Dari Mana Asal Oksigen yang Ditemukan di Dasar Laut?

Endapan mineral mirip batu di laut dalam dapat menghasilkan oksigen. Temuan ini cukup membingungkan banyak ilmuwan.

Secara teori terbentuknya oksigen adalah melalui fotosintesis oleh mikroorganisme seperti cyanobacteria. Proses ini membuat oksigen menumpuk di atmosfer yang kemudian menciptakan revolusi dalam dunia biologi.

Namun penemuan endapan mineral yang berada di laut dalam cukup membingungkan para ahli. Dasar laut gelap Zona Clarion-Clipperton (Clarion-Clipperton Zone/ CCZ) di Samudra Pasifik dipenuhi dengan apa yang tampak seperti bongkahan arang.

Endapan logam sederhana ini, yang disebut nodul polimetalik, mengandung logam seperti mangan dan kobalt yang dapat digunakan untuk memproduksi baterai, menjadikannya target bagi perusahaan pertambangan laut dalam.

Pada proses eksplorasi itu anehnya para peneliti telah menemukan bahwa nodul berharga itu melakukan sesuatu yang luar biasa. Logam sederhana itu ternyata menghasilkan oksigen dan melakukannya tanpa sinar matahari.

“Ini adalah temuan yang benar-benar baru dan tak terduga,” kata Lisa Levin, seorang profesor emeritus oseanografi biologi di Scripps Institution of Oceanography, yang tidak terlibat dalam penelitian saat ini.

Menurut ahli mikrobiologi Universitas Boston Jeffrey Marlow, gagasan bahwa sebagian gas oksigen Bumi mungkin tidak berasal dari organisme yang melakukan fotosintesis tetapi dari mineral mati dalam kegelapan total sangat bertentangan dengan teori yang selama ini dipercaya.

“Sangat bertentangan dengan apa yang secara tradisional kita pikirkan tentang di mana oksigen dibuat dan bagaimana ia dibuat,” kata Levin.

Marlow adalah salah satu penulis studi baru tersebut, yang diterbitkan di Nature Geoscience. Kisah penemuan ini bermula pada tahun 2013, ketika ahli ekologi laut dalam Andrew Sweetman menghadapi masalah yang membuat frustrasi.

Timnya telah mencoba mengukur berapa banyak oksigen yang dikonsumsi organisme di dasar laut CCZ. Para peneliti mengirim wahana pendarat ke kedalaman lebih dari 13.000 kaki dan menciptakan ruang tertutup di dasar laut untuk melacak bagaimana kadar oksigen di air turun seiring waktu.

Namun, kadar oksigen tidak turun. Malah, kadarnya meningkat secara signifikan. Karena mengira sensornya rusak, Sweetman mengembalikan instrumen tersebut ke pabrik pembuatnya. “Ini terjadi empat atau lima kali” selama lima tahun, kata Sweetman, yang mempelajari ekologi dasar laut dan biogeokimia di Asosiasi Ilmu Kelautan Skotlandia.

“Saya benar-benar memberi tahu murid-murid saya, ‘Buang sensor itu ke tempat sampah. Sensor itu tidak berfungsi.’”

Kemudian, pada tahun 2021, ia kembali ke CCZ dalam ekspedisi survei yang disponsori oleh Metals Company, sebuah perusahaan pertambangan laut dalam. Sekali lagi, timnya menggunakan wahana pendarat untuk membuat ruang tertutup di dasar laut dan memantau kadar oksigen. Mereka menggunakan teknik yang berbeda untuk mengukur oksigen kali ini tetapi mengamati hasil aneh yang sama: kadar oksigen meningkat drastis.

“Tiba-tiba, saya menyadari bahwa saya telah mengabaikan proses yang sangat penting ini, dan saya hanya menendang diri saya sendiri,” kata Sweetman.

Para peneliti awalnya mengira mikroba laut dalam menghasilkan oksigen. Gagasan itu mungkin tampak tidak masuk akal, tetapi para ilmuwan baru-baru ini menemukan bahwa beberapa mikroba dapat menghasilkan “oksigen gelap” tanpa adanya sinar matahari.

Dalam uji laboratorium yang mereproduksi kondisi di dasar laut, Sweetman dan rekan-rekannya meracuni air laut dengan merkuri klorida untuk membunuh mikroba. Namun, kadar oksigen tetap meningkat.

Jika oksigen gelap ini tidak berasal dari proses biologis, maka oksigen itu pasti berasal dari proses geologis, para ilmuwan beralasan. Mereka menguji beberapa hipotesis yang mungkin seperti radioaktivitas dalam nodul tersebut menguraikan molekul air laut untuk menghasilkan oksigen atau bahwa ada sesuatu yang menarik oksigen dari mangan oksida pada nodul tetapi akhirnya mengesampingkannya.

Kemudian, suatu hari di tahun 2022, Sweetman sedang menonton video tentang penambangan laut dalam ketika ia mendengar nodul tersebut disebut sebagai “baterai di dalam batu.” Pemasaran itu hanyalah metafora, tetapi membuatnya bertanya-tanya apakah nodul tersebut entah bagaimana dapat bertindak sebagai geobaterai alami.

Jika mereka bermuatan listrik, mereka berpotensi dapat memecah air laut menjadi hidrogen dan oksigen melalui proses yang disebut elektrolisis air laut. (Baterai yang dijatuhkan ke air garam menghasilkan efek yang serupa.)

“Hebatnya, ada hampir satu volt [muatan listrik] di permukaan nodul-nodul ini,” kata Sweetman.

Sebagai perbandingan, baterai AA membawa sekitar 1,5 volt. Nodul-nodul tersebut dapat menjadi bermuatan saat tumbuh, karena berbagai logam diendapkan secara tidak teratur selama jutaan tahun dan gradien muatan berkembang di antara setiap lapisan. Elektrolisis air laut saat ini merupakan teori utama para peneliti untuk produksi oksigen gelap, dan mereka berencana untuk mengujinya lebih lanjut.

Namun, tidak jelas apakah (atau sejauh mana) nodul-nodul ini menciptakan oksigen secara alami di dasar laut. Dalam sebagian besar percobaan, produksi oksigen berhenti setelah dua hari, yang mungkin menunjukkan bahwa wahana pendarat menyebabkannya dengan mengganggu sesuatu tentang lingkungan.

“Namun, ada kemungkinan juga bahwa reaksi tersebut akhirnya berhenti karena “efek botol” di dalam ruang tertutup,” ujar Marlow. “Produk-produk terbentuk, reaktan menghilang, dan kemudian reaksi berhenti. Namun dalam sistem terbuka... prosesnya bisa lebih konsisten,” jelasnya.

Bo Barker Jørgensen, seorang ahli biogeokimia kelautan di Institut Max Planck untuk Mikrobiologi Kelautan di Bremen, Jerman, skeptis bahwa nodul-nodul ini menghasilkan oksigen ketika dibiarkan tidak terganggu di dasar laut.

(Jørgensen tidak terlibat dalam penelitian ini tetapi merupakan salah satu peninjau sejawat untuk Nature Geoscience.) Namun, tampaknya nodul-nodul tersebut menghasilkan oksigen melalui elektrolisis.“Dan itu sendiri merupakan pengamatan yang sangat menarik yang belum pernah diamati sebelumnya, sepengetahuan saya,” paparnya.

Para peneliti belum mengetahui apakah oksigen ini penting bagi kehidupan di dasar laut CCZ. Nodul-nodul dan sedimen di sekitarnya merupakan habitat bagi kehidupan laut dalam, dari mikroba kecil hingga “megafauna” yang lebih besar, seperti ikan dan bintang laut.

Setengah dari megafauna ekosistem hanya ditemukan di nodul. Ini adalah “ekosistem yang kurang dipahami,” kata Levin. “Kami bahkan belum menemukan sebagian besar spesies di laut dalam, apalagi mempelajarinya,” tambahnya.

Proyek penambangan laut dalam yang diusulkan akan mengekstraksi nodul dari petak dasar laut CCZ. Otoritas Dasar Laut Internasional (ISA) masih menyusun aturan dan regulasi untuk menambang nodul dan target laut dalam lainnya. Setidaknya 32 negara anggota ISA telah menyerukan moratorium, jeda pencegahan, atau larangan penambangan laut dalam.

Temuan ini adalah “hal lain yang sekarang perlu kita pertimbangkan ketika harus memutuskan, ‘Apakah kita akan menambang laut dalam, atau tidak?’” kata Sweetman. “Bagi saya, keputusan itu harus didasarkan pada saran dan masukan ilmiah yang baik,” ungkapnya. hay