Perlambatan Rotasi Bumi Ciptakan Oksigenasi

Sekitar 1,4 miliar tahun yang lalu dalam sehari hanya 18 jam. Perlambatan Bumi ini berdampak pada terjadinya oksigenasi atmosfer yang mendukung adanya kehidupan.

Sejak terbentuknya sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu, rotasi Bumi secara bertahap semakin melambat. Konsekuensi dari perlambatan perputaran planet ini adalah semakin lamanya hari baik periode siang maupun malam.

Meskipun perlambatan bumi tidak terlihat pada skala waktu manusia, hal ini cukup untuk menghasilkan perubahan signifikan selama ribuan tahun. Menurut penelitian tim Universitas Michigan yang dipublikasikan pada 2001, salah satu perubahan yang muncul karena melambatnya rotasi adalah terjadinya oksigenasi atmosfer.

Secara khusus, ganggang biru-hijau (atau cyanobacteria) yang muncul dan berkembang biak sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu akan mampu menghasilkan lebih banyak oksigen. Senyawa ini merupakan produk sampingan metabolisme karena dampak umur bumi bertambah panjang.

Gregory Dick (University of Michigan)

“Pertanyaan abadi dalam ilmu kebumian adalah bagaimana atmosfer Bumi mendapatkan oksigen, dan faktor apa saja yang mengontrol terjadinya oksigenasi ini,” jelas ahli mikrobiologi Gregory Dick dari Universitas Michigan pada tahun 2021.

“Penelitian kami menunjukkan bahwa kecepatan rotasi Bumi dengan kata lain, lamanya siang hari – mungkin berdampak penting pada pola dan waktu oksigenasi Bumi,” kata dia dalam makalah yang dipublikasikan di jurnal Nature Geoscience.

Ada dua komponen utama dalam oksigenasi Bumi, sekilas, tampaknya tidak banyak berhubungan satu sama lain. Yang pertama adalah putaran bumi yang melambat. Alasan terjadinya perlambatan adalah karena Bulan memberikan tarikan gravitasi pada planet ini, yang menyebabkan perlambatan rotasi. Ini sebagai dampak dari menjauhnya jarak Bulan dengan planet ini.

Berdasarkan catatan fosil, panjang hari hanya 18 jam pada 1,4 miliar tahun yang lalu, dan setengah jam lebih pendek dibandingkan saat ini pada 70 juta tahun yang lalu. Bukti menunjukkan bahwa rotasi Bumi bertambah 1,8 milidetik dalam satu abad.

Komponen kedua dalam oksigenasi Bumi dikenal sebagai Peristiwa Oksidasi Besar di Bumi (Earth’s Great Oxidation Event). Hal ini terjadi ketika cyanobacteria muncul dalam jumlah yang sangat besar sehingga atmosfer mengalami peningkatan oksigen yang tajam dan signifikan.

Tanpa oksidasi ini, para ilmuwan mengira kehidupan seperti yang ada sekarang ini tidak mungkin muncul. Jadi meskipun cyanobacteria mungkin tidak terlalu berpengaruh saat ini, faktanya adalah mungkin tidak akan berada di sini tanpa mereka.

Dick menambahkan, masih banyak yang belum diketahui tentang peristiwa ini, termasuk pertanyaan-pertanyaan hangat seperti mengapa peristiwa ini terjadi dan bukan pada masa sebelumnya dalam sejarah Bumi.

Butuh ilmuwan yang bekerja dengan mikroba sianobakteri untuk menghubungkan titik-titik tersebut. Di Middle Island Sinkhole di Danau Huron, dapat ditemukan lapisan mikroba yang dianggap analog dengan cyanobacteria yang bertanggung jawab atas Peristiwa Oksidasi Besar.

Cyanobacteria ungu yang menghasilkan oksigen melalui fotosintesis dan mikroba putih yang memetabolisme belerang, bersaing dalam lapisan mikroba di dasar danau. Pada malam hari, mikroba putih naik ke atas lapisan mikroba dan melakukan aktivitas mengunyah belerang. Sedangkan pada saat fajar menyingsing, dan Matahari terbit cukup tinggi di langit, mikroba putih mundur dan cyanobacteria ungu naik ke atas.

Judith Klatt (University of Michigan News)

“Sekarang mereka dapat mulai berfotosintesis dan menghasilkan oksigen,” kata ahli geomikrobiologi Judith Klatt dari Max Planck Institute for Marine Microbiology di Jerman.

“Namun, dibutuhkan beberapa jam sebelum mereka benar-benar berangkat, ada jeda yang panjang di pagi hari. Tampaknya cyanobacteria bangun lebih lambat daripada orang yang bangun pagi,” katanya.

Ini berarti waktu siang hari bagi cyanobacteria untuk memompa oksigen sangat terbatas dan fakta inilah yang menarik perhatian ahli kelautan Brian Arbic dari Universitas Michigan. Dia bertanya-tanya apakah perubahan panjang hari sepanjang sejarah Bumi berdampak pada fotosintesis.

“Ada kemungkinan bahwa persaingan serupa antar mikroba berkontribusi terhadap tertundanya produksi oksigen di masa awal Bumi,” jelas Klatt.

Untuk mendemonstrasikan hipotesis ini, tim melakukan eksperimen dan pengukuran pada mikroba, baik di lingkungan alaminya maupun di laboratorium. Mereka juga melakukan studi pemodelan terperinci berdasarkan hasil mereka untuk menghubungkan sinar matahari dengan produksi oksigen mikroba, dan produksi oksigen mikroba dengan sejarah Bumi.

“Intuisi menunjukkan bahwa dua hari yang masing-masing berdurasi 12 jam seharusnya sama dengan satu hari yang berdurasi 24 jam. Sinar matahari naik dan turun dua kali lebih cepat, dan produksi oksigen pun mengikuti jejaknya,” jelas ilmuwan kelautan Arjun Chennu dari Pusat Penelitian Kelautan Tropis Leibniz. di Jerman.

“Tetapi pelepasan oksigen dari lapisan bakteri tidak terjadi, karena dibatasi oleh kecepatan difusi molekuler. Pelepasan oksigen dari sinar matahari yang halus ini merupakan inti dari mekanisme tersebut,” paparnya.

Hasil ini dimasukkan ke dalam model tingkat oksigen global, dan tim menemukan bahwa perpanjangan hari dikaitkan dengan peningkatan oksigen di Bumi bukan hanya Peristiwa Oksidasi Besar, namun oksigenasi atmosfer kedua yang disebut Peristiwa Oksigenasi Neoproterozoikum sekitar 550 hingga 800 juta tahun yang lalu.

“Kami menyatukan hukum fisika yang beroperasi pada skala yang sangat berbeda, mulai dari difusi molekuler hingga mekanika planet. Kami menunjukkan bahwa ada hubungan mendasar antara panjang hari dan berapa banyak oksigen yang dapat dilepaskan oleh mikroba yang hidup di darat,” kata Chennu.

“Ini cukup menarik. Dengan cara ini kita menghubungkan tarian molekul-molekul dalam lapisan mikroba dengan tarian planet kita dan Bulannya,” tambahnya.  hay