Selama lebih satu abad, sains moden menganggap bahawa oksigen molekul (O₂) di Bumi hanya boleh dihasilkan melalui fotosintesis oleh tumbuhan, alga, dan sianobakteria yang memerlukan cahaya matahari. Namun, penemuan terbaharu yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience pada Julai 2024 telah menggegarkan asas biologi dan geologi. Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Profesor Andrew Sweetman dari Scottish Association for Marine Science (SAMS) telah mengesan kehadiran oksigen di zon Clarion-Clipperton (CCZ) di Lautan Pasifik Utara, pada kedalaman lebih 4,000 meter, di mana cahaya matahari langsung tidak mampu menembusi. Fenomena ini dinamakan 'oksigen gelap' (dark oxygen) kerana ia dihasilkan tanpa sebarang proses fotosintesis.
Penemuan Mengejutkan di Zon Clarion-Clipperton
Zon Clarion-Clipperton merupakan kawasan dasar laut yang luas, terbentang antara Hawaii dan Mexico, yang terkenal dengan kepekatan tinggi nodul polimetal—bongkah batu kecil bersaiz kentang yang kaya dengan mangan, besi, nikel, kobalt, dan tembaga. Kawasan ini menjadi tumpuan industri perlombongan laut dalam kerana kandungan logam nadir buminya. Pasukan Profesor Sweetman pada asalnya menjalankan kajian rutin untuk mengukur kadar penggunaan oksigen oleh mikroorganisma di sedimen dasar laut. Mereka menggunakan alat pendarat bentik (benthic lander) yang dilengkapi dengan penderia oksigen optik. Namun, bacaan yang diperoleh menunjukkan sesuatu yang mustahil: kepekatan oksigen meningkat secara konsisten di dalam ruang tertutup yang diletakkan di atas sedimen, bukannya menurun seperti yang dijangkakan. Selepas bertahun-tahun mengesahkan data dan menolak kemungkinan ralat alat, mereka akhirnya menyimpulkan bahawa nodul polimetal itu sendiri yang menghasilkan oksigen.
Mekanisme Geobateri Nodul Polimetal
Bagaimana batu boleh menghasilkan oksigen? Kajian lanjut menggunakan mikroskop elektron dan spektroskopi sinar-X mendedahkan bahawa permukaan nodul polimetal mempunyai sifat elektrokimia yang unik. Nodul ini terdiri daripada lapisan mineral oksida logam yang bertindak seperti sel galvanik semula jadi. Apabila dua nodul yang berbeza komposisi logamnya bersentuhan antara satu sama lain dalam air laut yang bersifat elektrolit, ia menghasilkan beza keupayaan elektrik yang cukup untuk memecahkan molekul air (H₂O) kepada hidrogen dan oksigen melalui proses elektrolisis. Dalam eksperimen makmal, pasukan penyelidik berjaya mengukur voltan sehingga 0.95 volt pada permukaan nodul—melebihi voltan minimum 1.23 volt yang diperlukan untuk elektrolisis air. Walaupun voltan ini lebih rendah, kesan kumulatif daripada berbilang nodul yang bersentuhan dalam kelompok besar mampu menghasilkan oksigen pada kadar yang boleh diukur. Fenomena ini dikenali sebagai 'geobateri'—sistem elektrik semula jadi yang menggunakan mineral logam sebagai elektrod dan air laut sebagai elektrolit.
Implikasi terhadap Asal Usul Kehidupan
Penemuan oksigen gelap mempunyai implikasi yang mendalam terhadap teori asal usul kehidupan di Bumi. Selama ini, saintis percaya bahawa oksigen atmosfera mula terkumpul kira-kira 2.4 bilion tahun lalu semasa Peristiwa Pengoksigenan Besar (Great Oxidation Event) yang disebabkan oleh sianobakteria fotosintetik. Namun, penemuan ini menunjukkan bahawa oksigen boleh wujud di lautan purba jauh lebih awal, sebelum evolusi fotosintesis. Nodul polimetal dipercayai telah terbentuk sejak zaman Archean, lebih 3 bilion tahun lalu, melalui pemendapan mineral daripada air laut. Jika nodul ini sudah menghasilkan oksigen sejak itu, maka oksigen mungkin telah tersedia di persekitaran laut dalam jauh sebelum fotosintesis muncul. Ini membuka kemungkinan bahawa kehidupan aerobik (yang memerlukan oksigen) mungkin telah berevolusi lebih awal daripada yang difikirkan, atau bahawa oksigen memainkan peranan dalam evolusi awal metabolisme sel. Pasukan penyelidik kini merancang untuk mengkaji sampel nodul dari formasi geologi purba untuk menguji hipotesis ini.
Potensi untuk Penerokaan Angkasa
Penemuan ini juga memberi impak besar kepada astrobiologi—kajian tentang kemungkinan kehidupan di luar Bumi. Bulan-bulan berais seperti Europa (bulan Musytari) dan Enceladus (bulan Zuhal) diketahui mempunyai lautan air cair di bawah kerak ais tebal. Sehingga kini, saintis menganggap bahawa oksigen di lautan tersebut hanya boleh datang daripada radiolisis (pemecahan molekul air oleh sinaran kosmik) atau daripada aktiviti hidroterma. Namun, penemuan geobateri nodul polimetal menunjukkan bahawa oksigen boleh dihasilkan secara elektrokimia di dasar laut bulan-bulan tersebut jika terdapat mineral logam yang sesuai. Misi Europa Clipper NASA yang akan dilancarkan pada Oktober 2024 akan membawa instrumen untuk mengesan sebatian organik dan potensi biosignatur. Penemuan ini memberikan satu mekanisme alternatif untuk penjanaan oksigen yang perlu dipertimbangkan dalam mentafsir data daripada misi tersebut. Jika oksigen wujud di lautan Europa, ia boleh menyokong kehidupan mikroba aerobik, atau bahkan organisma yang lebih kompleks.
Kontroversi dan Cabaran
Walaupun penemuan ini sangat menarik, ia tidak terlepas daripada kontroversi. Beberapa saintis geokimia telah mempersoalkan sama ada voltan yang diukur dalam makmal benar-benar mencerminkan keadaan di dasar laut sebenar, di mana faktor seperti tekanan tinggi, suhu rendah (2-4°C), dan kehadiran mikroorganisma boleh mengubah sifat elektrokimia. Pasukan Profesor Sweetman mengakui bahawa mereka masih belum dapat menghasilkan semula elektrolisis dalam keadaan tekanan tinggi di makmal, dan kajian lanjut diperlukan. Selain itu, terdapat kebimbangan etika dan alam sekitar: penemuan ini berlaku di kawasan yang menjadi sasaran perlombongan laut dalam. Jika nodul polimetal menghasilkan oksigen yang menyokong ekosistem unik di dasar laut, maka perlombongan boleh memusnahkan habitat yang bergantung kepada oksigen gelap ini. Pihak Berkuasa Dasar Laut Antarabangsa (ISA) kini berdepan tekanan untuk mengkaji semula peraturan perlombongan berdasarkan penemuan ini. Pasukan penyelidik telah menyeru agar moratorium perlombongan di CCZ dikuatkuasakan sehingga kajian impak ekologi yang lebih mendalam dapat dilakukan.
Masa Depan Penyelidikan Oksigen Gelap
Penemuan ini hanyalah permulaan. Pasukan Profesor Sweetman kini bekerjasama dengan ahli geofizik dari Universiti Harvard dan Institut Oseanografi Woods Hole untuk memetakan taburan nodul polimetal di seluruh lautan dunia dan mengukur potensi penghasilan oksigen di pelbagai lokasi. Mereka juga merancang untuk menghantar kenderaan kawalan jauh (ROV) ke lubang hidroterma dan gunung laut untuk melihat sama ada fenomena serupa berlaku di persekitaran lain. Di samping itu, penyelidik dari Universiti Tokyo sedang membangunkan model komputer untuk mensimulasikan elektrolisis semula jadi dalam pelbagai komposisi mineral dan suhu. Jika terbukti bahawa oksigen gelap adalah fenomena global, ia bukan sahaja akan menulis semula buku teks biologi dan geologi, tetapi juga mengubah cara kita mencari kehidupan di alam semesta. Mungkin, di suatu tempat di dasar lautan Europa, geobateri yang sama sedang menghasilkan oksigen untuk hidupan yang belum kita temui.
Menyingkap Rahsia Oksigen Gelap: Penemuan Nodul Polimetal di Dasar Lautan Pasifik Menghasilkan Oksigen Tanpa Fotosintesis Mencabar Teori Asal Usul Kehidupan. Satu pasukan penyelidik antarabangsa yang diketuai oleh Profesor Andrew Sweetman dari Scottish Association for Marine Science (SAMS) telah menemui fenomena mengejutkan di dasar Lautan Pasifik: nodul polimetal yang kaya dengan mangan, besi, dan kobalt bertindak seperti bateri semula jadi, menghasilkan oksigen melalui elektrolisis air laut pada kedalaman 4,000 meter tanpa sebarang cahaya matahari. Penemuan yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience pada Julai 2024 ini mencabar dogma sains bahawa oksigen hanya boleh dihasilkan melalui fotosintesis, sekaligus membuka semula perdebatan tentang asal usul kehidupan di Bumi dan potensi kehidupan di bulan-bulan berais seperti Europa dan Enceladus.. Selama lebih satu abad, sains moden menganggap bahawa oksigen molekul O₂ di Bumi hanya boleh dihasilkan melalui fotosintesis oleh tumbuhan, alga, dan sianobakteria yang memerlukan cahaya matahari. Namun, penemuan terbaharu yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience pada Julai 2024 telah menggegarkan asas biologi dan geologi. Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Profesor Andrew Sweetman dari Scottish Association for Marine Science SAMS telah mengesan kehadiran oksigen di zon Clarion-Clipperton CCZ di Lautan Pasifik Utara, pada kedalaman lebih 4,000 meter, di mana cahaya matahari langsung tidak mampu menembusi. Fenomena ini dinamakan 'oksigen gelap' dark oxygen kerana ia dihasilkan tanpa sebarang proses fotosintesis.
Penemuan Mengejutkan di Zon Clarion-Clipperton
Zon Clarion-Clipperton merupakan kawasan dasar laut yang luas, terbentang antara Hawaii dan Mexico, yang terkenal dengan kepekatan tinggi nodul polimetal—bongkah batu kecil bersaiz kentang yang kaya dengan mangan, besi, nikel, kobalt, dan tembaga. Kawasan ini menjadi tumpuan industri perlombongan laut dalam kerana kandungan logam nadir buminya. Pasukan Profesor Sweetman pada asalnya menjalankan kajian rutin untuk mengukur kadar penggunaan oksigen oleh mikroorganisma di sedimen dasar laut. Mereka menggunakan alat pendarat bentik benthic lander yang dilengkapi dengan penderia oksigen optik. Namun, bacaan yang diperoleh menunjukkan sesuatu yang mustahil: kepekatan oksigen meningkat secara konsisten di dalam ruang tertutup yang diletakkan di atas sedimen, bukannya menurun seperti yang dijangkakan. Selepas bertahun-tahun mengesahkan data dan menolak kemungkinan ralat alat, mereka akhirnya menyimpulkan bahawa nodul polimetal itu sendiri yang menghasilkan oksigen.
Mekanisme Geobateri Nodul Polimetal
Bagaimana batu boleh menghasilkan oksigen? Kajian lanjut menggunakan mikroskop elektron dan spektroskopi sinar-X mendedahkan bahawa permukaan nodul polimetal mempunyai sifat elektrokimia yang unik. Nodul ini terdiri daripada lapisan mineral oksida logam yang bertindak seperti sel galvanik semula jadi. Apabila dua nodul yang berbeza komposisi logamnya bersentuhan antara satu sama lain dalam air laut yang bersifat elektrolit, ia menghasilkan beza keupayaan elektrik yang cukup untuk memecahkan molekul air H₂O kepada hidrogen dan oksigen melalui proses elektrolisis. Dalam eksperimen makmal, pasukan penyelidik berjaya mengukur voltan sehingga 0.95 volt pada permukaan nodul—melebihi voltan minimum 1.23 volt yang diperlukan untuk elektrolisis air. Walaupun voltan ini lebih rendah, kesan kumulatif daripada berbilang nodul yang bersentuhan dalam kelompok besar mampu menghasilkan oksigen pada kadar yang boleh diukur. Fenomena ini dikenali sebagai 'geobateri'—sistem elektrik semula jadi yang menggunakan mineral logam sebagai elektrod dan air laut sebagai elektrolit.
Implikasi terhadap Asal Usul Kehidupan
Penemuan oksigen gelap mempunyai implikasi yang mendalam terhadap teori asal usul kehidupan di Bumi. Selama ini, saintis percaya bahawa oksigen atmosfera mula terkumpul kira-kira 2.4 bilion tahun lalu semasa Peristiwa Pengoksigenan Besar Great Oxidation Event yang disebabkan oleh sianobakteria fotosintetik. Namun, penemuan ini menunjukkan bahawa oksigen boleh wujud di lautan purba jauh lebih awal, sebelum evolusi fotosintesis. Nodul polimetal dipercayai telah terbentuk sejak zaman Archean, lebih 3 bilion tahun lalu, melalui pemendapan mineral daripada air laut. Jika nodul ini sudah menghasilkan oksigen sejak itu, maka oksigen mungkin telah tersedia di persekitaran laut dalam jauh sebelum fotosintesis muncul. Ini membuka kemungkinan bahawa kehidupan aerobik yang memerlukan oksigen mungkin telah berevolusi lebih awal daripada yang difikirkan, atau bahawa oksigen memainkan peranan dalam evolusi awal metabolisme sel. Pasukan penyelidik kini merancang untuk mengkaji sampel nodul dari formasi geologi purba untuk menguji hipotesis ini.
Potensi untuk Penerokaan Angkasa
Penemuan ini juga memberi impak besar kepada astrobiologi—kajian tentang kemungkinan kehidupan di luar Bumi. Bulan-bulan berais seperti Europa bulan Musytari dan Enceladus bulan Zuhal diketahui mempunyai lautan air cair di bawah kerak ais tebal. Sehingga kini, saintis menganggap bahawa oksigen di lautan tersebut hanya boleh datang daripada radiolisis pemecahan molekul air oleh sinaran kosmik atau daripada aktiviti hidroterma. Namun, penemuan geobateri nodul polimetal menunjukkan bahawa oksigen boleh dihasilkan secara elektrokimia di dasar laut bulan-bulan tersebut jika terdapat mineral logam yang sesuai. Misi Europa Clipper NASA yang akan dilancarkan pada Oktober 2024 akan membawa instrumen untuk mengesan sebatian organik dan potensi biosignatur. Penemuan ini memberikan satu mekanisme alternatif untuk penjanaan oksigen yang perlu dipertimbangkan dalam mentafsir data daripada misi tersebut. Jika oksigen wujud di lautan Europa, ia boleh menyokong kehidupan mikroba aerobik, atau bahkan organisma yang lebih kompleks.
Kontroversi dan Cabaran
Walaupun penemuan ini sangat menarik, ia tidak terlepas daripada kontroversi. Beberapa saintis geokimia telah mempersoalkan sama ada voltan yang diukur dalam makmal benar-benar mencerminkan keadaan di dasar laut sebenar, di mana faktor seperti tekanan tinggi, suhu rendah 2-4°C , dan kehadiran mikroorganisma boleh mengubah sifat elektrokimia. Pasukan Profesor Sweetman mengakui bahawa mereka masih belum dapat menghasilkan semula elektrolisis dalam keadaan tekanan tinggi di makmal, dan kajian lanjut diperlukan. Selain itu, terdapat kebimbangan etika dan alam sekitar: penemuan ini berlaku di kawasan yang menjadi sasaran perlombongan laut dalam. Jika nodul polimetal menghasilkan oksigen yang menyokong ekosistem unik di dasar laut, maka perlombongan boleh memusnahkan habitat yang bergantung kepada oksigen gelap ini. Pihak Berkuasa Dasar Laut Antarabangsa ISA kini berdepan tekanan untuk mengkaji semula peraturan perlombongan berdasarkan penemuan ini. Pasukan penyelidik telah menyeru agar moratorium perlombongan di CCZ dikuatkuasakan sehingga kajian impak ekologi yang lebih mendalam dapat dilakukan.
Masa Depan Penyelidikan Oksigen Gelap
Penemuan ini hanyalah permulaan. Pasukan Profesor Sweetman kini bekerjasama dengan ahli geofizik dari Universiti Harvard dan Institut Oseanografi Woods Hole untuk memetakan taburan nodul polimetal di seluruh lautan dunia dan mengukur potensi penghasilan oksigen di pelbagai lokasi. Mereka juga merancang untuk menghantar kenderaan kawalan jauh ROV ke lubang hidroterma dan gunung laut untuk melihat sama ada fenomena serupa berlaku di persekitaran lain. Di samping itu, penyelidik dari Universiti Tokyo sedang membangunkan model komputer untuk mensimulasikan elektrolisis semula jadi dalam pelbagai komposisi mineral dan suhu. Jika terbukti bahawa oksigen gelap adalah fenomena global, ia bukan sahaja akan menulis semula buku teks biologi dan geologi, tetapi juga mengubah cara kita mencari kehidupan di alam semesta. Mungkin, di suatu tempat di dasar lautan Europa, geobateri yang sama sedang menghasilkan oksigen untuk hidupan yang belum kita temui.