Cientistas descobrem “oxigênio negro” sendo produzido no fundo do oceano

Um fenômeno misterioso observado pela primeira vez em 2013 a bordo de um navio em uma parte remota do Oceano Pacífico parecia tão absurdo que convenceu o cientista oceânico Andrew Sweetman de que seu equipamento de monitoramento estava com defeito.

As leituras dos sensores pareciam mostrar que o oxigênio estava sendo produzido no fundo do mar a 4 mil metros abaixo da superfície, onde nenhuma luz pode penetrar. A mesma coisa aconteceu em três viagens subsequentes a uma região conhecida como Zona Clarion-Clipperton.

“Eu basicamente disse aos meus alunos, apenas coloquem os sensores de volta na caixa. Vamos enviá-los de volta ao fabricante e testá-los porque eles estão nos dando apenas besteira”, disse Sweetman, professor da Associação Escocesa de Ciências Marinhas e líder do grupo de ecologia do fundo do mar e biogeoquímica da instituição. “E todas as vezes o fabricante respondia: ‘Eles estão funcionando. Estão calibrados.’”

Organismos fotossintéticos, como plantas, plâncton e algas, usam a luz solar para produzir oxigênio que se desloca para as profundezas do oceano, mas estudos anteriores realizados no mar profundo mostraram que o oxigênio é apenas consumido, não produzido, pelos organismos que vivem lá, disse Sweetman.

Agora, a pesquisa de sua equipe está desafiando essa suposição de longa data, descobrindo oxigênio produzido sem fotossíntese.

“Você fica cauteloso quando vê algo que vai contra o que deveria estar acontecendo”, disse ele.

O estudo, publicado na segunda-feira (22) na revista Nature Geoscience, demonstra o quanto ainda é desconhecido sobre as profundezas do oceano e ressalta o que está em jogo na exploração do fundo do mar para metais e minerais raros. A descoberta de que há outra fonte de oxigênio no planeta além da fotossíntese também tem implicações de grande alcance que podem ajudar a desvendar as origens da vida.

Amostragem do fundo do mar

Sweetman fez a observação inesperada de que o oxigênio “negro” estava sendo produzido no fundo do mar enquanto avaliava a biodiversidade marinha em uma área destinada à mineração de nódulos polimetálicos do tamanho de batatas. Os nódulos se formam ao longo de milhões de anos através de processos químicos que fazem com que os metais precipitem da água ao redor de fragmentos de conchas, bicos de lula e dentes de tubarão, cobrindo uma área surpreendentemente grande do fundo do mar.

Metais como cobalto, níquel, cobre, lítio e manganês contidos nos nódulos estão em alta demanda para uso em painéis solares, baterias de carros elétricos e outras tecnologias verdes. No entanto, críticos dizem que a mineração em águas profundas pode danificar irrevogavelmente o ambiente submarino intocado, com ruídos e plumas de sedimentos levantados pelo equipamento de mineração prejudicando ecossistemas de meia-água, bem como organismos no fundo do mar que muitas vezes vivem nos nódulos.

Também é possível, alertam esses cientistas, que a mineração em águas profundas possa perturbar a forma como o carbono é armazenado no oceano, contribuindo para a crise climática.

Para aquele experimento de 2013, Sweetman e seus colegas usaram um aterrador de águas profundas que afunda até o fundo do mar para cravar uma câmara, menor que uma caixa de sapatos, no sedimento para enclausurar uma pequena área do fundo do mar e o volume de água acima dela.

O que ele esperava que o sensor detectasse era o nível de oxigênio caindo lentamente ao longo do tempo enquanto os animais microscópicos o respiravam. A partir desses dados, ele planejava calcular algo chamado “consumo de oxigênio da comunidade sedimentar”, que fornece informações importantes sobre a atividade da fauna do fundo do mar e dos microrganismos.

Só em 2021, quando Sweetman usou outro método alternativo para detectar oxigênio e obteve o mesmo resultado, ele aceitou que o oxigênio estava sendo produzido no fundo do mar e que precisava entender o que estava acontecendo.

“Eu pensei: ‘Meu Deus, nos últimos oito ou nove anos, eu estava ignorando algo profundo e enorme’”, disse ele.

Sweetman observou o fenômeno repetidamente ao longo de quase uma década e em vários locais na Zona Clarion-Clipperton, uma grande área que se estende por mais de 6.400 quilômetros e está além da jurisdição de qualquer país.

A equipe levou algumas das amostras de sedimento, água do mar e nódulos polimetálicos de volta ao laboratório para tentar entender exatamente como o oxigênio estava sendo produzido.

Compreendendo o oxigênio negro

Por meio de uma série de experimentos, os pesquisadores descartaram processos biológicos, como micróbios, e se concentraram nos próprios nódulos como a origem do fenômeno. Talvez, raciocinaram, fosse o oxigênio sendo liberado do óxido de manganês no nódulo. Mas tal liberação não era a causa, disse Sweetman.

Um documentário sobre mineração em águas profundas que Sweetman assistiu em um bar de hotel em São Paulo, Brasil, desencadeou uma descoberta. “Havia alguém dizendo: ‘Isso é uma bateria em uma rocha’”, ele lembrou. “Assistindo a isso, de repente pensei, poderia ser eletroquímico? Essas coisas que eles querem minerar para fazer baterias, poderiam elas mesmas ser baterias?”

Corrente elétrica, mesmo de uma bateria AA, quando colocada na água salgada, pode dividir a água em oxigênio e hidrogênio — um processo conhecido como eletrólise da água do mar, disse Sweetman. Talvez, o nódulo estivesse fazendo algo semelhante, ele raciocinou.

Sweetman procurou Franz Geiger, um eletroquímico da Universidade Northwestern em Evanston, Illinois, e juntos investigaram mais a fundo. Usando um dispositivo chamado multímetro para medir pequenas voltagens e variações nas voltagens, eles registraram leituras de 0,95 volts da superfície dos nódulos.

Essas leituras eram inferiores à voltagem de 1,5 necessária para a eletrólise da água do mar, mas sugeriam que voltagens significativas poderiam ocorrer quando os nódulos estão agrupados.

“Parece que descobrimos uma ‘geobateria’ natural”, disse Geiger, professor Charles E. e Emma H. Morrison de Química na Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern, em um comunicado à imprensa. “Essas geobaterias são a base para uma possível explicação da produção de oxigênio escuro nos oceanos.”

Desafiando o paradigma

A descoberta de que nódulos abissais, ou de águas profundas, estão produzindo oxigênio é “uma descoberta incrível e inesperada”, disse Daniel Jones, professor e chefe de biogeociências oceânicas no National Oceanography Centre em Southampton, Inglaterra, que já trabalhou com Sweetman, mas não estava diretamente envolvido na pesquisa. “Descobertas como essa demonstram o valor das expedições marítimas a essas áreas remotas, mas importantes, dos oceanos do mundo”, disse ele por e-mail.

O estudo definitivamente desafia “o paradigma tradicional do ciclo do oxigênio no mar profundo”, de acordo com Beth Orcutt, cientista sênior de pesquisa no Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, no Maine. Mas a equipe forneceu “dados de suporte suficientes para justificar a observação como um sinal verdadeiro”, disse Orcutt, que não estava envolvida na pesquisa.

Craig Smith, professor emérito de oceanografia da Universidade do Havaí em Mānoa, chamou a hipótese da geobateria de uma explicação razoável para a produção de oxigênio escuro.

“Como com qualquer nova descoberta, no entanto, pode haver explicações alternativas”, disse ele por e-mail.

“A importância regional de tal (produção de oxigênio negro) não pode realmente ser avaliada com a natureza limitada deste estudo, mas sugere uma função potencial não apreciada dos nódulos de manganês no fundo do mar profundo”, disse Smith, que também não estava envolvido no estudo.

Desvendando as origens da vida

O Serviço Geológico dos EUA estima que existam 21,1 bilhões de toneladas secas de nódulos polimetálicos na Zona Clarion-Clipperton — contendo mais metais críticos do que todas as reservas terrestres do mundo combinadas.

A Autoridade Internacional dos Fundos Marinhos, sob a Convenção das Nações Unidas sobre o Direito do Mar, regula a mineração na região e emitiu contratos de exploração. O grupo está se reunindo na Jamaica este mês para considerar novas regras que permitam às empresas extrair metais do fundo do oceano.

No entanto, vários países, incluindo o Reino Unido e a França, expressaram cautela, apoiando uma moratória ou proibição da mineração em águas profundas para proteger os ecossistemas marinhos e conservar a biodiversidade. No início deste mês, o Havaí proibiu a mineração em águas profundas em suas águas estaduais.

Sweetman e Geiger disseram que a indústria de mineração deve considerar as implicações dessa nova descoberta antes de potencialmente explorar os nódulos de águas profundas.

Craig Smith, da Universidade do Havaí, disse ser favorável a uma pausa na mineração dos nódulos, considerando o impacto que teria em um ambiente vulnerável, biodiverso e intocado.

As primeiras tentativas de esforços de mineração na zona na década de 1980 forneceram um conto de advertência, disse Geiger.

“Em 2016 e 2017, biólogos marinhos visitaram locais que foram minerados na década de 1980 e descobriram que nem mesmo bactérias haviam se recuperado nas áreas mineradas”, disse Geiger.

“Nas regiões não mineradas, no entanto, a vida marinha floresceu. Por que essas ‘zonas mortas’ persistem por décadas ainda é desconhecido”, acrescentou. “No entanto, isso coloca um grande asterisco nas estratégias de mineração do fundo do mar, já que a diversidade faunística do fundo do oceano em áreas ricas em nódulos é maior do que nas florestas tropicais mais diversas.”

Sweetman, cuja pesquisa científica foi financiada e apoiada por duas empresas interessadas em minerar a Zona Clarion-Clipperton, disse que é crucial haver supervisão científica sobre a mineração em águas profundas.

Muitas perguntas sem resposta permanecem sobre como o oxigênio negro é produzido e qual papel desempenha no ecossistema de águas profundas.

Compreender como o fundo do oceano produz oxigênio também pode lançar luz sobre as origens da vida, acrescentou Sweetman. Uma teoria de longa data é que a vida evoluiu em fontes hidrotermais de águas profundas, e a descoberta de que a eletrólise da água do mar poderia formar oxigênio nas profundezas poderia inspirar novas maneiras de pensar sobre como a vida começou na Terra.

“Acho que há mais ciência a ser feita, especialmente em torno desse processo e da sua importância”, disse Sweetman. “Espero que seja o início de algo incrível.”