Zuurstof zonder licht: de diepten van de oceaan herschrijven de geschiedenis van de planetaire ademhaling

In het voorjaar van 2026 zullen twee geavanceerde diepzee-instrumenten, genaamd Alisa en Kaiya, worden neergelaten in een van de meest mysterieuze gebieden van de wereldzeeën: de Clarion-Clipperton Zone (CCZ). Hun missie is het onderzoeken en verklaren van een fenomeen dat nu al wordt beschouwd als een van de meest intrigerende wetenschappelijke ontdekkingen van dit decennium: Dark Oxygen Production (DOP), oftewel de productie van 'donkere zuurstof'.

Dit fenomeen verwijst naar de verbazingwekkende mogelijkheid dat moleculaire zuurstof wordt gevormd in totale duisternis op extreme diepten, waar het zonlicht de oceaanbodem nooit kan bereiken. Deze ontdekking daagt onze fundamentele kennis over hoe leven op aarde wordt ondersteund en waar zuurstof vandaan komt uit.

Het DOP-fenomeen werd voor het eerst gedocumenteerd in 2024 door een onderzoeksteam onder leiding van professor Andrew Sweetman van de Scottish Association for Marine Science. Tijdens experimenten in een gebied rijk aan polymetaalhoudende knollen, namen de onderzoekers een significante stijging van de O2-concentratie waar op plaatsen waar dit volgens alle bestaande wetenschappelijke modellen onmogelijk werd geacht.

Deze baanbrekende ontdekking trekt een fundamentele pijler van de biogeochemie in twijfel: het idee dat fotosynthese de enige natuurlijke bron van zuurstof op onze planeet is. De resultaten uit de diepzee suggereren nu dat er alternatieve processen diep in de oceaan plaatsvinden die we nog maar net beginnen te begrijpen.

Zowel laboratoriumgegevens als veldonderzoek wijzen erop dat polymetaalhoudende knollen zich kunnen gedragen als natuurlijke 'geobatterijen'. Wanneer deze knollen in contact komen met het zoute zeewater, kunnen ze elektrische potentialen opwekken die voldoende zijn om de elektrolyse van water in gang te zetten, wat resulteert in het direct vrijkomen van zuurstof.

In een specifiek experiment in de CCZ-zone werd vastgesteld dat de concentratie van O2 in het water binnen 48 uur verdrievoudigde. Wetenschappers schrijven dit toe aan complexe elektrochemische reacties die worden gekatalyseerd door mangaanoxiden. Desondanks blijft de alternatieve hypothese, waarbij microbiële of biochemische processen een rol spelen, een open vraag voor de wetenschap.

Om deze mechanismen definitief te verifiëren, wordt de nieuwe onderzoeksfase gelanceerd met gespecialiseerde technologie. De apparaten Alisa en Kaiya, vernoemd naar de dochters van professor Sweetman, zijn ontworpen om te functioneren onder een druk die 1200 keer hoger is dan aan het oppervlak, op diepten tot wel 11.000 meter.

Deze diepzeevoertuigen zijn uitgerust met autonome meetsystemen, waaronder de Aquatic Eddy Covariance (AEC) lander. Deze technologie maakt het mogelijk om zuurstofstromen en chemische indicatoren direct in de ecosystemen op de zeebodem te meten zonder de kwetsbare natuurlijke omgeving te verstoren.

Het onderzoek wordt uitgevoerd in het kader van het Dark Oxygen Research Initiative (DORI), gefinancierd door de Nippon Foundation met een investering van 4 miljoen Britse ponden. Het project ging officieel van start op 1 februari 2025 en zal doorlopen tot 31 januari 2028, wat een langdurige toewijding aan dit vraagstuk markeert.

Bij dit internationale initiatief zijn vooraanstaande wetenschappers betrokken van Boston University en Northwestern University, waaronder professor Jeffrey Marlow en professor Franz M. Geiger. Hun gezamenlijke expertise is cruciaal voor het ontcijferen van de complexe chemische processen die zich op de oceaanbodem afspelen.

Het project heeft de officiële goedkeuring gekregen van de Intergovernmental Oceanographic Commission van UNESCO als onderdeel van het UN Ocean Decade. Deze erkenning onderstreept het fundamentele belang van het onderzoek voor de wereldwijde wetenschappelijke gemeenschap en de toekomst van onze oceanen.

De Clarion-Clipperton Zone heeft een enorme omvang met een lengte van ongeveer 4700 kilometer en bevat de grootste voorraden polymetaalhoudende knollen ter wereld. Men schat dat er zo'n 19,59 miljard ton aan deze knollen ligt, die rijk zijn aan nikkel en kobalt — metalen die essentieel zijn voor moderne batterijtechnologieën.

Het begrijpen van de DOP-mechanismen is een sleutelfactor geworden bij het beoordelen van de ecologische risico's van diepzeemijnbouw. Een historisch experiment uit 1979 toonde al aan dat de fysieke impact van menselijk ingrijpen op de oceaanbodem decennialang kan aanhouden en ecosystemen blijvend kan veranderen.

Als deze knollen inderdaad een actieve rol spelen in de lokale 'ademhaling' van de oceaan, dan is hun functie binnen de ecosystemen veel belangrijker dan voorheen werd aangenomen. Dit werpt een nieuw licht op de mogelijke gevolgen van grootschalige winning van grondstoffen in deze kwetsbare diepzeegebieden.

Daarnaast opent de ontdekking van zuurstofproductie in het donker nieuwe deuren voor de astrobiologie. Als zuurstof kan ontstaan zonder de aanwezigheid van licht, verruimt dit de scenario's voor mogelijk leven op andere planeten en manen in ons zonnestelsel waar vergelijkbare omstandigheden kunnen heersen.

Dit onderzoek voegt een nieuw hoofdstuk toe aan ons begrip van de aarde: de lichtloze ademhaling van de diepten. De oceaan wordt niet langer gezien als een passief reservoir, maar als een actieve deelnemer aan de planetaire chemie die leven mogelijk maakt op plekken waar we voorheen alleen duisternis en druk vermoedden.

Wanneer zuurstof in het donker wordt geboren, verandert niet alleen onze wetenschappelijke kennis, maar ook onze fundamentele perceptie van de levende planeet waarop wij wonen. Het herinnert ons eraan dat de natuur nog steeds geheimen herbergt die onze stoutste verwachtingen overtreffen.