lạ trên những khối quặng này, và đã tiến hành nghiên cứu sâu tại Vùng Clarion-Clipperton, một khu vực giàu viên quặng dưới Thái Bình Dương.

Sweetman và các cộng sự đưa thiết bị xuống đáy biển, quây một diện tích 22 cm² lại để đo hàm lượng oxy tại đó. Thay vì thấy lượng oxy giảm dần, nhóm nghiên cứu lại thấy oxy tăng theo thời gian. Tuy nhiên khu vực xung quanh lại không hề có thực vật biển, và điều này khiến nhóm nghiên cứu bối rối vô cùng.

“Tôi đã được dạy từ bé, rằng hệ sinh thái có oxy chỉ tồn tại khi có quang hợp”, anh Sweetman nói. Anh cho rằng số đo có được vì thiết bị trục trặc, và đã bỏ qua toàn bộ số dữ liệu nghiên cứu.

Rồi đến năm 2021, khi Sweetman thực hiện một nghiên cứu khác tại Thái Bình Dương, máy móc của anh lại cho ra kết quả tương tự: mức oxy dưới lòng biển tiếp tục tăng theo thời gian. Hai phương pháp đo đạc, hai bộ thiết bị khác nhau đều cho ra cùng một kết quả, và Sweetman đứng trước một phát hiện gây chấn động.

Anh và nhóm cộng sự luận ra rằng những viên quặng kim loại có vai trò nhất định trong quá trình sản sinh oxy dưới đáy biển. Khi mang những viên quặng về phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã ngâm chúng vào chất độc để đảm bảo rằng trên viên quặng không có vi sinh vật sản sinh oxy.

Theo lời Sweetman, những viên quặng này hoạt động như những viên “pin đất”, sinh ra dòng điện và đã điện phân nước biển thành hydro và oxy. “Những viên quặng này đang được khai thác bởi lẽ chúng chứa tất cả những gì bạn cần để sản xuất pin xe điện”, anh nói. “Có khi nào bản thân chúng là những khối pin đất tự nhiên?”

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu nhận thấy mỗi viên quặng có thể sản sinh ra dòng điện lên tới 1 volt. Khi các viên quặng nằm gần nhau thành một hệ thống, chúng có thể sinh ra dòng điện đủ lớn để tiến hành điện phân nước biển và làm tăng hàm lượng oxy trong vùng nước lân cận. “Rất có thể chúng tôi đã phát hiện ra một nguồn oxy tự nhiên mới”, Sweetman cho hay.

Phát hiện mang tính đột phá của Sweetman dấy lên nhiều câu hỏi thú vị. Đơn cử, như nguồn gốc nguồn năng lượng sinh ra dòng điện này vẫn còn là bí ẩn. Bên cạnh đó, chúng ta chưa rõ việc phóng điện có diễn ra liên tục và xảy ra trong điều kiện nào, và lượng oxy sản sinh ra tác động ra sao tới hệ sinh thái quanh những viên “pin đất”.

“Chúng tôi chưa nắm bắt toàn bộ những thông tin liên quan, nhưng chúng tôi biết là nó có diễn ra”, Sweetman nhận định về quá trình sản sinh oxy kỳ lạ dưới lòng đại dương.

Trong môi trường biển sâu thiếu anh sáng và thực vật, một số dạng sống hấp thu năng lượng từ hóa chất phun ra từ những mạch nhiệt dịch. Một số nhà khoa học cho rằng sự sống trên Trái Đất đã khởi sinh từ những mạch nhiệt dịch như vậy. Tuy nhiên sự sống trên Trái Đất, dù trên cạn hay dưới nước, vẫn cần oxy để tồn tại và sinh trưởng, vậy nên có khả năng sinh vật biển đã tận dụng nguồn oxy có được nhờ những viên quặng kim loại nằm rải rác dưới đáy biển.

Nhà nghiên cứu Donald Canfield tới từ Đại học Nam Đan Mạch lại không đồng tình với nhận định này. Ông chỉ ra rằng oxy là thành tố tối quan trọng trong quá trình hình thành mangan oxit trong những viên quặng kia. “Quang hợp oxy là yếu tố tối quan trọng trong việc hình thành [mangan oxit]”, ông nói.

“Vì lẽ đó, quá trình sản sinh oxy do viên quặng không phải là một phương thức tạo oxy tương đồng với quang hợp. Chúng khó có thể đóng vai trò trong quá trình sinh oxy trên hành tinh chúng ta”, ông Canfield nhận định.

Không thể phủ nhận rằng việc những viên quặng đáy biển có thể điện phân nước biển để tạo oxy là một bất ngờ lớn với giới khoa học. Đặc biệt, phát hiện mới gây trở ngại tới những dự án khai thác tài nguyên biển, và trớ trêu thay nghiên cứu của Sweetman lại được góp một phần vốn bởi The Metals Company (TMC), một công ty khai thác tài nguyên đáy biển đang muốn làm giàu từ Vùng Clarion-Clipperton tại Thái Bình Dương.

Patrick Downes tới từ TMC phân tích rằng thí nghiệm có Sweetman đã nhiễm oxy từ nguồn bên ngoài, và khẳng định TMC sẽ thực hiện một báo cáo khoa học phản bác lại phát hiện của Sweetman.

Hiện tại, nghiên cứu của Sweetman và các cộng sự cung cấp thêm dẫn chứng để các nhà hành pháp cấm khai thác tài nguyên đáy biển, nhất là khi chúng ta chưa hoàn toàn hiểu rõ về những khu vực đặc thù như Vùng Clarion-Clipperton tại Thái Bình Dương. Paul Dando tới từ Hiệp hộc Sinh học Đại dương Anh Quốc cho rằng “không nên khai thác cho tới khi chúng ta hiểu rõ tính chất sinh thái của những bãi quặng”.

Theo New Scientist, Scientific American