Kisika nema bez života, ni života bez kisika. Malo sam se, u ovom zadnjem, zabunio: bolje bi bilo reći da je kisik za život i najveći dar i najveća nesreća. Kako to? Pa eto kako: nekoć u Zemljinoj atmosferi nije bilo slobodnog kisika (O₂), a prvi organizmi koji su se pojavili na našem planetu živjeli su bez njega, kao što i sada mnogi žive. Pri tome dakako mislim na anaerobne organizme, poglavito bakterije, koje ne samo da mogu živjeti bez kisika nego je za njih kisik čisti otrov. 

Kisik se pojavio na Zemlji prije 2,4 milijarde godina, kada su ga počeli proizvoditi prvi fotosintetski organizmi, modrozelene bakterije. To je dovelo do velike pomutnje, jer kako je koncentracija kisika u zraku rasla, tako su ugibala živa bića koja se s njime nisu mogla nositi. I ne samo to! Kisik je doveo do oksidacije željeza u oceanima, koje je iz stanja Fe²⁺ prešlo u stanje Fe³⁺, a potom se u obliku hidroksida (hrđe!) iz njih istaložilo. Proces je trajao pola milijarde godina, u njemu su nastale velike naslage hematita (Fe₂O₃) i magnetita (Fe₃O₄) – koje se danas koriste kao rudna ležišta. I, da, živi se svijet promijenio, jer su se neki anaerobni organizmi prilagodili na kisik i, još više, počeli ga upotrebljavati sebi za dobro. Metabolizam utemeljen na kisiku, aerobni metabolizam, mnogo je naime povoljniji (daje više energije iz iste količine hrane), pa su se mogle razviti nove vrste živih bića, posebice višestanični organizmi. Evolucija je tekla dalje svojim tokom dok nije došla do sisavaca, do čovjeka. 

No, da se vratimo na početak: bez kisika nema višestaničnih organizama, a kisika nema bez zelenih biljaka (ma kakve bile). Kisik ne nastaje niti može nastati abiogeno, u neživoj prirodi – geokemijskim procesom. 

Tako se mislilo sve donedavno dok nisu na dnu Tihog oceana pronađeni predjeli s vodom u kojoj ima mnogo otopljenog kisika. Odakle kisik na dnu oceana, kada – zna se – Sunčeva svjetlost prodire samo 200 metara duboko?

Tu su pojavu potanko istražili američki znanstvenici te rezultate objavili u časopisu Nature Geoscience pod naslovom „Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor“. Pozornost su im privukle nodule (kvržice) minerala birnesita (MnO₂∙nH₂O) koje su se nalazile razbacane na dubini od 3 do 4,2 tisuće metara. Do njih su spustili 25 komora, volumena oko pola litre, dobro iz zatvorili – da bi spriječili strujanje vode – te mjerili koncentraciju kisika u njima. I gle čuda: koncentracija kisika se od 185 μmol/L nakon 47 sati, koliko je trajao pokus, povisila na 201 do 819 μmol/L. U nekim je komorama ostala dakle više-manje nepromijenjena, dok se u drugima i četiri puta povećala. Kako je to moguće?

Ako se manganov dioksid (MnO₂) zagrijava, zna se iz kemije, on se raspada na manganov oksid uz oslobađanje kisika (2MnO₂ → 2MnO + O₂). Iz kemije se međutim zna još nešto, a to je da do te kemijske reakcije dolazi tek iznad 500 ^oC. Istina, kemijske reakcije teku – jako, jako sporo – i pri nižim temperaturama od onih pri kojima njihovi produkti postaju vidljivi, no uz sav napor mozga da se dokaže da baš tako nastaje kisik na dnu oceana, uspjelo je pokazati da bi taj mehanizam mogao biti odgovoran za najviše 0,5 % tamne proizvodnje kisika. I što sad?

Odgovor je nađen tek nakon što su nodule izvučene iz morskih dubina na palubu istraživačkog broda. Nakon što su ih stavili u morsku vodu, dodirivali su ih elektrodama te  mjerili razliku potencijala (napon) između točaka na istoj noduli. Između nekih mjesta na površini nodule nisu uočili razliku potencijala, dok je kod drugih bila dosta visoka, čak 0,95 V. 

Kada se na metalu izmjere razlike potencijala, onda se zna da je korozija uzela svoj danak, jer to znači da na njemu postoje galvanski članci, a galvanski članci jedu metal. Korozijom međutim ne nastaje samo hrđa nego i električna struja, jer atomi metala koji korodira otpuštaju elektrone, oksidiraju se. To se događa i u ovom galvanskom članku, geološkoj bateriji („geo-battery“), kako ga zovu autori spomenutog rada. Napon od 0,95 V, kažu, sasvim je dovoljan da pri uvjetima koji vladaju na dnu oceana od vode nastane kisik. 

Još ostaje da se odgovori na pitanje kako je moguće da nodula manganova dioksida postane galvanski članak, električna baterija. Uzrok bi mogao biti, smatraju američki znanstvenici, u tome što se u nodulama ne nalazi samo birnesit nego i drugi minerali, prije svega minerali bakra i nikla. A gdje se nađu dva metala, ma u kojem oksidacijskom stanju bila, između njih nastaje razlika potencijala, nastaje galvanski članak, električna baterija. 

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 16 znanstveno-popularnih knjiga, posljednja je "Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti".