Oxy không cần ánh sáng: Vùng biển sâu viết lại lịch sử hô hấp của hành tinh

Vào mùa xuân năm 2026, tại một trong những khu vực bí ẩn và ít được khám phá nhất của đại dương thế giới — Clarion-Clipperton Zone (CCZ) — hai thiết bị lặn sâu hiện đại mang tên «Alisa» và «Kaya» sẽ chính thức được triển khai. Nhiệm vụ cốt lõi của chúng là kiểm chứng và giải mã một hiện tượng đang được coi là khám phá gây kinh ngạc nhất trong thập kỷ qua: Dark Oxygen Production (DOP) — hay còn gọi là quá trình sản xuất oxy trong bóng tối.

Khám phá này đề cập đến khả năng hình thành các phân tử oxy ngay trong điều kiện bóng tối mịt mù ở độ sâu cực hạn, nơi mà ánh sáng mặt trời chưa bao giờ có thể xuyên thấu tới tận đáy biển.

Hiện tượng DOP lần đầu tiên được ghi nhận vào năm 2024 bởi đội ngũ nghiên cứu do Giáo sư Andrew Sweetman dẫn dắt, thuộc Hiệp hội Khoa học Biển Scotland (Scottish Association for Marine Science). Trong các đợt thực nghiệm tại khu vực có nhiều kết nốt đa kim, các nhà khoa học đã vô cùng bất ngờ khi phát hiện nồng độ O₂ gia tăng tại những vị trí mà theo mọi mô hình khoa học truyền thống, oxy không thể nào xuất hiện.

Sự kiện này đã trực tiếp thách thức giả định nền tảng của ngành địa hóa sinh học bấy lâu nay: đó là niềm tin cho rằng quang hợp là nguồn cung cấp oxy tự nhiên duy nhất trên Trái Đất.

Các dữ liệu thu thập được từ phòng thí nghiệm và thực địa cho thấy các kết nốt đa kim có thể đóng vai trò như những «viên pin địa chất» (geobatteries). Khi tiếp xúc với môi trường nước biển mặn, chúng có khả năng tạo ra các điện thế đủ lớn để kích hoạt quá trình điện phân nước, từ đó trực tiếp giải phóng oxy vào môi trường xung quanh.

Trong một thí nghiệm cụ thể tại vùng CCZ, nồng độ O₂ trong nước đã tăng vọt gấp ba lần chỉ trong vòng 48 giờ. Các nhà khoa học giả thuyết rằng hiện tượng này liên quan đến các phản ứng điện hóa được xúc tác bởi oxit mangan. Tuy nhiên, một giả thuyết thay thế khác về sự tham gia của các quá trình vi sinh hoặc sinh hóa vẫn đang được đặt trong vòng nghi vấn và cần thêm bằng chứng.

Chính vì mục tiêu xác minh cơ chế vận hành này mà giai đoạn nghiên cứu mới với các thiết bị lặn chuyên dụng đã được khởi động.

Hai thiết bị «Alisa» và «Kaya», được đặt theo tên các con gái của Giáo sư Sweetman, được chế tạo đặc biệt để hoạt động dưới áp suất kinh khủng, gấp 1.200 lần so với áp suất bề mặt, và có thể vận hành ổn định ở độ sâu lên tới 11.000 mét.

Chúng được trang bị các hệ thống đo lường tự hành tiên tiến, bao gồm thiết bị đổ bộ Aquatic Eddy Covariance (AEC). Công nghệ này cho phép ghi nhận trực tiếp các dòng lưu chuyển oxy và các dấu vết hóa học trong hệ sinh thái tầng đáy mà không làm xáo trộn hay gây hại đến môi trường tự nhiên.

Dự án này là một phần của Sáng kiến Nghiên cứu Oxy Tối (Dark Oxygen Research Initiative - DORI), với nguồn tài trợ trị giá 4 triệu bảng Anh từ Quỹ Nippon (Nippon Foundation). Chương trình đã chính thức bắt đầu từ ngày 1 tháng 2 năm 2025 và dự kiến sẽ kéo dài cho đến hết ngày 31 tháng 1 năm 2028.

Sáng kiến này quy tụ các chuyên gia hàng đầu từ Đại học Boston (Boston University) và Đại học Northwestern (Northwestern University), trong đó có sự góp mặt quan trọng của Giáo sư Jeffrey Marlow và Giáo sư Franz M. Geiger.

Đáng chú ý, dự án đã nhận được sự phê duyệt từ Ủy ban Hải dương học Liên chính phủ của UNESCO và được coi là một phần trọng yếu của Thập kỷ Đại dương Liên Hợp Quốc (UN Ocean Decade), điều này càng khẳng định tầm vóc và ý nghĩa khoa học quốc tế của nghiên cứu.

Vùng Clarion-Clipperton với chiều dài khoảng 4.700 km hiện đang sở hữu trữ lượng kết nốt đa kim lớn nhất hành tinh, ước tính khoảng 19,59 tỷ tấn. Những kết nốt này chứa hàm lượng niken và coban cực cao, vốn là những nguyên liệu không thể thiếu cho các công nghệ sản xuất pin hiện nay.

Việc thấu hiểu cơ chế DOP đã trở thành một yếu tố sống còn khi đánh giá các rủi ro sinh thái liên quan đến hoạt động khai thác khoáng sản dưới đáy biển sâu. Một thí nghiệm lịch sử từ năm 1979 từng chứng minh rằng những tác động cơ học lên đáy biển có thể để lại dấu vết tồn tại trong nhiều thập kỷ. Nếu các kết nốt đa kim thực sự tham gia vào quá trình «hô hấp» tại chỗ của đại dương, vai trò của chúng đối với hệ sinh thái có thể quan trọng và phức tạp hơn nhiều so với những gì chúng ta từng dự đoán.

Ngoài ra, khám phá này còn mở ra một chương mới cho ngành sinh học vũ trụ: nếu oxy có thể được tạo ra mà không cần đến ánh sáng, các kịch bản về sự sống tiềm năng trên các hành tinh và mặt trăng khác trong vũ trụ sẽ trở nên rộng mở và khả thi hơn bao giờ hết.

Nghiên cứu này đã bổ sung vào bản hòa âm chung của Trái Đất một cung bậc hoàn toàn mới — hơi thở không cần ánh sáng từ vực thẳm sâu thẳm. Đại dương giờ đây không chỉ đơn thuần là một bể chứa thụ động, mà hiện lên như một thực thể tham gia tích cực vào các quá trình hóa học của hành tinh, có khả năng kiến tạo điều kiện cho sự sống ngay cả ở những nơi tưởng chừng chỉ có bóng tối và áp suất bủa vây.

Khi oxy được sinh ra trong bóng tối, không chỉ các lý thuyết khoa học bị thay đổi, mà chính sự hiểu biết của nhân loại về hành tinh sống này cũng đang bước sang một trang mới đầy hứa hẹn.