การค้นพบ ‘ออกซิเจนมืด’ ใต้ทะเลลึก มีผลต่อการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมอย่างไร 

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบ ‘ออกซิเจนมืด’ (Dark oxygen) ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติในส่วนลึกของมหาสมุทรที่ปราศจากแสงอาทิตย์ จากก้อนโลหะปริศนา ผลการศึกษานี้ได้ท้าทายทฤษฎีการกำเนิดขึ้นของออกซิเจน

ย้อนกลับไปเมื่อปี 2013 ในห้วงลึกของมหาสมุทร ที่แสงแดดไม่สามารถส่องถึง ทีมสำรวจใต้ทะเลลึกนำโดย แอนดรูว์ สวีทแมน (Andrew Sweetman) นักสมุทรศาสตร์ได้ค้นพบ ‘ออกซิเจนมืด’ (Dark oxygen) จากก้อนโลหะกลมขนาดเท่าลูกมันฝรั่ง ที่สามารผลิตก๊าซออกซิเจนออกมาได้โดยไร้ความเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต

ผลการศึกษานี้ได้ทำให้เกิดข้อถกเถียงในสมมติฐานการเกิดออกซิเจนบนโลกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน จากการสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis) ในแพลงก์ตอนพืช (Phytoplankton) อย่างไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) หรือสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินซึ่งเป็นแหล่งผลิตออกซิเจนสำคัญของโลกในยุคเริ่มแรก

และก่อให้เกิดคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต ที่ระบุว่า สิ่งมีชีวิตอาจวิวัฒนาการขึ้นมาบนปล่องไฮโดรเทอร์มอล (Hydrothermal vent) หรือปล่องน้ำร้อนที่อยู่ใต้ทะเลลึกซึ่งปล่อยความร้อนและแร่ธาตุต่างๆ จนโมเลกุลเหล่านั้นรวมกันกลายเป็นสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ขึ้นมาอาจมีออกซิเจนมืด เป็นองค์ประกอบหนึ่งของการเกิดระบบนิเวศทะเลน้ำลึกขึ้น

“ตอนนี้เรารู้แล้วว่าใต้ทะเลลึกสร้าง ‘ออกซิเจนมืด’ ซึ่งไม่ต้องการแสงสว่างได้ ผมคิดว่าเราจำเป็นต้องทบทวนคำถามเช่น แอโรบิคไลฟ์ (Aerobic Life) หรือ สิ่งมีชีวิตที่ใช้ออกซิเจน เริ่มต้นขึ้นที่ไหน?” สวีทแมน กล่าว

ทีมวิจัยของเขากำลังท้าทายความเชื่อที่ว่า “ออกซิเจนจะถูกสร้าง โดยไม่ต้องการแสงและสิ่งมีชีวิตใดๆ เลย” ใต้มหาสมุทรลึกเป็นครั้งแรก ซึ่งงานวิจัยชิ้นนี้ถูกเผยแพร่ในวารสาร Nature Geoscience เมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม 2024 ที่ผ่านมา

กลุ่มก๊าซออกซิเจนมืด ถูกค้นพบในบริเวณก้นทะเลที่ราบเรียบลึกลงไปกว่า 4 กิโลเมตรของเขตที่มีชื่อว่า “คลาเรียน – คลิปเปอร์ตัน” (Clarion clipperton Zone) หรือ CCZ ในมหาสมุทรแปซิฟิก บริเวณพื้นที่ระหว่างรัฐฮาวาย และประเทศเม็กซิโก ซึ่งเป็นแหล่งสำรวจการทำเหมืองใต้ทะเลลึก เพราะเต็มไปด้วยแร่หายาก อาทิ โคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง ลิเธียม หรือแมงกานีส ที่เป็นองค์ประกอบที่สําคัญในแบตเตอรี่ สมาร์ทโฟน กังหันลม และแผงโซลาร์เซลล์

ทีมสำรวจได้ส่งหุ่นยนต์ลงไปเพื่อทําการวัดค่าออกซิเจนในพื้นที่ปิดจากกระแสน้ำภายนอก ซึ่งโดยปกติแล้วจะนําออกซิเจนจากพื้นผิวทะเลมาสู่ก้นทะเล วิธีการนี้จึงเหมือนกับการวางกระป๋องคว่ำที่ด้านล่างของสระว่ายน้ำและบันทึกสิ่งที่เกิดขึ้นภายใน

ทีมวิจับคาดว่าจะเห็นระดับออกซิเจนลดลงเมื่อเวลาผ่านไปในพื้นที่ปิด แต่ผลลัพธ์ที่ออกมากลับตรงกันข้าม ปริมาณออกซิเจนกลับเพิ่มสูงขึ้นและเมื่อทำการเปิดที่ครอบออก ก็พบว่ามีฟองอากาศออกมา และเมื่อนำก้อนเหล็กี้กลับไปวิจัยในห้องทดลองอีกรอบ ผ่านการจําลองพื้นทะเลและฆ่าจุลินทรีย์ที่อาจเป็นสาเหตุของการเกิดก๊าซออกซิเจนในน้ำ แต่กลับพบว่า ระดับออกซิเจนยังคงเพิ่มขึ้นตามเดิม

การเกิดก๊าซออกซิเจนในบริเวณนี้จึงไม่ได้มาจากสิ่งมีชีวิตตามข้อสันนิษฐานแรกเริ่ม แต่เกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี (Electrochemical reaction) ภายในก้อนโลหะที่ประกอบไปด้วย โคบอลต์ และนิกเกิล ซึ่งเปรียบเสมือนแบตเตอร์รี่ในธรรมชาติ

เมื่อจมอยู่ในน้ำทะเล ก้อนโลหะเหล่านี้จะทำให้เกิด อิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) โดยแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจน กระบวนการนี้มักถูกขับเคลื่อนโดยประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าบนพื้นผิวของก้อนเนื้อ

แต่ทั้งนี้หากเรา อ้างอิงจากการทดลองของ ฟรานซ์ ไกเกอร์ (Franz Geiger) นักเคมีไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น (Northwestern University) ที่ได้ใช้ มัลติมิเตอร์ในการวัดแรงไฟฟ้าขนาดเล็กและความแปรผันของแรงดันไฟฟ้า ค้นพบว่าผิวของก้อนแร่ปรากฏค่า 0.95 โวลต์ค่าดังกล่าวยังน้อยกว่า 1.5 โวลต์ซึ่งเป็นตัวเลขที่จำเป็นในการทำให้เกิดกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส แต่แรงดันไฟฟ้านี้อาจเพิ่มขึ้นหากก้อนโลหะอยู่รวมกันเป็นจำนวนมาก

อย่างไรก็ตาม ก้อนเหล็กปริศนานี้แท้จริงแล้วคือ ‘โพลีเมทัลลิก’ (polymetallic nodules) หรือก้อนสินแร่ขนาดจิ๋วที่ใหญ่ได้มาสุดเพียง 20 เซนติเมตร เกิดจากการตกตะกอนของธาตุต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเศษเปลือกหอย จะงอยหมึกยักษ์ และฟันฉลาม เป็นเวลานานหลายล้านปีโดยมีจุลินทรีย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา บริเวณที่ ราบก้นทะเล (Abyssal plain)

การวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนบางส่วนจาก The Metals Company (TMC) ซึ่งเป็นบริษัทที่วางแผนจะยื่นขอใบอนุญาตการทำเหมืองใต้ทะเลลึก (Deep sea mining) เป็นหนึ่งในโครงการวิจัยใต้ทะเลลึกที่ครอบคลุมที่สุดในประวัติศาสตร์ มีค่าใช้จ่ายในการประเมินสิ่งแวดล้อมมากกว่า  200 ล้านดอลลาร์สหรัฐ แต่ในตอนนี้ ทางบริษัทกําลังโต้แย้ง ผลการค้นพบออกซิเจนมืด ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Nature Geoscience  เมื่อเดือนกรกฎาคม ที่ได้พาดพิงคํากล่าวอ้างของบริษัทว่าการทำเหมืองใต้ทะเลลึกมหาสมุทรจะเป็นทางเลือกที่อันตรายน้อยกว่าการขุดบนบก

ตามการสำรวจของกรมธรณีวิทยาของสหรัฐฯ มีการประมาณการถึงจำนวนก้อนสินแรมากกว่า 21.1 พันล้านตันอยู่ในเขต CCZ ซึ่งมากกว่าปริมาณสำรองบนโลกทั้งหมดรวมกัน อย่างไรก็ตาม การทำเหมืองใต้ทะเลลึกที่อาจเกิดขึ้นในอนาคตได้สร้างความกังวลใจต่อนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ ว่าจะเป็นการทำลายสิ่งแวดล้อมในระดับล้างผลาญ (ecocide) ที่ส่งกระทบเป็นวงกว้างต่อระบบนิเวศทะเลน้ำลึก เพราะเป็นพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงสูง

มีการคาดการว่าความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบริเวณนี้สูงกว่าป่าฝนเขตร้อนที่พบความหลากหลายมากที่สุดตามความเชื่อเดิม อีกทั้ง กว่าสองในสามของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยในพื้นที่บริเวณนี้ยังไม่เป็นที่รู้จักในวงการวิทยาศาสตร์

การค้นพบนี้เปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับการวิจัยใต้ท้องทะเลลึกได้ตั้งคำถามถึงการเกิดแหล่งออกซิเจนในมหาสมุทรและพลวัตทางนิเวศวิทยาที่ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตน้ำลึกอย่างไร เมื่อนักวิทยาศาสตร์สำรวจผลกระทบเหล่านี้ต่อไป การสนทนาเกี่ยวกับการขุดใต้ท้องทะเลลึกและการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมให้มีความซับซ้อนมากขึ้น ความจำเป็นในการพิจารณาอย่างรอบคอบและอาจมีกฎระเบียบใหม่ๆ เพื่อปกป้องพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวสูงนี้

อ้างอิง

• Scientists Discover ‘Dark Oxygen’ on the Ocean Floor Generated—Surprisingly—by Lumps of Metal
• Scientists find ‘dark oxygen’ being produced from metals on the seafloor
• Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor
• ‘Dark Oxygen’ Discovered Coming from Mineral Deposits on Deep Seafloor
• Discovery of ‘dark oxygen’ from deep-sea metal lumps could trigger rethink of origins of life
• Oxygen discovery defies knowledge of the deep ocean