圖片來源：Weber Shandwick/Nippon Foundation

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文 | 王芊佳

出品 | 海潮天下

2024年，一項(xiàng)關(guān)于深海多金屬結(jié)核可能自主產(chǎn)生“暗氧”的發(fā)現(xiàn)，打破了只有光合作用才能大規(guī)模產(chǎn)氧的傳統(tǒng)認(rèn)知。

為了驗(yàn)證這一現(xiàn)象、并探究其背后的物理化學(xué)機(jī)制，一個(gè)名為DORI（暗氧研究計(jì)劃）的國(guó)際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)計(jì)劃于2026年春正式啟航。

▲上圖：2024年的報(bào)道中的一圖片：上圖：一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，包括一名西北大學(xué)的化學(xué)家，發(fā)現(xiàn)深海海底的金屬礦物在水深13000英尺處產(chǎn)生氧氣。圖片來源：英國(guó)諾斯韋斯特大學(xué)官網(wǎng)

關(guān)于深海暗氧現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與探索，是一個(gè)10多年的過程。其實(shí)起初，科學(xué)家們完全忽略了這一信號(hào)。從2013年首次在數(shù)據(jù)中觀測(cè)到異常信號(hào)開始，研究團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的時(shí)間里，一直將其視為測(cè)量誤差、或是儀器故障，甚至多次丟棄被認(rèn)為“損壞”的傳感器。但是，關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在2021年，當(dāng)團(tuán)隊(duì)使用另一種獨(dú)立方法再次確認(rèn)了深海氧濃度異常上升的現(xiàn)象時(shí)，才正式接受、并開始嚴(yán)肅研究“暗氧產(chǎn)生”這一顛覆性的發(fā)現(xiàn)。

此后，該研究進(jìn)入了主動(dòng)探索階段。2022年，受紀(jì)錄片中“巖石電池”說法的啟發(fā)，科學(xué)家們提出了多金屬結(jié)核通過電解水產(chǎn)生氧氣的核心假說，并通過測(cè)量結(jié)核的高電壓獲得了初步證據(jù)。

這是一個(gè)為期三年的新研究項(xiàng)目，已計(jì)劃從2025年1月持續(xù)至2028年1月，旨在系統(tǒng)解答暗氧的分布、其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的意義，以及深海采礦對(duì)其的潛在影響等關(guān)鍵問題。

圖源：DORI

圖源：DORI

公開信息顯示，該項(xiàng)目由日本財(cái)團(tuán)資助，核心成員包括蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會(huì)的安德魯·斯威特曼教授，以及來自波士頓大學(xué)和西北大學(xué)的多名頂尖科學(xué)家。

海潮天下（Marine Biodiversity）小編發(fā)現(xiàn)，特別有意思的是，這個(gè)項(xiàng)目還專門建了一個(gè)網(wǎng)站，域名都是用“暗氧命名”的（https://dark-oxygen.net ）。

▲上圖：暗氧計(jì)劃的官網(wǎng)。研究人員啟動(dòng)了一個(gè)名為“深海的黑暗氧氣生產(chǎn)”的新研究項(xiàng)目，計(jì)劃從2025年1月持續(xù)至2028年1月，旨在了解深海采礦對(duì)暗氧過程的影響。圖源：DORI

此次任務(wù)的核心裝備，是兩臺(tái)特制的深海著陸器，分別命名為Alisa、Kaia。

這兩臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)參考了航天探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，能夠承受海底4000~6000米深處巨大的水壓——這一壓力強(qiáng)度相當(dāng)于地球表面的1200倍。它們將于今年春季被投放至太平洋中部的克拉里昂-克利珀頓區(qū)（CCZ），該區(qū)域不僅是暗氧現(xiàn)象的首現(xiàn)地，也是未來深海采礦最具爭(zhēng)議的潛在礦區(qū)。

▲上圖：黑暗的深海中，究竟能產(chǎn)生多少氧氣？2024年發(fā)表的關(guān)于深海海底在完全黑暗環(huán)境下能產(chǎn)生氧氣的發(fā)現(xiàn)，已引起全球范圍的廣泛關(guān)注，被描述為近期海洋科學(xué)領(lǐng)域最激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)之一。該項(xiàng)目匯集了最初研究中的一些關(guān)鍵科學(xué)家，旨在進(jìn)一步探究這一顛覆性的暗氧生產(chǎn)現(xiàn)象。DORI項(xiàng)目的核心目標(biāo)，是確定在克拉里昂-克利珀頓區(qū)以外的太平洋海域，多金屬結(jié)核周圍是否也存在暗氧生產(chǎn)及其具體方式，并探究深海采礦對(duì)超出礦區(qū)直接范圍的暗氧生產(chǎn)及深海生態(tài)系統(tǒng)過程所產(chǎn)生的潛在影響。圖源：DORI

技術(shù)層面來看，Alisa和Kaia的功能，遠(yuǎn)超過了常規(guī)的觀測(cè)設(shè)備。

它們搭載了精密的水樣采集器、以及針對(duì)多金屬結(jié)核設(shè)計(jì)的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)海床界面的微小電荷變化?？茖W(xué)家此前提出的假說是，這些富含金屬的結(jié)核可能像“地質(zhì)電池”一樣，通過電解海水將水分裂為氫氣和氧氣。為了證實(shí)這一點(diǎn)，著陸器將向?qū)嶒?yàn)環(huán)境引入特定的化學(xué)示蹤劑，探測(cè)與水氧化相關(guān)的質(zhì)子。如果觀測(cè)到質(zhì)子的存在，將成為電解作用產(chǎn)氧的有力判據(jù)。

▲DORI官網(wǎng)上的一篇新聞顯示，蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會(huì)團(tuán)隊(duì)近期接收了其首臺(tái)名為“艾麗莎”（Alisa）的暗氧著陸器。這個(gè)著陸器為承受最深海洋深度（11公里）的壓力而建造，配備了海底實(shí)驗(yàn)艙、微型剖面系統(tǒng)，以及氧氣、電導(dǎo)率、壓力和濁度傳感器。該著陸器目前正處于測(cè)試階段，并將于2026年啟程執(zhí)行其首次科考任務(wù)。圖源：DORI

除了這兩臺(tái)主力著陸器，研究團(tuán)隊(duì)還配置了一臺(tái)“水下渦流相關(guān)測(cè)量系統(tǒng)”（AEC）。這臺(tái)設(shè)備的作用是測(cè)量海床上方氧氣的“通量”，即氧氣在特定時(shí)間內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律。通過對(duì)比氧氣產(chǎn)生的模式與環(huán)境因素（如洋流、水溫、沉積物覆蓋度）之間的關(guān)聯(lián)，科學(xué)家可以判定這種產(chǎn)氧過程究竟是持續(xù)穩(wěn)定的呢，還是受某種未知生化因素調(diào)節(jié)的脈沖式反應(yīng)。

根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)官方公布的明確時(shí)間表，研究團(tuán)隊(duì)將乘坐科考船前往太平洋的克拉里昂-克利珀頓區(qū)（CCZ），執(zhí)行首次出海科考任務(wù)，并布放特制的深海著陸器。著陸器回收后24~48小時(shí)，將能立即初步確認(rèn)在海底是否檢測(cè)到了產(chǎn)生的暗氧。2026年6月，科考船預(yù)計(jì)返回港口。到時(shí)候這項(xiàng)研究的結(jié)果，預(yù)計(jì)將初步出爐。

▲上圖：2025年11月，Jeff Marlow博士、Frederica Calabrese博士與Andrew Sweetman教授在波士頓大學(xué)進(jìn)行了數(shù)日的會(huì)面，開始規(guī)劃2026年的首批DOP實(shí)驗(yàn)，并就一套初始的原位實(shí)驗(yàn)方案達(dá)成一致。圖源：DORI

此前海潮天下（Marine Biodiversity）小編曾經(jīng)報(bào)道過，2025年初，據(jù)英國(guó)蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會(huì)（Scottish Association for Marine Science, 簡(jiǎn)稱SAMS）官網(wǎng)發(fā)布的最新信息，該機(jī)構(gòu)將啟動(dòng)一項(xiàng)為期三年的研究計(jì)劃，深入探索暗氧現(xiàn)象。

對(duì)于目前正處于博弈階段的深海采礦行業(yè)而言，“暗氧”的成因和產(chǎn)量具有關(guān)鍵的參考價(jià)值。如果實(shí)驗(yàn)證實(shí)深海結(jié)核確實(shí)是海底生物維持生存的重要氧氣源，那么，就得重新評(píng)估大規(guī)模采礦對(duì)深海生態(tài)鏈的影響了。

目前，該項(xiàng)目已獲得聯(lián)合國(guó)教科文組織政府間海洋學(xué)委員會(huì)的認(rèn)可，成為“聯(lián)合國(guó)海洋科學(xué)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展十年”計(jì)劃的一部分。

上圖：多金屬結(jié)核及其橫截面。圖片來源：國(guó)際海底管理局（ISA）

▲上圖：（從左至右）日本財(cái)團(tuán)的Mitsuyuki Unno，西北大學(xué)的Franz M Geiger教授，波士頓大學(xué)的Jeffrey Marlow教授。圖片來源：Weber Shandwick/日本財(cái)團(tuán)。

暗氧——非生物產(chǎn)氧機(jī)制，會(huì)怎樣動(dòng)搖深海采礦的根基？

“暗氧”的發(fā)現(xiàn)，直接動(dòng)搖了人類對(duì)需氧生命演化起點(diǎn)的判斷。此前，在他們那篇研究最初出來的時(shí)候，筆者曾經(jīng)寫過一篇文章報(bào)道，提到對(duì)于深海采礦整個(gè)行業(yè)可能帶來的影響。（參見筆者2024年7月份的舊文：《重磅！深海礦物生成“黑暗氧氣”：新發(fā)現(xiàn)顛覆傳統(tǒng)生命起源理論？》）

（上圖：該論文標(biāo)題、以及研究人員的陣容。圖片來源：Nature Geoscience）

長(zhǎng)期以來，學(xué)術(shù)界默認(rèn)“大氧化事件”是復(fù)雜生命演化的先決條件，認(rèn)為生物必須等待光合作用產(chǎn)生的氧氣擴(kuò)散至全球，才具備向多細(xì)胞、高能耗方向進(jìn)化的動(dòng)力。但，如果深海結(jié)核這種“地質(zhì)電池”在數(shù)億年前就能穩(wěn)定供氧，這意味著，在沒有陽光的海底，可能早就存在一些不依賴大氣氧氣的早期生命演化試驗(yàn)場(chǎng)。所以，一旦證實(shí)，那么人類將必須重新評(píng)估需氧代謝在地球上出現(xiàn)的真實(shí)尺度。

這一發(fā)現(xiàn)，還推翻了氧氣作為“生物標(biāo)志物”的排他性。在地質(zhì)記錄的研究中，過去教科書上習(xí)慣于將氧化還原狀態(tài)的劇變與生命活動(dòng)掛鉤，甚至在深空探測(cè)中，也把氧氣視為了尋找外星生命的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。但是，這種非生物產(chǎn)氧機(jī)制的證實(shí)，說明即便在完全沒有光合生物的星體上，只要存在類似的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水體，氧氣就能自發(fā)產(chǎn)生。這種地質(zhì)產(chǎn)氧的“噪音”干擾了我們對(duì)地外生命信號(hào)的判定，讓我們意識(shí)到氧氣可能只是行星地質(zhì)化學(xué)演化的伴生物，而非生命的專屬產(chǎn)物。

最核心的沖擊，在于它重塑了生命搖籃的能量圖譜。傳統(tǒng)的深海生命研究，主要是聚焦于熱液噴口的化學(xué)能，但化學(xué)能，又往往局限在極其狹窄的噴口附近。而多金屬結(jié)核遍灑在了海床表面，這種地質(zhì)產(chǎn)氧機(jī)制，實(shí)際上將海底轉(zhuǎn)化為了一個(gè)覆蓋范圍極廣的“電池陣列”。這種分布式的、穩(wěn)定的能量源，為生命在黑暗深海中的廣泛分布提供了全新的理論依據(jù)，也意味著地球早期生命演化的可能性，或許并不局限在幾個(gè)孤立的火山口，而是遍布整個(gè)大洋底部。

所以，筆者在2024年7月份的那篇報(bào)道“暗氧”的文章中早已提到過，如果“暗氧”現(xiàn)象被證實(shí)是深海生態(tài)系統(tǒng)賴以生存的基礎(chǔ)，現(xiàn)行的深海采礦環(huán)境影響評(píng)價(jià)（EIA）體系將面臨推倒重來的壓力。

因?yàn)槟壳暗沫h(huán)評(píng)框架，主要還是看物理層面的破壞，比如采礦車攪動(dòng)起的沉積物云團(tuán)，會(huì)不會(huì)窒息底棲生物？或者作業(yè)噪音，會(huì)不會(huì)干擾深海魚類的溝通？……但“暗氧”發(fā)現(xiàn)，引入了一個(gè)更根本的生化風(fēng)險(xiǎn)：采礦還不光是挪走了那些小土豆礦石，更是拆除了這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的“制氧機(jī)”。如果多金屬結(jié)核被大規(guī)模移除，原本依賴這些局部氧氣源生存的生物鏈條，可能會(huì)從底層崩塌。這就像在森林里砍樹，過去我們只擔(dān)心鳥巢掉了，現(xiàn)在有可能發(fā)現(xiàn)，這些“樹”其實(shí)是森林里唯一的氧氣來源。

▼ 海潮天下·往期相關(guān)報(bào)道：

深?！鞍笛酢毖芯坑?jì)劃啟動(dòng)！蘇格蘭海洋科學(xué)協(xié)會(huì)或?qū)⒔沂镜厍蛏鹪?/p>

深海礦物生成“暗氧”，會(huì)顛覆傳統(tǒng)生命起源理論、深海采礦治理嗎？

（上圖：一種類似?？男路NRelicanthus sp.，是一種新發(fā)現(xiàn)的刺胞動(dòng)物，屬于一個(gè)全新的目。它被發(fā)現(xiàn)在克利珀頓斷裂帶（CCZ）4100米深的海底，生活在附著在礦塊上的海綿莖上。圖片來源：網(wǎng)絡(luò)/AFP）

未來的深海環(huán)評(píng)，怎么搞？

如果這樣的話，海潮天下（MarineBiodiversity）小編預(yù)計(jì)，未來的環(huán)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，極有可能增加一個(gè)核心指標(biāo)，即“地球化學(xué)功能喪失評(píng)估”。換句話說，采礦申請(qǐng)者你不能只是證明自己不會(huì)滅絕某個(gè)物種，你還得能證明，在移除結(jié)核后，海床的產(chǎn)氧速率和含氧量波動(dòng)是否仍在生態(tài)耐受范圍內(nèi)。如果數(shù)據(jù)證明產(chǎn)氧量的大幅下降是不可逆的，那么，這種生態(tài)損失可能被判定為“重大環(huán)境危害”，從而在法律層面直接阻斷商業(yè)采礦的許可。

同樣地，這種改變也會(huì)倒逼監(jiān)管機(jī)構(gòu)，如國(guó)際海底管理局（ISA）重新界定“核心保全區(qū)”?，F(xiàn)有的保護(hù)區(qū)劃分主要基于生物多樣性的地理分布，未來可能需要根據(jù)海床的產(chǎn)氧潛能來劃定。一些產(chǎn)氧效率極高的“高能結(jié)核區(qū)”可能會(huì)被列為禁采區(qū)，因?yàn)樗鼈儾粌H是資源產(chǎn)地，更是維持大洋深處碳循環(huán)和生命活動(dòng)的“肺葉”。

這種環(huán)評(píng)權(quán)重的轉(zhuǎn)向，實(shí)際上將深海采礦從簡(jiǎn)單的資源開采問題，上升到了全球氣候調(diào)節(jié)和行星邊界安全的高度。所以，如果今年6月份的這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功，那么對(duì)國(guó)際海底管理局（ISA）的機(jī)制的影響是會(huì)比較大的。

不過，從目前情況看，對(duì)于美國(guó)特朗普政府而言，“暗氧”這類科學(xué)發(fā)現(xiàn)很難成為叫停深海開采的“紅燈”。他們目前的政策邏輯，是很直白的，看重的是這些礦產(chǎn)在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)和供應(yīng)鏈安全中的戰(zhàn)略價(jià)值，生態(tài)角色估計(jì)是不會(huì)重視的。前幾天NOAA等機(jī)構(gòu)被要求必須砍掉繁瑣的環(huán)評(píng)審批，一切都是在給商業(yè)化開采清障。預(yù)計(jì)，在“美國(guó)優(yōu)先”的敘事里，如果科學(xué)預(yù)警擋了資源自主的路，特朗普政府的反應(yīng)應(yīng)該不是會(huì)后退，而是要求企業(yè)用更先進(jìn)的工程技術(shù)去“消解”這些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，確保開采能按計(jì)劃推進(jìn)。

【參考資料】
https://dark-oxygen.net/
https://www.marinetechnologynews.com/news/ocean-landers-scientists-explore-657727
https://gayaone.com/en/planet/oceans/autonomous-landers-to-investigate-non-photosynthetic-oxygen-production-near-pacific-nodules

聲明：本文僅代表資訊，供讀者參考，不代表平臺(tái)觀點(diǎn)。

文 | 王芊佳

編輯 | 海潮君

日期 | 2026年1月26日

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