En los fondos marinos profundos, los organismos consumen oxígeno a través de la respiración y la oxidación de compuestos inorgánicos. Un reciente estudio en el Océano Pacífico ha revelado un aumento inesperado en la concentración de oxígeno en áreas cubiertas por nódulos polimetálicos, lo que podría tener implicaciones significativas para la comprensión de los ecosistemas abisales.
Experimentación en el Océano Pacífico
Se realizaron experimentos en el área de licencia de Nauru Ocean Resources Inc. (NORI-D) en la Zona Clarion-Clipperton (CCZ), una región con extensas formaciones de nódulos polimetálicos. Utilizando cámaras bentónicas, los investigadores midieron el consumo de oxígeno y descubrieron un aumento notable en su concentración durante dos días, superando más de tres veces la cantidad esperada.
Metodología: uso de cámaras bentónicas para medir el consumo de oxígeno
Se desplegó un módulo de aterrizaje de cámara bentónica en el área de licencia NORI-D seis veces en mayo-junio de 2021 (crucero 5D), cinco veces en noviembre-diciembre de 2021 (crucero 5E) y cinco veces en agosto-septiembre de 2022 (crucero 7A). El módulo constaba de tres cámaras bentónicas cuadradas, independientes y autónomas, separadas por aproximadamente 0,5 m. Las cámaras se empujaron hacia el sedimento para crear un microcosmos cerrado del lecho marino. A continuación, se inyectaron diferentes soluciones en las cámaras y se midieron las concentraciones de oxígeno.
Despliegue del módulo de aterrizaje
El módulo de aterrizaje esperó entre 0,07 y 1,34 días antes de que las cámaras fueran empujadas hacia el sedimento. Se inyectaron 50 ml de una de tres soluciones en las cámaras cerradas y se utilizó un agitador sumergible para mezclar el agua suprayacente.
Muestreo y análisis de oxígeno
Se extrajeron muestras de agua de las cámaras a intervalos específicos y se midieron las concentraciones de oxígeno utilizando optodos montados en la tapa de cada cámara. Las muestras de agua se analizaron en el laboratorio de a bordo utilizando el método de Winkler.
Microperfilado de O2 bentónico
Se realizaron microperfiles de oxígeno durante los despliegues de los módulos de aterrizaje utilizando una unidad de microperfilado de aguas profundas. Los microsensores penetraron en el sedimento en pasos de 0,05 mm y se calibraron antes de cada despliegue.
Toma de muestras microbiológicas
Se recogieron muestras de nódulos y sedimentos para el análisis de la comunidad microbiana. El ADN extraído se secuenció y analizó utilizando herramientas bioinformáticas para determinar la abundancia de microorganismos en los nódulos y sedimentos.
Mediciones de la superficie de los nódulos polimetálicos
Las fotografías de los sedimentos superficiales y los nódulos en las cámaras se analizaron para calcular el área de la superficie de los nódulos utilizando el software Imagen J.
Estimaciones de producción de O2 por radiolisis
Se calcularon las tasas de producción de oxígeno radiolítico a partir de las concentraciones de isótopos en los nódulos y el agua de mar. Las contribuciones de los nódulos, sedimentos y agua de mar se integraron para estimar la producción total de oxígeno.
Mediciones electroquímicas
Se midieron los potenciales de voltaje en nódulos previamente recolectados utilizando un multímetro digital. Los electrodos se colocaron en diferentes puntos de los nódulos para registrar los voltajes estabilizados.
Modelización geoquímica
Se modeló la estabilidad química y la solubilidad del óxido de manganeso en función del pH y la actividad del oxígeno utilizando el software Geochemist Workbench Professional.
Incubaciones de núcleo ex situ
Se realizaron experimentos ex situ utilizando núcleos de sedimentos recuperados y expuestos a diferentes tratamientos químicos para medir el cambio en la concentración de oxígeno.
Descubrimiento de la producción de oxígeno oscuro (DOP)
Los resultados mostraron que, en lugar de solo consumir oxígeno, las cámaras registraron una producción neta de el, conocida como oxígeno oscuro (DOP). Este aumento en el oxígeno fue atribuido a los nódulos polimetálicos, y las tasas de DOP variaron entre los experimentos, sugiriendo una relación entre el tamaño y tipo de nódulo y la cantidad de oxígeno producido.
Posibles mecanismos: electrólisis del agua de mar
Una posible explicación para la DOP observada es la electrólisis del agua de mar, un proceso que divide el agua en oxígeno e hidrógeno utilizando energía. Los nódulos polimetálicos, que mostraron potenciales eléctricos significativos, podrían estar facilitando este proceso. Sin embargo, la hipótesis requiere más investigación para confirmar su validez y entender cómo funciona en el contexto de los fondos marinos.
El estudio descartó posibles artefactos experimentales como la causa del aumento de oxígeno. La advección de agua rica en oxígeno desde otras áreas y la contaminación por materiales de las cámaras fueron consideradas y descartadas. Los resultados se apoyan en la observación consistente de un aumento en el oxígeno durante múltiples experimentos, lo que refuerza la credibilidad de la DOP como un fenómeno real y no un error experimental.
Impacto potencial y futuras investigaciones
Este descubrimiento destaca la influencia de los nódulos polimetálicos en la oxigenación de los fondos marinos abisales. La variabilidad en la producción de oxígeno y su posible dependencia del tipo de nódulo plantea preguntas sobre cómo las actividades humanas, como la minería en aguas profundas, podrían afectar estos procesos. La investigación futura debería centrarse en entender los mecanismos exactos de la DOP y su impacto en los ecosistemas abisales para evaluar mejor las implicaciones de la minería marina en estos entornos.
El estudio revela que los nódulos polimetálicos pueden jugar un papel crucial en la producción de oxígeno en las profundidades del océano. Comprender estos mecanismos es esencial para evaluar cómo afectan a los ecosistemas marinos y los ciclos de elementos en el océano profundo.
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