KARANLIK OKSİJEN AYDINLANACAK MI?

Bundan birkaç hafta önce okuduğum bir bilim kültür dergisinde, tek sayfadan ibaret ancak oldukça ilgimi çeken bir yazı görmüştüm. Deniz ve denizcilikle haşır neşir olmuş her insanın olduğu gibi, içinde deniz ya da okyanus geçen herhangi bir paylaşım ya da yayının-kıyısından köşesinden de olsa- denizle ve denizcilikle iştigal etmiş bendenizin de dikkatini çekmesi gayet normal olmakla birlikte, birazdan aşağıdaki satırlarda sizlerle de paylaşmayı düşündüğüm bu yazının içeriği çok büyük bir olasılıkla sizlerin de ilgisini çekecektir.

Konunun veya araştırmanın geçmişi çok uzun değil aslında. İlk bulgu ya da şüpheler Profesör Andrew Sweetman’ın başını çektiği araştırmacılar tarafından 2013 yılına kadar uzanmakla birlikte, ilk doğrudan kanıtlar 2024 yılında yine Sweetman ve ekibi tarafından açıklanmıştır. Bu nedenle konumuza geçmeden önce Profesör Sweetman’ın hakkında da kısa bir bilgi arz etmekte fayda mütalaa ediyorum efendim.

Çalışmaları için, geçtiğimiz son 12 yılda, 10 milyon sterlinin üzerinde araştırma finansmanı sağlamış olan Prof. Andrew K. Sweetman, University of the Highlands and Islands (UHI) (Highlands ve Adalar Üniversitesi), Scottish Association for Marine Science (SAMS) (İskoçya Deniz Bilimleri Derneği) bünyesinde “Seafloor Ecology and Biogeochemistry” (Deniz dibi ekolojisi ve biyocoğrafya) araştırma grubunun lideridir ve “Benthic Ecology and Biogeochemistry” (deniz veya göl tabanındaki ekosistemlerin yapısını, canlı organizmaların işlevlerini ve bu ortamda gerçekleşen kimyasal madde döngülerini inceleyen bir bilim dalıdır) kürsüsüne sahiptir. Derin deniz ekolojisi üzerine uzmanlaşmıştır; özellikle dip ekosistemlerinin biyolojik çeşitliliği, çevresel baskıların etkileri ve ekosistem işlevleriyle ilgilenmektedir.

Yaklaşık 27–28 farklı araştırma projesini yönetmiş veya ortak yürütmüş olan Andrew Sweetman, derin deniz ekolojik sistemlerine, biyokimya süreçlerine, insan etkilerine (örneğin madencilik, karbon yakalama, su ortamı değişimleri) ve iklim değişikliğinin ekosistemler üzerindeki etkilerine odaklanan birçok projede yer almıştır. Başlıca proje konuları arasınada:

1. Invasif türler (bir ekosisteme insan ya da doğal yollarla taşınmış ve orada hızla yayılarak yerel türlere zarar veren bitki, hayvan veya mikroorganizma türleridir) ve bunların çıkarılmasının bentik biyocoğrafya ve ekosistem işlevi üzerindeki etkileri.

2. Derin deniz madenciliği (polimetalik nodül madenciliği, massive sülfid yatakları vb.) ve bunun deniz dibine etkileri.

3. Karbon tutma (carbon capture and storage, CCS) projelerinin kıta sahanlığı ekosistemlerine etkileri.

4. İklim değişikliği baskıları, kutup bölgeleri ekosistemleri, sinerjistik stresörler ve bunların ekosistem işlevlerine etkisi.

5 .Karanlık Oksijen üretimi.

Sweetman’ın liderliğinde ilerleyen ve önümüzdeki birkaç yılı içeren projeler de mevcuttur. Örneğin, 2025-2028 döneminde polimetalik nodül (okyanus tabanında bulunan mineralce zengin yuvarlak veya düzensiz şekilli kaya parçacıkları) habitatlarında karanlık oksijen üretiminin karakterizasyonu üzerine bir proje ile 2025-2029 döneminde derin deniz madenciliğinin çevresel etkilerini değerlendirme projesi de yürütülmektedir.

Tabiî ki bunların hepsi birbirinden değerli ve önemli projeler olmakla birlikte benim özellikle dikkatimi çeken ve sizlerle paylaşmak istediğim konu 5’inci maddedeki konudur. Yani “Karanlık Oksijen” (“Dark Oxygen”), derin deniz tabanında fotosentez olmadan oksijen oluşumu fikrini inceleyen bir araştırma konusudur. Sweetman’ın 2024 yılında yayınladığı “Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor” başlıklı çalışmasında ileri sürdüğü veya sunduğu bilimsel kanıtlar bilim ve araştırma dünyasına yeni bir boyut kazandırmakla kalmamış doğal olarak beraberinde birçok tartışmayı da başlatmıştır.

Şimdi isterseniz gelin hep birlikte Karanlık Oksijen konusuna kısa bir keşif ve inceleme seyri yapalım. Artık kim nasıl seyretmek isterse. İsteyenler yelken açsın, isteyenler makine çalıştırsın, isteyenler de küreklere asılsın. Bakalım neymiş bu karanlık oksijen.

Karanlık Oksijen:

Hepimizin bildiği ve yıllar önce ilk okullarımızda öğretmenlerimiz tarafından da öğretildiği üzere canlıların yaşamında hayati bir önemi olan oksijenin üretilmesi için ışığa ihtiyaç vardır. Hatırlarsınız ki biz buna fotosentez diyoruz. Zira bilindiği üzere ve normalde aktarıldığı gibi yaşamın başlıca molekülü oksijen üretimi, ışığı alan bitkiler tarafından fotosentez ile gerçekleşir. Dolayısıyla bugüne kadar da ışıksız oksijen ya da karanlık oksijen diye bir tartışma konusu hiç olmamıştır. Oysa “karanlık oksijen”, kavramı ışık olmadan, tamamen karanlık derin deniz tabanında oksijen üretiminin gerçekleşebildiğini ifade eden bir kavram olarak bilim dünyasındaki yerini şimdiden aldı bile.

Şöyle ki:

Karanlık oksijen (dark oxygen) konusundaki ilk ipuçları 2013 yılında ortaya çıkmıştır. O dönemde bazı araştırmacılar, ışığın tamamen ulaşmadığı derin deniz ortamlarında beklenmedik şekilde serbest oksijen gözlemlediler. Bu ilk bulgular özellikle abyssal plain ya da derin deniz düzlükleri/ovaları denilen 3000–6000 metre derinliklerde, tamamen karanlık ortamlarda tespit edilmiştir. 2013 yılında yapılan ilk gözlem, Clarion-Clipperton Zone (CCZ) adı verilen okyanus bölgesinde gerçekleştirilmiştir. Bu bölge, Pasifik Okyanusu’nun ortasında, Hawaii ile Meksika arasında yer alır ve zengin polimetalik nodüller (çoklu metal içeren mineraller) ile bilinir. Bu nodüller, nikel, kobalt ve bakır gibi önemli metaller açısından zengindir ve temiz enerji teknolojileri için kritik öneme sahiptir.

Gelin görün ki 2013 yılındaki bu ilk gözlemler daha çok anormallik olarak değerlendirilmiş ve mekanizma net olarak anlaşılmamıştı. Sadece bir hipotez olarak- “belki biyokimyasal süreçlerle karanlıkta oksijen üretiliyor olabilir”- ileri sürülmüştü. 2013’teki araştırma sırasında, bilim insanları, deniz tabanındaki bu nodüllerin çevresinde oksijen seviyelerinin arttığını gözlemlemişlerdir. Başlangıçta bu artış, sensör hatası olarak değerlendirilmiştir. Daha sonra 2020’ler boyunca yapılan deneysel ve saha çalışmalarıyla bu fikrin doğruluğu güçlenmeye başlamış ve yapılan deneylerle bu fenomenin gerçek olduğu kanıtlanmıştır. Bahse konu gözlem, “karanlık oksijen” (dark oxygen) üretimi olarak adlandırılan yeni bir oksijen üretim mekanizmasının keşfine yol açmıştır. Bu keşif, deniz tabanındaki minerallerin, ışık olmadan bile oksijen üretebileceğini göstermiştir ve yaşamın kökenleri hakkında yeni soruları gündeme getirmiştir.

Özellikle 2024 yılında Prof. Andrew Sweetman ve ekibinin çalışmaları, karanlık oksijenin gerçekten var olduğunu ilk kez doğrudan ispatlandı. 2024 yılına gelindiğinde Prof. Andrew Sweetman ve ekibi tarafından yapılan araştırmalarda, okyanus tabanında ışıksız ortamda oksijen oluşumu ilk defa kanıtlandı ve bu bulgu, “Nature Geoscience” gibi prestijli dergilerde oldukça ses getirdi.

Peki nasıl oluyor da Okyanusların dibinde oksijen oluyor?

Normalde “oksijen” dediğimiz şey, deniz tabanına fotosentez ile üretilen oksijenin yüzeyden taşınmasıyla ulaşır. Ama işin ilginç kısmı şu: okyanusların en derin yerlerinde (4.000-11.000 metre), ışık yok, yüzeyden oksijen akışı çok sınırlı, ama yine de oksijen ölçülüyor. Işıksız ortamda oksijenin varlığı artık ispatlanmış olmakla birlikte, nasıl oluştuğu konusu halihazırda bir tartışma konusudur. Karanlık Oksijenin oluşumu konusunda ileri sunulan görüşleri şimdilik aşağıdaki gibi açıklayabiliriz:

1. Yüzeyden Taşınan Oksijen: Yüzeyde algler ve bitkiler fotosentezle oksijen üretir. Bu oksijen, okyanus dolaşımı (örneğin termoshalin dolaşım) ile yavaş yavaş derinliklere iner. Ancak bu süreç binlerce yıl alabilir; Grönland çevresinde batan oksijenli soğuk sular, okyanus dibine kadar taşınır.

2. Yerinde (In situ) Üretim: Son yıllardaki bulguların asıl şaşırtıcı kısmı burasıdır. Bazı mikroorganizmalar, ışık olmadan oksijen üretebiliyor olabilir. Bu görüşe göre üretim, kimyasal reaksiyonlarla gerçekleşiyor. Örneğin bazı bakteriler nitrat, sülfür, mangan veya demir gibi bileşikleri indirgerken yan ürün olarak oksijen açığa çıkarabilir. Ayrıca suyun (H₂O) katalitik ayrışması da (örneğin minerallerin yüzeyinde) oksijen doğurabilir ve bu süreç, “karanlık oksijen üretimi” olarak tanımlanabilir.

3. Jeokimyasal Kaynaklar: Bazı derin deniz hidrotermal bacaları ve mineral reaksiyonları, oksijen benzeri oksidanlar açığa çıkarabilir. Özellikle metal açısından zengin bölgelerde, örneğin polimetalik nodül alanlarında bu reaksiyonlar tetikleniyor olabilir.

Üçüncü madde kapsamında şunu da ifade etmem gerekir ki, 16 Eylül 2024 tarihinde “Boğaziçi Deniz Kültürü ve Çevre Platformu’nda yaptığım “Türkün Büyük Ülküsü” başlıklı sunumumu icra ederken, çalıştığım kaynaklara dayanarak “Yaşamın dünya üzerinde nerede ortaya çıktığı sorusu kesin olarak cevaplandırılamasa da farklı hipotezlerde öne çıkan yerler arasında okyanus diplerindeki hidrotermal bacaların çevreleri ya da volkanların çevrelerindeki ufak su birikintileri olduğu düşünülüyor. Yaygın olarak kabul edilen fikir ise, yaşamın sularda ortaya çıktığıdır. Bunun nedeni ise, ilkel Dünya atmosferinde henüz ozon tabakası bulunmadığından, Güneş’ten gelen yüksek enerjili ışınların canlılığın atmosferde oluşmasını büyük ihtimalle engelleyecek oluşudur” tespitinde bulunmuştum ancak okyanus diplerindeki hidrotermal bacaların bu konudaki etkisi nedir bunu bilim ve zaman gösterecektir.

Bütün bu değerlendirmelerden sonra ve sonuç olarak, okyanusların dibinde oksijenin kaynağı sadece yüzeyden gelen akıntılar değil; aynı zamanda yerinde üretilen, gizemli bir oksijen kaynağı (karanlık oksijen) de var ancak bu karanlık oksijenin okyanus ve derin deniz tabanında nasıl oluştuğu henüz bir tartışma konusu olmakla birlikte, genel olarak bilim insanları bu mekanizmayı üç hipotezde toplamaktadırlar.

1. Kimyasal reaksiyonlar (chemolithoautotrophy): Bazı mikroorganizmalar, minerallerle veya metal bileşikleriyle kimyasal reaksiyon yaparak oksijen açığa çıkarıyor olabilir.

2. Su molekülünün ayrışması: Bazı biyokimyasal süreçler veya katalitik mineraller, sudaki oksijeni serbest bırakabilir.

3. Mikrobiyal faaliyet: Henüz tanımlanmamış mikroorganizmaların metabolik aktiviteleriyle oksijen üretiliyor olabilir.

Yani okyanusların dibinde oksijenin kaynağı sadece yüzeyden gelen akıntılar değil; aynı zamanda yerinde üretilen, gizemli bir oksijen kaynağı (karanlık oksijen) de var.

Okyanus dibinde oksijenin oluşumunu gösteren akış diyagramı:

Yüzeyde fotosentezle oksijen üretiliyor.

Oksijen, termoshalin dolaşımla derinlere taşınıyor.

Deniz karı (organik parçacıklar) tabana iniyor.

Derin denizde mikroorganizmalar karanlık oksijen üretiyor.

Hidrotermal bacalarda jeokimyasal süreçler oksijen benzeri bileşikler sağlıyor.

Derin deniz canlıları bu oksijeni tüketiyor.

Neden Önemli?

İşte konunun can alıcı kısmı tam da burası.

Evet, bu konu neden bu kadar önemli?

Çünkü bu durum yalnızca derin deniz ekosistemleri ya da karanlıkta yaşayan organizmalar için oksijen kaynağı (bu oksijen, derin deniz canlıları için hayati olabilir) bulunduruyor olması dışında, yaşamın sınırları ve hatta dünya dışı yaşam araştırmaları (örneğin Europa, Enceladus gibi buzlu uydular) için yeni fikirler doğmasına yol açmaktadır. Çünkü bu mekanizma, ışık olmayan ortamlarda bile yaşamın sürdürülebileceğini göstermekte ve Europa (Jüpiter’in uydusu) veya Enceladus (Satürn’ün uydusu) gibi buzlu dünyalar için çok önemli ipuçları vermektedir.

Europa (Jüpiter’in uydusu) (dış tabaka,10-30 km kalınlığında buz kabuğu, altında devasa tuzlu okyanus (karanlık oksijen burada oluşabilir), en içte: kaya-metal çekirdek ve hidrotermal bacalar) için değerlendirildiğinde, uydunun yüzeyinin buzla kaplı, altında tuzlu bir okyanus olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle güneş ışığının oraya ulaşamayacağı ama jeokimyasal reaksiyonlar ve belki de karanlık oksijen benzeri süreçlerin oksijen kaynağı olabileceği ve eğer oksijen orada da üretilebiliyorsa, yaşam için enerji kaynağı sağlanabileceği mümkün olarak görülmektedir.

Diğer yandan, Satürn’ün uydusu Enceladus’un da buzlu yüzeyin altında sıvı okyanus ve hidrotermal bacalar bulunduğuna dair kanıtlar olduğu (çok daha ince (5–20 km) buz kabuğu, atında sıvı okyanus (Cassini uydusu buradan fışkıran su buharı ve mineraller tespit etmiştir) en içte, kaya çekirdek ve hidrotermal bacalar.) kaynaklarda ifade edilmektedir. Dünya’daki hidrotermal bacalarda bile karanlık oksijen üretiliyorsa, Enceladus’ta da benzer bir şeyin olası olduğu ve bu nedenle her iki dünya dışı formda (uyduda) bakteriyel yaşam formlarının mümkün olabileceği konusu bilim insanlarına ip uçları vermektedir. Çünkü her iki uyduda da bu hidrotermal bacalar ve jeokimyasal süreçler, karanlık oksijen üretimi için uygun ortamlar olabileceği fikrini güçlendirmektedir.

Bununla birlikte tüm bu gelişmeler iklim değişikliği ve okyanuslarda oksijen azalması sorununu anlamamızda da katkı sağlayabilir.

Bütün bu yaşananlar bir arada değerlendirildiğinde; normalde yaşam için oksijen kaynağı olarak güneş ışığı ve fotosentezin yaşamsal bir şart olduğu kabul edilmekteyken artık derin okyanuslarda hiç ışık yokken bile oksijen üretilebildiği, karanlık oksijen mekanizması sayesinde yaşamın ışığa bağımlı olmadığını ve kimyasal reaksiyonlarla da sürdürülebileceği kanıtlanmış ve bu durum yaşamın ışıktan bağımsız ve karanlık ortamlarda da oksijenli metabolizmaların mümkün olduğunu tüm bilim dünyasına göstermiştir.

Tartışmalar:

Yaşamın evrenselliği fikrini güçlendiren Karanlık Oksijen araştırmaları sürerken ve bu nedenlerle bilim dünyasında çığır açıcı çalışmalar dikkatle izlenirken, NASA ve ESA’nın (Europa Clipper, JUICE, vb.) bu tür süreçleri araştırmayı planladığı ve desteklediği bu faaliyetler bazı tartışmalara da neden olmaktadır. Profesör Sweetman ve ekibi Hawaii ile Meksika arasında kalan bir bölgede deniz tabanı araştırmalarını sürdürürken, örnekler toplayıp ve derinlere uzaktan kumandalı sensörler göndermekteydiler. Faaliyetleri esnasında bölgenin deniz tabanı, deniz suyundaki çözünmüş metallerin kabuk parçaları üzerinde ve başka kalıntılar üzerinde birikmesiyle oluşan metal yumrularıyla (nodül) kaplıydı. Araştırmacılar önce sistem ve cihazlarının arızalı olduğunu düşünmüşlerdi. Ancak yukarıda da belirtildiği üzere, yıllar içinde tekrarlanan araştırma faaliyetlerinde aynı durum (deniz tabanındaki oksijen artışı) mükerrer olarak ve defaten yaşanınca bu gazı neyin ürettiğini ya da nasıl oluştuğunu araştırmaya karar vermişlerdi. Zira bahse konu metal yumrularının pil gibi davranıyor olması ihtimali çok yüksekti. Yani deniz suyunu bileşenlerine hidrojen ve oksijene ayrıştırarak elektrik akımı üretiyor olabilirdi ki pil benzetmesi oldukça yerinde bir tanımlamaydı. Çünkü bu nodüllerde lityum, kobalt ve bakır gibi metaller bulunmaktaydı ve bu metaller pil üretiminde kullanılan elementlerdi. Bu ilgi çekici sonuç halihazırda birçok derin deniz madenciliği şirketi bu nodülleri (yumruları) yüzeye çıkarmak için teknoloji geliştirmeye, madencilik ruhsatı almaya yöneltti.

İşte tam da bu noktada tartışmalar baş gösterdi. Bazı derin deniz madenciliği şirketleri ve bir takım bilim insanları Sweetman ve ekibinin tespit ve buluşlarına şüpheyle yaklaştı. Örneğin bunlardan en önemlisi Kanada merkezli derin deniz madenciliği şirketi The Metals Company’dir ki araştırmacıların hiçbir güvenilir kanıt sunmadığını iddia etmiştir. Öte yandan çevrecilik örgütü Greenpeace, bu sonuçları çığır açıcı olarak nitelendirmiş ve sonuçlara bakılınca Pasifik okyanusunda derin deniz madenciliğinin başlamadan durdurulmasının ne kadar acil bir ihtiyaç olduğunu vurgulamıştır. Öyle ki günümüzde bu tartışmalar bilimsel eksenden uzaklaşıp, adeta bir halkla ilişkiler mücadelesine dönüşmüştür.

Elektrikli otomobil ve güneş paneli gibi ürünler için gerekli metallere talep hızla artarken, bu metallerin karadaki madenlerden çıkarılması hem yıkıcı hem de kirletici olmaktadır. Derin denizler ise uzak, devasa ve henüz tam olarak keşfedilmemiş milyonlarca canlının bulunduğu habitatlardır. Bu yaşam alanlarının korunması için; kırk dört ülkeden, dokuz yüzden fazla deniz bilimci, çevresel riskleri daha iyi anlaşılana kadar derin deniz madenciliği faaliyetlerine ara verilmesi için ve dilekçe imzaladı. Hiç şüphesiz ki bu işin riskleri oldukça yüksek zararlar içeriyor. Yumrular toplanırken derin deniz madenciliği şirketlerinin makinelerinin deniz tabanını alt üst edeceği ve arkalarında tortu bulutları ve kimyasal kalıntılar bırakacağını düşünmek hiç de zor olamasa gerek.

Bu gerekçelerle derin deniz madenciliğinin riskleri ve potansiyel faydaları hakkında dürüst açık ve bir tartışma yapmanın zamanı gelmiş ve geçmiştir bile. Okyanusların keşfini evrensel yaşamın yararına ve hatta ticari çıkarlar sağlayacak biçimde yürütmek mümkün olmakla birlikte okyanuslarımızın, dünyamızın ve uzayın korunması vazgeçilmez bir zorunluluktur.

Artık, Profesör Sweetman ve ekibinin önümüzdeki yılın başında daha hassas oksijen algılayıcı cihazlarla okyanusun en derin bölgelerini keşfetmek üzere tekrar yollara düşeceğini biliyoruz. Ayrıca başka gezegenlerdeki okyanusların altında da karanlık oksijen oluşup olmadığı gösterebilecek deneyler yapmak için uzay bilimcileri ile iş birliği de başlamış durumda.

Ben şimdiden kendilerine hayırlı seyirler diliyorum.

Ancak şunu da düşünmeden edemiyorum; okyanuslar gerçekten çok derin, ama bilgi okyanuslardan da derin. Oysa bilinmezlik, her ikisinden de çok daha derin.

Derinliklerde buluşmak dileğiyle…