Kredit gambar: Stanford
Jika sebuah mesin waktu dapat membawa kita kembali 4,6 miliar tahun ke kelahiran Bumi, kita akan melihat matahari kita bersinar 20 hingga 25 persen lebih terang dari hari ini. Tanpa rumah kaca duniawi untuk memerangkap energi matahari dan menghangatkan atmosfer, dunia kita akan menjadi bola es yang berputar. Hidup mungkin tidak pernah berevolusi.
Tapi kehidupan memang berevolusi, jadi gas rumah kaca pasti ada di sekitar untuk menghangatkan Bumi. Bukti dari catatan geologis menunjukkan berlimpahnya karbon dioksida gas rumah kaca. Metana mungkin ada juga, tetapi gas rumah kaca itu tidak meninggalkan jejak geologis yang cukup untuk dideteksi dengan pasti. Oksigen molekuler tidak ada di sekitar, menunjukkan batuan dari zaman itu, yang mengandung besi karbonat dan bukan oksida besi. Sidik jari batu dari aliran sungai, lautan cair, dan mineral yang terbentuk dari penguapan mengkonfirmasi bahwa 3 miliar tahun yang lalu, Bumi cukup hangat untuk air cair.
Sekarang, catatan geologis yang terungkap dalam beberapa batuan tertua di Bumi menceritakan kisah mengejutkan tentang kehancuran rumah kaca itu - dan regenerasi berikutnya. Tetapi yang lebih mengejutkan, kata para ilmuwan Stanford yang melaporkan temuan ini dalam jurnal Geology edisi 25 Mei, adalah peran penting yang dimainkan batu dalam evolusi atmosfer awal.
"Ini benar-benar pertama kalinya kami mencoba untuk mengumpulkan gambaran tentang bagaimana atmosfer awal, iklim awal dan evolusi benua awal berjalan seiring," kata Donald R. Lowe, seorang profesor ilmu geologi dan lingkungan yang menulis kertas dengan Michael M. Tice, seorang mahasiswa pascasarjana yang menyelidiki kehidupan awal. Program Eksobiologi NASA mendanai pekerjaan mereka. "Di masa lalu geologis, iklim dan atmosfer benar-benar sangat dipengaruhi oleh perkembangan benua."
Rekor di bebatuan
Untuk mengumpulkan petunjuk geologis tentang seperti apa atmosfer awal itu dan bagaimana berevolusi, Lowe, seorang ahli geologi lapangan, telah menghabiskan hampir setiap musim panas sejak tahun 1977 di Afrika Selatan atau Australia Barat mengumpulkan batu-batu yang, secara harfiah, lebih tua dari bukit. Beberapa batuan tertua di Bumi, berumur sekitar 3,2 hingga 3,5 miliar tahun.
"Semakin jauh Anda pergi, umumnya, semakin sulit untuk menemukan catatan yang setia, batu yang belum diputar dan diperas dan metamorfosis dan diubah," kata Lowe. "Kami melihat kembali sejauh catatan sedimen berjalan."
Setelah mengukur dan memetakan batu, Lowe membawa sampel kembali ke Stanford untuk memotong menjadi beberapa bagian yang sangat tipis sehingga fitur mereka dapat diungkapkan di bawah mikroskop. Kolaborator berpartisipasi dalam analisis geokimia dan isotop serta pemodelan komputer yang selanjutnya mengungkap sejarah batuan.
Catatan geologis menceritakan sebuah kisah di mana benua menghilangkan karbon dioksida gas rumah kaca dari atmosfer awal yang mungkin sama panasnya dengan 70 derajat Celcius (158 F). Pada saat ini Bumi sebagian besar adalah lautan. Terlalu panas untuk memiliki es di kutub. Lowe berhipotesis bahwa hujan dikombinasikan dengan karbon dioksida atmosfer untuk membuat asam karbonat, yang melewati pegunungan yang menjorok dari kerak benua yang baru terbentuk. Asam karbonat terdisosiasi untuk membentuk ion hidrogen, yang menemukan jalannya ke dalam struktur mineral pelapukan, dan bikarbonat, yang dibawa ke sungai dan aliran air untuk diendapkan sebagai batu kapur dan mineral lainnya dalam sedimen laut.
Seiring waktu, lempengan besar kerak samudera ditarik ke bawah, atau ditundukkan, ke dalam mantel Bumi. Karbon yang terkunci di kerak ini pada dasarnya hilang, diikat selama 60 juta tahun atau lebih sehingga dibutuhkan mineral untuk didaur ulang kembali ke permukaan atau lebih besar dari gunung berapi.
Atmosfer awal yang panas mungkin mengandung metana juga, kata Lowe. Ketika kadar karbon dioksida turun karena pelapukan, pada beberapa titik, kadar karbon dioksida dan metana menjadi hampir sama, ia menduga. Hal ini menyebabkan metana menjadi aerosol menjadi partikel halus, menciptakan kabut yang mirip dengan yang saat ini hadir di atmosfer bulan Titan Saturnus. "Efek Titan" ini terjadi di Bumi 2,7 hingga 2,8 miliar tahun yang lalu.
Efek Titan menghilangkan metana dari atmosfer dan kabut menyaring cahaya; keduanya menyebabkan pendinginan lebih lanjut, mungkin penurunan suhu 40 hingga 50 derajat Celcius. Akhirnya, sekitar 3 miliar tahun yang lalu, rumah kaca baru saja runtuh, Lowe dan Tice berteori, dan glasiasi pertama Bumi mungkin terjadi 2,9 miliar tahun yang lalu.
Bangkit setelah jatuh
Di sini bebatuan mengungkapkan twist aneh dalam cerita - akhirnya regenerasi rumah kaca. Ingatlah bahwa 3 miliar tahun yang lalu, Bumi pada dasarnya adalah Waterworld. Tidak ada tanaman atau hewan yang memengaruhi atmosfer. Bahkan ganggang belum berevolusi. Mikroba fotosintesis primitif ada di sekitar dan mungkin memainkan peran dalam pembentukan metana dan penggunaan karbon dioksida yang kecil.
Selama pelapukan kontinental yang cepat berlanjut, karbonat diendapkan pada kerak samudera dan ditransformasikan ke dalam apa yang oleh Lowe disebut "fasilitas penyimpanan besar ... yang menjaga sebagian besar karbon dioksida keluar dari atmosfer."
Tetapi karena karbon dioksida dikeluarkan dari atmosfer dan dimasukkan ke dalam batuan, pelapukan melambat - ada lebih sedikit asam karbonat untuk mengikis pegunungan dan pegunungan menjadi lebih rendah. Tetapi gunung berapi masih memuntahkan ke atmosfer sejumlah besar karbon dari kerak samudera daur ulang.
"Jadi akhirnya tingkat karbon dioksida naik lagi," kata Lowe. "Ini mungkin tidak pernah kembali ke tingkat penuh 70 derajat Celcius, tetapi mungkin naik untuk membuat Bumi hangat lagi."
Musim panas ini, Lowe dan Tice akan mengumpulkan sampel yang akan memungkinkan mereka untuk menentukan suhu interval waktu ini, sekitar 2,6 hingga 2,7 miliar tahun yang lalu, untuk mendapatkan ide yang lebih baik tentang bagaimana panasnya Bumi.
Benua baru terbentuk dan lapuk, sekali lagi mengeluarkan karbon dioksida dari atmosfer. Sekitar 3 miliar tahun yang lalu, mungkin 10 atau 15 persen dari wilayah Bumi saat ini di kerak benua telah terbentuk. Pada 2,5 miliar tahun yang lalu, sejumlah besar kerak benua baru telah terbentuk - sekitar 50 hingga 60 persen dari luas kerak benua saat ini. Selama siklus kedua ini, pelapukan jumlah batu yang lebih besar menyebabkan pendinginan atmosfer yang lebih besar, memacu glasiasi mendalam sekitar 2,3 hingga 2,4 miliar tahun yang lalu.
Selama beberapa juta tahun terakhir, kita telah bolak-balik antara zaman glasial dan interglasial, kata Lowe. Kami berada dalam periode interglasial sekarang. Ini adalah transisi - dan para ilmuwan masih berusaha memahami besarnya perubahan iklim global yang disebabkan oleh manusia dalam sejarah baru-baru ini dibandingkan dengan yang disebabkan oleh proses alami selama berabad-abad.
"Kami mengganggu sistem pada tingkat yang jauh melebihi sistem yang menandai perubahan iklim di masa lalu," kata Lowe. “Meskipun demikian, hampir semua percobaan, hampir semua variasi dan semua perubahan iklim yang kami coba pahami hari ini telah terjadi sebelumnya. Alam sudah melakukan sebagian besar eksperimen ini. Jika kita dapat menganalisis iklim kuno, komposisi atmosfer, dan interaksi di antara kerak, atmosfer, kehidupan, dan iklim di masa lalu geologis, kita dapat mengambil beberapa langkah pertama untuk memahami apa yang terjadi hari ini dan kemungkinan akan terjadi besok. ”
Sumber Asli: Siaran Berita Stanford
