黑暗中的氧气：深海发现正在重写地球的呼吸史

2026年春季，在世界大洋中最不为人知的角落之一——克拉里昂-克利珀顿区（Clarion-Clipperton Zone，简称CCZ），两台尖端的深海探测设备“阿丽莎”（Alice）和“凯娅”（Kaya）将被部署到海底。此次任务旨在验证并解释过去十年中最引人注目的科学发现之一：即所谓的“暗氧生产”（Dark Oxygen Production，简称DOP）。

这一现象揭示了一个惊人的科学可能性：在阳光永远无法触及、压力巨大的极端深海环境中，分子氧竟然可以在完全黑暗的状态下产生。

暗氧现象最初由苏格兰海洋科学协会（Scottish Association for Marine Science）的安德鲁·斯威特曼（Andrew Sweetman）教授团队于2024年首次记录。在针对多金属结核区的实验中，研究人员观察到氧气浓度在经典生物地球化学模型认为不可能产生的地方出现了显著增长。

这一发现直接挑战了生物地球化学领域的一个核心假设，即光合作用是地球上唯一的自然氧气来源。如果氧气能在无光环境下产生，我们对地球生命支持系统的理解将发生根本性动摇。

实验室和现场数据表明，这些散落在海底的多金属结核可能扮演着“地质电池”的角色。当它们与咸海水接触时，能够产生足以引发电解水反应的电势，从而将水分子分解并释放出氧气。

在CCZ进行的一次关键实验中，水中的氧气浓度在短短48小时内增加了两倍。科学家们认为，这种现象与锰氧化物催化的电化学反应密切相关。然而，关于微生物或生化过程是否也参与其中的替代假设目前仍处于开放讨论状态。

为了彻底查明这一机制，新阶段的科研探索已正式启动。科学家们希望通过更精密的观测，确认这种非生物产氧过程的普遍性及其运作原理。

执行此次任务的“阿丽莎”和“凯娅”是以斯威特曼教授的女儿命名的。这两台设备经过特殊设计，能够承受比地表高出1200倍的巨大压力，并具备在深达11,000米的海底极端环境下持续工作的能力。

这些探测器配备了先进的自主测量系统，其中包括水生涡流协方差（AEC）着陆器。该技术允许科研人员在不干扰底层生态系统的前提下，直接捕捉和记录海底的氧气流向及化学示踪剂。

这项研究是“暗氧研究计划”（Dark Oxygen Research Initiative，简称DORI）的核心部分，由日本财团（Nippon Foundation）提供400万英镑的资金支持。该项目已于2025年2月1日正式启动，预计将持续到2028年1月31日。

多所顶尖学府的科学家也参与了这一倡议，包括波士顿大学的杰弗里·马洛（Jeffrey Marlow）教授和西北大学的弗朗茨·M·盖格（Franz M. Geiger）教授，共同构成了跨学科的研究力量。

该项目已获得联合国教科文组织政府间海洋学委员会的批准，被正式纳入“联合国海洋十年”计划。这不仅证明了该研究的科学价值，也凸显了其在全球海洋保护中的基础性地位。

克拉里昂-克利珀顿区横跨约4700公里，蕴藏着全球最大的多金属结核矿床，总量估计达195.9亿吨。这些结核富含镍和钴，是现代电池技术和绿色能源转型中不可或缺的关键战略资源。

深入理解暗氧机制已成为评估深海采矿环境风险的关键因素。1979年的一项历史性实验曾表明，机械作业对海底造成的物理破坏会持续数十年之久。如果这些结核确实参与了海洋局部的“呼吸”过程，那么它们在深海生态系统中的角色将比此前预想的要复杂得多。

此外，这一发现还为天体生物学开辟了新的想象空间：如果氧气能够在没有光照的情况下产生，那么在太阳系其他冰冷卫星或遥远行星的深海中，存在生命的可能性将大大提升。

这项研究为地球的生命旋律增添了一个全新的音阶——深海的无光呼吸。海洋不再仅仅是一个被动的化学物质储存库，而是表现为一个活跃的行星化学参与者，在黑暗与高压交织的荒芜之地创造出生命所需的条件。

当氧气在永恒的黑暗中诞生，改变的不仅是科学教科书，更是人类对这个充满活力的蓝色星球最深层的认知。我们正站在重新定义生命边界的门槛上。