Apa Hubungan Antara Medan Magnet Bumi dan Kadar Oksigen?

KEKUATAN medan geomagnetik telah meningkat seiring dengan persentase oksigen di atmosfer Bumi selama 540 juta tahun terakhir, menurut sebuah penelitian baru. Namuan laporan ini masih belum jelas apakah salah satu dari faktor ini mempengaruhi yang lain, atau apakah ada faktor lain yang tidak diketahui yang menjelaskan hubungan tersebut.

“Ini adalah penemuan pertama yang pernah kami lakukan untuk menetapkan hubungan antara medan geomagnetik dan kadar oksigen,” kata penulis utama Weijia Kuang, seorang ilmuwan senior di Laboratorium Geodesi dan Geofisika di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA, kepada Live Science.

Medan magnet bumi dan kadar oksigen meningkat secara paralel sejak awal periode Kambrium (541 juta hingga 485,4 juta tahun lalu). Kedua faktor tersebut meningkat tajam antara 330 juta hingga 220 juta tahun lalu, demikian hasil penelitian tersebut.

“Penelitian tersebut dapat membantu mempersempit kebutuhan akan kehidupan di planet lain,” kata Kuang dan rekan penulis studi Ravi Kopparapu, seorang ilmuwan planet di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA, dalam sebuah wawancara video bersama.

“Bisa jadi medan geomagnetik mengendalikan kadar oksigen, atau sebaliknya tetapi ada kemungkinan skenario lain, yaitu bahwa kedua faktor tersebut terkait dengan proses geokimia atau geofisika ketiga yang belum ditemukan oleh para peneliti,” kata Kuang.

Untuk penelitian baru tersebut, para ilmuwan menggunakan dua kumpulan data independen yang mencakup 540 juta tahun terakhir. Salah satu kumpulan data menunjukkan oksigen atmosfer, yang berasal dari beberapa indikator seperti kelimpahan arang fosil di sedimen, yang tersisa setelah kebakaran hutan dan memberikan petunjuk tentang seberapa banyak oksigen yang tersedia pada waktu tertentu.

Kumpulan data lainnya menunjukkan kekuatan medan geomagnetik, yang berasal dari informasi magnetik yang terekam dalam batuan dan sedimen purba. Para peneliti memetakan kumpulan data ini satu sama lain dan menemukan adanya korelasi yang kuat di antara keduanya.

Jika medan geomagnetik mengendalikan kadar oksigen, pengaruhnya kemungkinan besar disebabkan oleh perlindungan yang diberikannya pada atmosfer Bumi terhadap cuaca luar angkasa. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa medan geomagnetik dapat mencegah atau mengurangi lepasnya atau erosi molekul atmosfer.

Medan magnet juga melindungi kehidupan di planet ini, termasuk tanaman yang menghasilkan oksigen, dari sinar-X dan radiasi ultraviolet yang ekstrem. Sebaliknya, jika kadar oksigen atmosfer menentukan kekuatan medan magnet Bumi, maka lempeng tektonik akan memainkan peran utama. Lempeng tektonik adalah proses yang terus-menerus mendaur ulang kerak Bumi menjadi mantel, yang merupakan lapisan planet yang menutupi inti luar Bumi yang cair.

Medan geomagnetik Bumi berasal dari arus di inti luar, jadi ada kemungkinan bahwa daur ulang material kerak dan oksigen ke dalam mantel dapat memengaruhi mantel bawah, yang kemudian dapat mempengaruhi medan geomagnetik, kata Kuang.

“Tektonik lempeng [...] pasti akan mempengaruhi kondisi termal dan dinamis di dasar mantel tempat ia berbatasan dengan inti luar cair,” katanya. “Di sisi lain, tektonik lempeng juga mempengaruhi siklus bahan kimia dan elemen lain dari bagian dalam ke permukaan, yang pasti akan mempengaruhi oksigenasi, atau produksi oksigen,” tambahnya.

Lebih mungkin bahwa medan geomagnetik mempengaruhi kadar oksigen, bukan sebaliknya, kata Kuang. Itu karena para ilmuwan tahu medan geomagnetik berasal jauh di dalam planet dan menyebar ke permukaan Bumi dan ke luar angkasa. “Arah lainnya kurang dipahami dengan baik,” ucapnya.

Skenario ketiga yang mungkin adalah bahwa proses lain yang terpisah mendorong medan geomagnetik dan kadar oksigen ke arah yang sama dari waktu ke waktu. Penulis studi tersebut belum mengetahui proses seperti apa yang mungkin terjadi, tetapi lonjakan yang terjadi pada kedua kumpulan data tersebut mungkin menyimpan jawabannya.

Mekanisme Menarik

Lonjakan tersebut bertepatan dengan keberadaan superbenua kuno Pangaea, yang terbentuk sekitar 320 juta tahun lalu dan pecah sekitar 195 juta tahun lalu. Karena adanya penataan ulang tektonik besar-besaran yang terlibat, superbenua mungkin merupakan mata rantai yang hilang antara medan magnet Bumi dan kadar oksigen tetapi bukti untuk ini masih sangat tentatif pada saat ini, Kuang dan Kopparapu memperingatkan.

“Ini adalah salah satu dugaan yang tidak benar-benar kami sampaikan dengan kuat dalam makalah kami, tetapi ini adalah sesuatu yang kami pikir merupakan mekanisme yang sangat menarik untuk kami kejar,” kata Kuang. Alasan peneliti menahan diri dengan ide ini adalah karena mereka hanya memiliki data yang kuat untuk satu superbenua Pangaea dan bukan yang sebelumnya, katanya.

“Tampaknya ada korelasi penglihatan antara oksigen dan medan magnet serta semua benua super lainnya,” kata Kopparapu. “Namun, kami tidak memiliki data yang dapat diandalkan untuk oksigen [yang ada lebih lama] dari 540 juta tahun lalu, jadi kami tidak dapat membuat kesimpulan seperti itu untuk [benua super yang ada lebih lama] dan masa lalu,” lanjut dia.

 Para peneliti sudah mengerjakan langkah berikutnya, yaitu mencari faktor geofisika dan geokimia lain yang mungkin terkait dengan medan geomagnetik dan kadar oksigen. Untuk ini, penulis mengatakan komunikasi dan kolaborasi antara ilmuwan sangatlah penting. “Satu pikiran saja tidak dapat memahami seluruh sistem Bumi,” kata Kopparapu.

“Kami seperti anak-anak yang bermain Lego, dengan masing-masing dari kami memiliki potongan Lego yang terpisah. Kami mencoba menyatukan semuanya dan melihat gambaran besarnya,” ­paparnya. hay