Selama berabad-abad, para saintis meyakini bahawa oksigen di Bumi dihasilkan semata-mata melalui fotosintesis oleh tumbuhan, alga, dan sianobakteria. Namun, satu penemuan terbaharu di dasar Lautan Pasifik telah menggemparkan dunia sains. Nodul polimetalik – ketulan mineral sebesar kentang yang bertaburan di dasar laut dalam – didapati mampu menghasilkan oksigen secara bebas tanpa sebarang cahaya matahari. Fenomena yang digelar 'oksigen gelap' ini bukan sahaja mencabar teori asas biologi dan geokimia, malah membuka lembaran baharu dalam pencarian kehidupan di luar Bumi.
Penemuan Mengejutkan di Zon Clarion-Clipperton
Kajian yang diterbitkan dalam jurnal
Nature Geoscience pada Julai 2024 ini dijalankan oleh pasukan penyelidik dari Scottish Association for Marine Science (SAMS), Universiti Boston, dan beberapa institusi lain. Mereka menyelidik dasar laut di Zon Clarion-Clipperton (CCZ), sebuah kawasan di Lautan Pasifik yang terletak kira-kira 4,000 meter di bawah permukaan air. Kawasan ini terkenal dengan kepekatan tinggi nodul polimetalik yang mengandungi mangan, nikel, kobalt, dan tembaga – logam yang menjadi sasaran perlombongan laut dalam.
Pada mulanya, para penyelidik mengukur kadar oksigen di dalam ruang tertutup yang diletakkan di dasar laut. Mereka menjangkakan bacaan oksigen akan menurun kerana tiada fotosintesis di kedalaman tersebut. Sebaliknya, bacaan oksigen meningkat secara konsisten. "Kami pada mulanya menyangka peralatan kami rosak," kata Profesor Andrew Sweetman, ketua penyelidik dari SAMS. "Namun, selepas berulang kali mengulang uji kaji, kami terpaksa menerima hakikat bahawa nodul polimetalik ini menghasilkan oksigen."
Metodologi Kajian dan Pengukuran
Pasukan penyelidik menggunakan pelantar penyelidikan
RV Atlantis dan kenderaan kawalan jauh (ROV) untuk mengambil sampel nodul dan air laut dari dasar CCZ. Mereka melakukan eksperimen
in situ dengan meletakkan ruang inkubasi khas yang dipanggil
benthic chamber terus di dasar laut. Ruang ini mengasingkan sebahagian kecil dasar laut bersama nodul dan sedimen, lalu mengukur perubahan kepekatan oksigen dari semasa ke semasa menggunakan sensor optod yang sangat sensitif.
Keputusan menunjukkan peningkatan oksigen yang signifikan – sehingga tiga kali ganda lebih tinggi daripada paras latar belakang – dalam ruang yang mengandungi nodul polimetalik. Sebaliknya, ruang kawalan yang hanya berisi sedimen tanpa nodul tidak menunjukkan sebarang peningkatan oksigen. Untuk memastikan penemuan ini bukan artifak, pasukan juga melakukan uji kaji di makmal dengan mencelupkan nodul ke dalam air laut tiruan dan mengukur voltan elektrik yang terhasil. Mereka mendapati nodul menghasilkan voltan sehingga 0.95 volt – hampir mencukupi untuk memecahkan molekul air (elektrolisis) yang memerlukan 1.23 volt.
Mekanisme Elektrokimia Nodul Polimetalik
Bagaimana nodul polimetalik menghasilkan oksigen? Jawapannya terletak pada sifat elektrokimia unik nodul tersebut. Nodul polimetalik terbentuk melalui pemendapan perlahan oksida mangan dan besi di sekeliling serpihan kecil seperti gigi jerung atau foraminifera. Proses ini mengambil masa berjuta-juta tahun. Struktur dalaman nodul sangat berlapis-lapis, dengan kepekatan logam yang berbeza pada setiap lapisan. Perbezaan potensi elektrik antara lapisan-lapisan ini, ditambah dengan kehadiran ion logam seperti mangan (Mn) yang boleh bertindak sebagai pemangkin, menghasilkan sel galvanik semula jadi.
Apabila nodul terdedah kepada air laut yang bersifat elektrolit, perbezaan voltan antara lapisan menyebabkan pengaliran elektron. Pada voltan yang mencukupi, elektron ini boleh memecahkan molekul air (H₂O) kepada ion hidrogen (H⁺) dan gas oksigen (O₂). Proses ini serupa dengan elektrolisis air di makmal, tetapi berlaku secara semula jadi di dasar laut tanpa sebarang sumber kuasa luaran. Penemuan ini menandakan kali pertama proses elektrokimia semula jadi dikenal pasti sebagai sumber oksigen utama di persekitaran tanpa cahaya.
Implikasi terhadap Teori Kehidupan Awal Bumi
Penemuan oksigen gelap ini mempunyai implikasi yang mendalam terhadap pemahaman kita tentang asal usul kehidupan di Bumi. Selama ini, teori arus perdana menyatakan bahawa oksigen atmosfera mula terkumpul kira-kira 2.4 bilion tahun lalu semasa Peristiwa Pengoksigenan Besar (Great Oxidation Event) hasil daripada fotosintesis sianobakteria. Namun, penemuan ini menunjukkan bahawa oksigen mungkin telah wujud di lautan dalam jauh lebih awal, sebelum evolusi fotosintesis.
"Jika nodul polimetalik boleh menghasilkan oksigen di dasar laut moden, kemungkinan besar proses yang sama berlaku di lautan purba," kata Dr. Franziska Schmidt, ahli geokimia dari Universiti Boston. "Ini bermakna oksigen mungkin telah tersedia di persekitaran hidroterma dan dasar laut dalam berbilion tahun sebelum fotosintesis muncul. Keadaan ini boleh menyediakan 'oasis oksigen' yang membolehkan organisma aerobik awal berkembang." Kajian ini juga mencadangkan bahawa kehidupan mungkin tidak perlu bergantung sepenuhnya kepada fotosintesis untuk mendapatkan oksigen, sekaligus memperluaskan definisi zon boleh huni di Bumi dan planet lain.
Kesan terhadap Pencarian Kehidupan di Planet Lain
Penemuan ini juga memberi impak besar dalam bidang astrobiologi. Bulan-bulan berais seperti Europa (Musytari) dan Enceladus (Zuhal) diketahui mempunyai lautan air masin di bawah kerak ais tebal. Sehingga kini, saintis menganggap bahawa oksigen di lautan tersebut hanya boleh datang daripada radiolisis ais permukaan oleh sinaran kosmik. Namun, jika nodul polimetalik atau struktur geologi serupa wujud di dasar lautan bulan-bulan tersebut, ia boleh menghasilkan oksigen secara berterusan tanpa memerlukan cahaya matahari.
"Kami kini mempunyai mekanisme baharu yang boleh menghasilkan oksigen di dunia lautan tanpa fotosintesis," kata Profesor Sweetman. "Ini meningkatkan kemungkinan bahawa Europa dan Enceladus mungkin mempunyai persekitaran yang lebih kaya oksigen daripada yang kita sangkakan, sekaligus menyokong potensi kehidupan mikrob di sana." Misi angkasa lepas seperti Europa Clipper NASA dan JUICE Agensi Angkasa Eropah yang akan tiba di sistem Musytari pada awal 2030-an mungkin perlu mempertimbangkan fenomena ini dalam reka bentuk instrumen mereka.
Cabaran dan Kontroversi
Walaupun penemuan ini sangat menarik, ia tidak terlepas daripada kritikan. Sesetengah saintis berpendapat bahawa voltan yang diukur (0.95 V) masih di bawah ambang elektrolisis air (1.23 V) dan mungkin tidak mencukupi untuk memecahkan molekul air secara langsung. Namun, pasukan penyelidik berhujah bahawa kesan pemangkinan oleh oksida mangan dan struktur nano nodul boleh merendahkan halangan tenaga yang diperlukan. Selain itu, kehadiran ion klorida dalam air laut mungkin membolehkan tindak balas sampingan yang turut menyumbang kepada pembebasan oksigen.
Kajian lanjut diperlukan untuk mengesahkan mekanisme tepat dan mengukur kadar pengeluaran oksigen secara global. Pasukan SAMS kini merancang ekspedisi baharu ke kawasan lain di Lautan Pasifik dan Lautan Hindi untuk melihat sama ada fenomena ini berlaku di lokasi lain. Mereka juga bekerjasama dengan ahli kimia bahan untuk mensintesis nodul tiruan dan mengkaji proses elektrokimia dengan lebih terperinci.
Kesimpulan
Penemuan oksigen gelap di dasar Lautan Pasifik merupakan salah satu penemuan sains paling mengejutkan dalam dekad ini. Ia bukan sahaja mencabar dogma lama tentang sumber oksigen Bumi, malah membuka pintu kepada kemungkinan baharu dalam astrobiologi dan pemahaman kita tentang kehidupan. Nodul polimetalik yang selama ini dianggap sebagai sumber mineral semata-mata kini terbukti mempunyai peranan ekologi yang tidak diduga. Dalam era perlombongan laut dalam yang semakin hampir, penemuan ini juga menimbulkan persoalan etika: adakah kita patut mengganggu ekosistem yang mungkin menjadi 'paru-paru' oksigen bagi hidupan laut dalam? Jawapannya memerlukan keseimbangan antara kemajuan ekonomi dan pemuliharaan alam sekitar yang bijaksana.
Oksigen Gelap di Dasar Lautan Pasifik: Nodul Polimetalik Menghasilkan Oksigen Tanpa Cahaya Matahari Mencabar Teori Kehidupan Awal Bumi. Satu pasukan penyelidik antarabangsa yang diketuai oleh Scottish Association for Marine Science (SAMS) telah menemui fenomena mengejutkan di dasar Lautan Pasifik: nodul polimetalik yang kaya dengan mangan dan logam lain menghasilkan oksigen melalui proses elektrokimia tanpa kehadiran cahaya matahari. Penemuan yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience ini mencabar dogma sains bahawa oksigen hanya boleh dihasilkan melalui fotosintesis. Kajian ini membuka perspektif baharu tentang asal usul kehidupan di Bumi dan potensi kehidupan di planet lain seperti Europa dan Enceladus.. Selama berabad-abad, para saintis meyakini bahawa oksigen di Bumi dihasilkan semata-mata melalui fotosintesis oleh tumbuhan, alga, dan sianobakteria. Namun, satu penemuan terbaharu di dasar Lautan Pasifik telah menggemparkan dunia sains. Nodul polimetalik – ketulan mineral sebesar kentang yang bertaburan di dasar laut dalam – didapati mampu menghasilkan oksigen secara bebas tanpa sebarang cahaya matahari. Fenomena yang digelar 'oksigen gelap' ini bukan sahaja mencabar teori asas biologi dan geokimia, malah membuka lembaran baharu dalam pencarian kehidupan di luar Bumi.
Penemuan Mengejutkan di Zon Clarion-Clipperton
Kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience pada Julai 2024 ini dijalankan oleh pasukan penyelidik dari Scottish Association for Marine Science SAMS , Universiti Boston, dan beberapa institusi lain. Mereka menyelidik dasar laut di Zon Clarion-Clipperton CCZ , sebuah kawasan di Lautan Pasifik yang terletak kira-kira 4,000 meter di bawah permukaan air. Kawasan ini terkenal dengan kepekatan tinggi nodul polimetalik yang mengandungi mangan, nikel, kobalt, dan tembaga – logam yang menjadi sasaran perlombongan laut dalam.
Pada mulanya, para penyelidik mengukur kadar oksigen di dalam ruang tertutup yang diletakkan di dasar laut. Mereka menjangkakan bacaan oksigen akan menurun kerana tiada fotosintesis di kedalaman tersebut. Sebaliknya, bacaan oksigen meningkat secara konsisten. "Kami pada mulanya menyangka peralatan kami rosak," kata Profesor Andrew Sweetman, ketua penyelidik dari SAMS. "Namun, selepas berulang kali mengulang uji kaji, kami terpaksa menerima hakikat bahawa nodul polimetalik ini menghasilkan oksigen."
Metodologi Kajian dan Pengukuran
Pasukan penyelidik menggunakan pelantar penyelidikan RV Atlantis dan kenderaan kawalan jauh ROV untuk mengambil sampel nodul dan air laut dari dasar CCZ. Mereka melakukan eksperimen in situ dengan meletakkan ruang inkubasi khas yang dipanggil benthic chamber terus di dasar laut. Ruang ini mengasingkan sebahagian kecil dasar laut bersama nodul dan sedimen, lalu mengukur perubahan kepekatan oksigen dari semasa ke semasa menggunakan sensor optod yang sangat sensitif.
Keputusan menunjukkan peningkatan oksigen yang signifikan – sehingga tiga kali ganda lebih tinggi daripada paras latar belakang – dalam ruang yang mengandungi nodul polimetalik. Sebaliknya, ruang kawalan yang hanya berisi sedimen tanpa nodul tidak menunjukkan sebarang peningkatan oksigen. Untuk memastikan penemuan ini bukan artifak, pasukan juga melakukan uji kaji di makmal dengan mencelupkan nodul ke dalam air laut tiruan dan mengukur voltan elektrik yang terhasil. Mereka mendapati nodul menghasilkan voltan sehingga 0.95 volt – hampir mencukupi untuk memecahkan molekul air elektrolisis yang memerlukan 1.23 volt.
Mekanisme Elektrokimia Nodul Polimetalik
Bagaimana nodul polimetalik menghasilkan oksigen? Jawapannya terletak pada sifat elektrokimia unik nodul tersebut. Nodul polimetalik terbentuk melalui pemendapan perlahan oksida mangan dan besi di sekeliling serpihan kecil seperti gigi jerung atau foraminifera. Proses ini mengambil masa berjuta-juta tahun. Struktur dalaman nodul sangat berlapis-lapis, dengan kepekatan logam yang berbeza pada setiap lapisan. Perbezaan potensi elektrik antara lapisan-lapisan ini, ditambah dengan kehadiran ion logam seperti mangan Mn yang boleh bertindak sebagai pemangkin, menghasilkan sel galvanik semula jadi.
Apabila nodul terdedah kepada air laut yang bersifat elektrolit, perbezaan voltan antara lapisan menyebabkan pengaliran elektron. Pada voltan yang mencukupi, elektron ini boleh memecahkan molekul air H₂O kepada ion hidrogen H⁺ dan gas oksigen O₂ . Proses ini serupa dengan elektrolisis air di makmal, tetapi berlaku secara semula jadi di dasar laut tanpa sebarang sumber kuasa luaran. Penemuan ini menandakan kali pertama proses elektrokimia semula jadi dikenal pasti sebagai sumber oksigen utama di persekitaran tanpa cahaya.
Implikasi terhadap Teori Kehidupan Awal Bumi
Penemuan oksigen gelap ini mempunyai implikasi yang mendalam terhadap pemahaman kita tentang asal usul kehidupan di Bumi. Selama ini, teori arus perdana menyatakan bahawa oksigen atmosfera mula terkumpul kira-kira 2.4 bilion tahun lalu semasa Peristiwa Pengoksigenan Besar Great Oxidation Event hasil daripada fotosintesis sianobakteria. Namun, penemuan ini menunjukkan bahawa oksigen mungkin telah wujud di lautan dalam jauh lebih awal, sebelum evolusi fotosintesis.
"Jika nodul polimetalik boleh menghasilkan oksigen di dasar laut moden, kemungkinan besar proses yang sama berlaku di lautan purba," kata Dr. Franziska Schmidt, ahli geokimia dari Universiti Boston. "Ini bermakna oksigen mungkin telah tersedia di persekitaran hidroterma dan dasar laut dalam berbilion tahun sebelum fotosintesis muncul. Keadaan ini boleh menyediakan 'oasis oksigen' yang membolehkan organisma aerobik awal berkembang." Kajian ini juga mencadangkan bahawa kehidupan mungkin tidak perlu bergantung sepenuhnya kepada fotosintesis untuk mendapatkan oksigen, sekaligus memperluaskan definisi zon boleh huni di Bumi dan planet lain.
Kesan terhadap Pencarian Kehidupan di Planet Lain
Penemuan ini juga memberi impak besar dalam bidang astrobiologi. Bulan-bulan berais seperti Europa Musytari dan Enceladus Zuhal diketahui mempunyai lautan air masin di bawah kerak ais tebal. Sehingga kini, saintis menganggap bahawa oksigen di lautan tersebut hanya boleh datang daripada radiolisis ais permukaan oleh sinaran kosmik. Namun, jika nodul polimetalik atau struktur geologi serupa wujud di dasar lautan bulan-bulan tersebut, ia boleh menghasilkan oksigen secara berterusan tanpa memerlukan cahaya matahari.
"Kami kini mempunyai mekanisme baharu yang boleh menghasilkan oksigen di dunia lautan tanpa fotosintesis," kata Profesor Sweetman. "Ini meningkatkan kemungkinan bahawa Europa dan Enceladus mungkin mempunyai persekitaran yang lebih kaya oksigen daripada yang kita sangkakan, sekaligus menyokong potensi kehidupan mikrob di sana." Misi angkasa lepas seperti Europa Clipper NASA dan JUICE Agensi Angkasa Eropah yang akan tiba di sistem Musytari pada awal 2030-an mungkin perlu mempertimbangkan fenomena ini dalam reka bentuk instrumen mereka.
Cabaran dan Kontroversi
Walaupun penemuan ini sangat menarik, ia tidak terlepas daripada kritikan. Sesetengah saintis berpendapat bahawa voltan yang diukur 0.95 V masih di bawah ambang elektrolisis air 1.23 V dan mungkin tidak mencukupi untuk memecahkan molekul air secara langsung. Namun, pasukan penyelidik berhujah bahawa kesan pemangkinan oleh oksida mangan dan struktur nano nodul boleh merendahkan halangan tenaga yang diperlukan. Selain itu, kehadiran ion klorida dalam air laut mungkin membolehkan tindak balas sampingan yang turut menyumbang kepada pembebasan oksigen.
Kajian lanjut diperlukan untuk mengesahkan mekanisme tepat dan mengukur kadar pengeluaran oksigen secara global. Pasukan SAMS kini merancang ekspedisi baharu ke kawasan lain di Lautan Pasifik dan Lautan Hindi untuk melihat sama ada fenomena ini berlaku di lokasi lain. Mereka juga bekerjasama dengan ahli kimia bahan untuk mensintesis nodul tiruan dan mengkaji proses elektrokimia dengan lebih terperinci.
Kesimpulan
Penemuan oksigen gelap di dasar Lautan Pasifik merupakan salah satu penemuan sains paling mengejutkan dalam dekad ini. Ia bukan sahaja mencabar dogma lama tentang sumber oksigen Bumi, malah membuka pintu kepada kemungkinan baharu dalam astrobiologi dan pemahaman kita tentang kehidupan. Nodul polimetalik yang selama ini dianggap sebagai sumber mineral semata-mata kini terbukti mempunyai peranan ekologi yang tidak diduga. Dalam era perlombongan laut dalam yang semakin hampir, penemuan ini juga menimbulkan persoalan etika: adakah kita patut mengganggu ekosistem yang mungkin menjadi 'paru-paru' oksigen bagi hidupan laut dalam? Jawapannya memerlukan keseimbangan antara kemajuan ekonomi dan pemuliharaan alam sekitar yang bijaksana.