Natürliche Geobatterie im Meer stellt Ursprung des Lebens infrage

Ein internationales Forschungsteam hat nachgewiesen, dass metallische Mineralien am Meeresboden Sauerstoff produzieren können. Damit stellt sich die Frage, wie der erste Sauerstoff auf der Erde entstanden ist.

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Dunkler Sauerstoff aus der Tiefsee

Bislang ging man davon aus, dass nur photosynthetische Organismen wie Algen und Pflanzen den Sauerstoff auf der Erde erzeugen. Doch auch am Meeresboden - in 4.200 Metern Tiefe - kann Sauerstoff produziert werden, und zwar vollkommen ohne Licht. Die Konzentration dieses "dunklen Sauerstoffs" ist sogar hoch genug, um sauerstoffatmende Meereslebewesen gedeihen zu lassen.

"Damit aerobes (sauerstoffatmendes) Leben auf dem Planeten entstehen konnte, musste es Sauerstoff geben, und nach unseren Erkenntnissen begann die Sauerstoffversorgung der Erde mit photosynthetischen Organismen", sagt Andrew Sweetman von der Scottish Association for Marine Science in einer Aussendung. "Aber wir wissen jetzt, dass Sauerstoff in der Tiefsee produziert wird, wo es kein Licht gibt. Ich glaube, dass wir überdenken müssen, wo das aerobe Leben begonnen haben könnte."

Manganknollen im Zentrum

Sogenannte polymetallische Knollen oder Manganknollen stehen im Mittelpunkt der Entdeckung. Die natürlichen Mineralablagerungen, die sich am Meeresboden bilden, sind in so groß wie eine Kartoffel und bestehen aus einer Mischung verschiedener Mineralien.

Sweetman machte die Entdeckung, als er den Meeresboden der Clarion-Clipperton-Zone untersuchte - einer Unterseebruchzone, die sich über Tausende Kilometer im Pazifik erstreckt. Dabei machte er immer wieder unglaubliche Entdeckungen: Die Sauerstoffsensoren zeigten in bestimmten Regionen zunehmende Sauerstoffkonzentrationen an.

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"Als wir die Daten zum ersten Mal erhielten, dachten wir, die Sensoren seien defekt, denn bei jeder Studie, die jemals in der Tiefsee durchgeführt wurde, wurde nur Sauerstoff verbraucht und nicht produziert", sagt Sweetman. Doch auch mit anderen Sensoren und bei weiteren Messungen trat die Anomalie auf.

Rostendes Metall erzeugt Elektrizität

Sweetman kontaktierte im Sommer 2023 also den Chemiker Franz Geiger, der zuvor entdeckt hatte, dass rostendes Metall in Verbindung mit Salzwasser Elektrizität erzeugen kann. Im Labor untersuchten sie, ob die Manganknollen genügend Energie erzeugen können, um eine Meerwasserelektrolyse auszulösen - eine Reaktion, wo das Meerwasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. 

Um diese Reaktion auszulösen, braucht es nur eine Spannung von 1,5 Volt - in etwa so viel wie die einer typischen AA-Batterie. Einzelne Manganknollen schafften im Labor 0,95 Volt. Mehrere Knollen auf einem Haufen würden eine noch größere Spannung erreichen - in etwa so, als würde man mehrere Batterien in Reihe schalten.

Natürliche Geobatterie

"Es scheint, als hätten wir eine natürliche Geobatterie entdeckt", sagt Geiger dazu. Diese Art von Batterien sind also die Basis für die Sauerstoffproduktion in der Tiefsee. Laut Geiger könnten die Manganknollen in der Clarion-Clipperton-Zone theoretisch den weltweiten Energiebedarf für mehrere Jahrzehnte decken.

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Es gibt auch bereits Bestrebungen, diese Knollen beim sogenannten Tiefseebergbau abzubauen. Sie sind allerdings nicht wegen ihrer gespeicherten Energie interessant, sondern enthalten neben Mangan und Eisen auch jede Menge Lithium, Kupfer, Nickel, Kobalt und Titan. Viele dieser Metalle sind in unseren Smartphones, Laptops und E-Auto-Akkus verbaut.

Erste Abbauversuche gab es bereits in den 1980er-Jahren - mit desaströsen Folgen. Flächen ohne Manganknollen wurden zu sogenannten Todeszonen, nicht einmal Bakterien leben dort. Auch nach mehr als 30 Jahren haben sich diese Areale nicht erholt. Im Vergleich dazu wimmelt es in knollenreichen Gebieten geradezu von Leben. Die Vielfalt der Meeresbodenfauna ist dort höher als in den artenreichsten Regenwäldern.