無光之氧：深海發現正改寫地球的呼吸史

2026年春季，兩台名為「愛麗絲」（Alice）與「凱雅」（Kaya）的尖端深海探測器，將被送往全球最神秘的海域之一——克拉里恩-克利珀頓區（Clarion-Clipperton Zone，簡稱 CCZ）。這項任務的核心目標，是為了驗證並解釋過去十年中最引人注目的科學發現：被稱為「暗氧生產」（Dark Oxygen Production, DOP）的現象。

所謂的「暗氧」，是指在完全沒有陽光照射的極深海底，竟然能產生分子氧。這項發現打破了科學界長久以來的認知，因為在極端深淵中，光合作用根本無法進行，氧氣的來源成了一個巨大的謎團。

這一現象最初是在2024年，由蘇格蘭海洋科學協會（Scottish Association for Marine Science）的安德魯·斯威特曼（Andrew Sweetman）教授團隊所記錄。研究人員在分析多金屬結核區的實驗數據時，意外發現氧氣濃度持續上升，而根據傳統的生物地球化學模型，該處本不應產生任何氧氣。

這項突破性的發現挑戰了科學界的一項基本假設：即光合作用是地球上唯一的自然氧氣來源。如果氧氣能在黑暗中生成，這意味著我們對地球生命維持系統的理解需要全面翻新。

根據實驗室與實地考察的數據，科學家提出了一項大膽的假設：分佈在海底的多金屬結核可能扮演著「地理電池」的角色。當這些結核與鹹海水接觸時，會產生足以觸發水電解反應的電位，進而釋放出氧氣。

在 CCZ 進行的一次實驗中，水中的氧氣濃度在短短 48 小時內增加了三倍。科學家認為這與二氧化錳催化的電化學反應密切相關。然而，這是否涉及微生物或特定的生化過程，目前仍是一個開放性的科學議題。

為了進一步釐清這些機制，新階段的研究計畫應運而生。這不僅是為了確認化學反應路徑，更是為了評估這種深海產氧現象對全球生態系統的潛在影響。

即將啟航的探測器「愛麗絲」與「凱雅」是以斯威特曼教授的女兒命名。這兩台儀器的設計極為精良，能承受高達地表 1200 倍的巨大壓力，並可在深達 11,000 公尺的海底穩定運作。

這些探測器配備了先進的自主測量系統，其中包括「水生渦流相關儀」（Aquatic Eddy Covariance, AEC）。這項技術能在不干擾底棲生態系統的情況下，直接監測氧氣流動與化學示蹤劑的變化。

這項名為「暗氧研究倡議」（Dark Oxygen Research Initiative, DORI）的計畫，獲得了日本財團（Nippon Foundation）高達 400 萬英鎊的資助。該專案已於 2025 年 2 月 1 日正式啟動，預計將持續執行至 2028 年 1 月 31 日。

參與此項國際合作的還包括波士頓大學與西北大學的頂尖學者，如傑弗里·馬洛（Jeffrey Marlow）教授與弗朗茨·蓋格（Franz M. Geiger）教授。此外，該計畫已獲得聯合國教科文組織政府間海洋學委員會的批准，成為「聯合國海洋科學促進可持續發展十年」計畫的一部分。

研究區域克拉里恩-克利珀頓區橫跨約 4,700 公里，蘊藏著全球規模最大的多金屬結核礦床，估計儲量達 195.9 億噸。這些結核富含鎳與鈷，是現代電池技術不可或缺的關鍵礦產。

深入了解「暗氧」機制對於評估深海採礦的環境風險至關重要。回顧 1979 年的一項歷史性實驗，當時對海底造成的機械性干擾，其痕跡在數十年後依然清晰可見。如果這些結核確實參與了海洋的局部「呼吸」，那麼它們在生態系統中的角色將遠比預期更為關鍵。

此外，這項研究在天體生物學領域也具有深遠意義。如果氧氣可以在無光環境下生成，這將大幅擴展我們對其他行星或衛星上存在生命可能性的想像空間。

總結來說，這項研究為地球的運作規律增添了新的篇章——那便是來自深海的「無光呼吸」。海洋不再僅僅是被動的化學儲存庫，而是行星化學反應的積極參與者，在我們習慣於黑暗與高壓的地方創造生命條件。

當氧氣在黑暗中誕生，改變的不僅是科學教科書，更是人類對這顆充滿活力的行星最根本的認知。這場深海探索將引領我們重新定義生命在宇宙中存在的邊界。