Model-model evolusi Matahari menunjukkan bahwa 30 persen lebih sedikit bercahaya selama sejarah awal Bumi daripada sekarang. Sebuah penelitian baru dan melihat bulan Saturnus, Titan, telah memberikan petunjuk tentang bagaimana Matahari bisa membuat Bumi awal cukup hangat. Para ilmuwan mengatakan kabut organik tebal yang menyelimuti Bumi awal beberapa miliar tahun yang lalu mungkin mirip dengan kabut yang menutupi Titan dan akan melindungi kehidupan yang muncul di planet ini dari efek merusak radiasi ultraviolet, sekaligus menghangatkan planet ini.
Eric Wolf dari University of Colorado-Boulder dan timnya percaya kabut organik terutama terdiri dari produk sampingan kimia metana dan nitrogen yang dibuat oleh reaksi dengan cahaya. Jika partikel menggumpal bersama dalam struktur yang lebih besar dan kompleks, suatu pengaturan yang dikenal sebagai distribusi ukuran fraktal, maka partikel terkecil akan berinteraksi dengan radiasi gelombang pendek, sedangkan struktur yang lebih besar terbuat dari partikel yang lebih kecil akan memengaruhi panjang gelombang yang lebih panjang. Tidak hanya kabut yang akan melindungi Bumi awal dari sinar UV, kabut asap seperti amonia akan menumpuk, menyebabkan pemanasan rumah kaca dan mungkin membantu mencegah planet membeku.
Peneliti lain termasuk Carl Sagan telah mengusulkan solusi yang mungkin untuk paradoks "Matahari Pudar Dini" ini, yang umumnya melibatkan atmosfer dengan gas rumah kaca yang kuat yang bisa membantu melindungi Bumi. Tetapi sementara gas-gas itu akan menghalangi radiasi, ia tidak akan cukup menghangatkan Bumi untuk terbentuk.
"Karena model-model iklim menunjukkan bahwa Bumi purba tidak mungkin dihangatkan hanya dengan karbon dioksida atmosfer karena tingkatnya yang rendah, gas-gas rumah kaca lainnya pasti terlibat," kata Wolf. "Kami pikir penjelasan paling logis adalah metana, yang mungkin telah dipompa ke atmosfer oleh kehidupan awal yang memetabolisme itu."
Simulasi laboratorium membantu para peneliti menyimpulkan bahwa kabut Bumi kemungkinan terdiri dari "rantai" partikel agregat yang tidak beraturan dengan ukuran geometris yang lebih besar, mirip dengan bentuk aerosol yang diyakini mengisi atmosfer tebal Titan. Kedatangan pesawat ruang angkasa Cassini di Saturnus pada tahun 2004 telah memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari Titan, satu-satunya bulan di tata surya dengan atmosfer yang padat dan cairan di permukaannya.
Selama periode Archean tidak ada lapisan ozon di atmosfer Bumi untuk melindungi kehidupan di planet ini, kata Wolf. "Kabut metana perisai UV di atas Bumi awal, kami sarankan tidak hanya akan melindungi permukaan Bumi, itu akan melindungi gas atmosfer di bawahnya - termasuk gas rumah kaca yang kuat, amonia - yang akan memainkan peran penting dalam menjaga Bumi awal hangat."
Para peneliti memperkirakan ada sekitar 100 juta ton kabut asap yang dihasilkan setiap tahun di atmosfer Bumi purba selama periode ini. "Jika ini yang terjadi, atmosfer Bumi purba secara harfiah akan meneteskan bahan organik ke lautan, memberikan manna dari surga bagi kehidupan paling awal untuk mempertahankan dirinya," kata anggota tim Brian Toon, juga dari CU-Boulder.
"Metana adalah kunci untuk membuat model iklim ini berjalan, jadi salah satu tujuan kami sekarang adalah untuk menentukan dari mana dan bagaimana asalnya," kata Toon. Jika organisme paling awal di Bumi tidak menghasilkan metana, itu mungkin dihasilkan oleh pelepasan gas selama letusan gunung berapi baik sebelum atau setelah kehidupan pertama kali muncul - sebuah hipotesis yang akan membutuhkan studi lebih lanjut.
Studi baru ini kemungkinan akan menyalakan kembali minat dalam percobaan kontroversial oleh ilmuwan Stanley Miller dan Harold Urey pada 1950-an di mana metana, amonia, nitrogen, dan air digabungkan dalam tabung reaksi. Setelah Miller dan Urey mengalirkan arus listrik melalui campuran untuk mensimulasikan efek petir atau radiasi UV yang kuat, hasilnya adalah penciptaan genangan asam amino kecil - bahan pembangun kehidupan.
"Kami masih memiliki banyak penelitian yang harus dilakukan untuk memperbaiki pandangan baru kita tentang Bumi awal," kata Wolf. "Tapi kami pikir makalah ini memecahkan sejumlah masalah yang terkait dengan kabut yang ada di awal Bumi dan kemungkinan memainkan peran dalam memicu atau setidaknya mendukung kehidupan paling awal di planet ini."
Sumber: CU-Boulder, Sains
