Selama lebih satu abad, para saintis meyakini bahawa oksigen molekul (O₂) di Bumi hanya boleh dihasilkan melalui fotosintesis—proses biologi yang bergantung kepada cahaya matahari. Namun, penemuan terbaharu yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience pada Julai 2024 telah menggemparkan dunia sains. Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Dr. Andrew Sweetman dari Scottish Association for Marine Science (SAMS) menemui bukti bahawa nodul polimetal—bongkahan mineral yang berselerak di dasar laut dalam—mampu menghasilkan oksigen secara abiotik melalui elektrolisis air. Fenomena ini digelar 'dark oxygen' (oksigen gelap) kerana ia berlaku di kawasan yang langsung tidak menerima cahaya matahari, iaitu di Zona Clarion-Clipperton (CCZ) di Lautan Pasifik pada kedalaman lebih 4,000 meter.
Penemuan Mengejutkan di Zona Clarion-Clipperton
Zona Clarion-Clipperton merupakan kawasan dasar laut yang kaya dengan nodul polimetal—bongkahan mineral bersaiz kentang yang mengandungi mangan, nikel, kobalt, dan tembaga. Kawasan ini menjadi tumpuan syarikat perlombongan laut dalam kerana potensi ekonominya. Pada awalnya, pasukan Dr. Sweetman sedang mengkaji kadar penggunaan oksigen oleh mikroorganisma di sedimen dasar laut. Mereka menggunakan alat benthic chamber yang diletakkan di dasar laut untuk mengukur perubahan kepekatan oksigen dari semasa ke semasa. Secara teori, kepekatan oksigen sepatutnya menurun kerana organisma menghirupnya. Namun, sebaliknya berlaku: kepekatan oksigen meningkat secara konsisten di beberapa lokasi, terutamanya di kawasan yang dipenuhi nodul polimetal. Fenomena ini tidak dapat dijelaskan oleh mana-mana proses biologi yang diketahui.
Metodologi Kajian dan Pengukuran
Untuk memastikan penemuan ini bukan kesilapan alat, pasukan penyelidik melakukan pelbagai kawalan. Mereka mengulangi pengukuran di beberapa stesen berbeza, menggunakan pelbagai jenis benthic chamber, dan juga membawa sampel nodul ke makmal di atas kapal. Di makmal, mereka meletakkan nodul dalam air laut yang telah disterilkan dan mengukur kepekatan oksigen dalam keadaan gelap sepenuhnya. Hasilnya sama: oksigen terus dihasilkan. Mereka juga menguji nodul yang telah dibersihkan daripada sebarang biofilm mikroorganisma, dan oksigen masih terhasil. Ini mengesahkan bahawa proses tersebut adalah abiotik, iaitu tidak melibatkan organisma hidup. Kajian lanjut menggunakan mikroskop elektron dan spektroskopi sinar-X mendedahkan bahawa permukaan nodul mempunyai potensi elektrik semula jadi yang mampu memecahkan molekul air (H₂O) kepada hidrogen dan oksigen melalui elektrolisis.
Mekanisme Elektrolisis Nodul Polimetal
Bagaimana nodul polimetal boleh menghasilkan elektrik? Nodul ini terbentuk melalui pemendapan mineral secara perlahan-lahan di dasar laut selama berjuta-juta tahun. Proses ini menghasilkan lapisan mineral yang berbeza komposisi, mewujudkan perbezaan potensi elektrik antara lapisan—sama seperti prinsip bateri. Apabila nodul terendam dalam air laut yang kaya dengan ion, perbezaan potensi ini mencukupi untuk memecahkan molekul air. Dalam eksperimen makmal, pasukan Dr. Sweetman mengukur voltan sehingga 0.95 volt pada permukaan nodul, cukup tinggi untuk memulakan elektrolisis air (yang memerlukan minimum 1.23 volt secara teori, tetapi kehadiran mangkin mineral seperti mangan oksida merendahkan halangan tenaga). Proses ini menghasilkan gelembung oksigen yang terlepas ke dalam air, manakala hidrogen mungkin digunakan oleh mikroorganisma setempat atau terlepas ke atmosfera.
Implikasi terhadap Astrobiologi dan Asal Usul Kehidupan
Penemuan dark oxygen mempunyai implikasi yang mendalam terhadap astrobiologi dan pemahaman kita tentang asal usul kehidupan. Sebelum ini, saintis menganggap bahawa kehadiran oksigen di atmosfera planet adalah petunjuk kuat adanya kehidupan fotosintetik. Namun, penemuan ini menunjukkan bahawa oksigen boleh dihasilkan secara abiotik di persekitaran yang kaya dengan mineral logam dan air. Ini bermakna planet-planet seperti Europa (bulan Musytari) atau Enceladus (bulan Zuhal) yang mempunyai lautan bawah permukaan dan aktiviti geologi mungkin mampu menghasilkan oksigen tanpa memerlukan organisma hidup. Tambahan pula, dark oxygen mungkin memainkan peranan penting dalam evolusi kehidupan awal di Bumi. Sebelum fotosintesis muncul, oksigen di lautan purba mungkin dihasilkan oleh nodul polimetal di dasar laut, menyediakan persekitaran yang membolehkan organisma aerobik pertama berkembang.
Kontroversi dan Langkah Seterusnya
Walaupun penemuan ini sangat meyakinkan, ia tidak terlepas daripada kontroversi. Beberapa penyelidik lain mempersoalkan sama ada proses elektrolisis benar-benar boleh berlaku pada skala yang diukur, memandangkan keperluan tenaga yang tinggi. Pasukan Dr. Sweetman menjawab kritikan ini dengan menunjukkan bahawa nodul bertindak seperti sel galvanik semula jadi, dengan perbezaan potensi yang dikekalkan oleh tindak balas redoks antara mineral. Mereka juga merancang eksperimen lanjut di makmal dengan keadaan yang lebih terkawal untuk mengukur kadar pengeluaran oksigen dengan tepat. Selain itu, implikasi terhadap perlombongan laut dalam juga perlu dipertimbangkan. Jika nodul polimetal menghasilkan oksigen yang menyokong ekosistem dasar laut, perlombongan secara besar-besaran boleh mengganggu keseimbangan oksigen di kawasan tersebut. Kajian lanjut sedang dijalankan untuk memahami kesan ekologi jangka panjang.
Kesimpulan: Satu Paradigma Baharu
Penemuan dark oxygen membuka lembaran baharu dalam sains oseanografi, geokimia, dan astrobiologi. Ia mengingatkan kita bahawa Bumi masih menyimpan banyak misteri yang menunggu untuk dirungkai. Proses abiotik yang menghasilkan oksigen ini bukan sahaja mencabar definisi kita tentang sumber oksigen, malah memperluas kemungkinan kehidupan di alam semesta. Sementara para saintis terus menyiasat mekanisme tepat dan skala global fenomena ini, satu perkara yang pasti: pemahaman kita tentang planet kita sendiri masih jauh dari lengkap. Dark oxygen adalah bukti bahawa alam semula jadi sentiasa mempunyai kejutan yang melampaui jangkaan kita.
Menyingkap Rahsia 'Dark Oxygen': Penghasilan Oksigen Tanpa Fotosintesis di Dasar Laut Dalam Mencabar Kefahaman Biologi. Kajian terbaharu oleh penyelidik dari Scottish Association for Marine Science (SAMS) yang diterbitkan dalam Nature Geoscience mendedahkan penemuan mengejutkan: nodul polimetal di dasar Lautan Pasifik menghasilkan oksigen melalui proses elektrolisis air, tanpa memerlukan cahaya matahari. Penemuan ini mencabar paradigma bahawa oksigen hanya dihasilkan oleh fotosintesis dan membuka perspektif baharu tentang asal usul kehidupan di Bumi serta potensi kehidupan di planet lain.. Selama lebih satu abad, para saintis meyakini bahawa oksigen molekul O₂ di Bumi hanya boleh dihasilkan melalui fotosintesis—proses biologi yang bergantung kepada cahaya matahari. Namun, penemuan terbaharu yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience pada Julai 2024 telah menggemparkan dunia sains. Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Dr. Andrew Sweetman dari Scottish Association for Marine Science SAMS menemui bukti bahawa nodul polimetal—bongkahan mineral yang berselerak di dasar laut dalam—mampu menghasilkan oksigen secara abiotik melalui elektrolisis air. Fenomena ini digelar 'dark oxygen' oksigen gelap kerana ia berlaku di kawasan yang langsung tidak menerima cahaya matahari, iaitu di Zona Clarion-Clipperton CCZ di Lautan Pasifik pada kedalaman lebih 4,000 meter.
Penemuan Mengejutkan di Zona Clarion-Clipperton
Zona Clarion-Clipperton merupakan kawasan dasar laut yang kaya dengan nodul polimetal—bongkahan mineral bersaiz kentang yang mengandungi mangan, nikel, kobalt, dan tembaga. Kawasan ini menjadi tumpuan syarikat perlombongan laut dalam kerana potensi ekonominya. Pada awalnya, pasukan Dr. Sweetman sedang mengkaji kadar penggunaan oksigen oleh mikroorganisma di sedimen dasar laut. Mereka menggunakan alat benthic chamber yang diletakkan di dasar laut untuk mengukur perubahan kepekatan oksigen dari semasa ke semasa. Secara teori, kepekatan oksigen sepatutnya menurun kerana organisma menghirupnya. Namun, sebaliknya berlaku: kepekatan oksigen meningkat secara konsisten di beberapa lokasi, terutamanya di kawasan yang dipenuhi nodul polimetal. Fenomena ini tidak dapat dijelaskan oleh mana-mana proses biologi yang diketahui.
Metodologi Kajian dan Pengukuran
Untuk memastikan penemuan ini bukan kesilapan alat, pasukan penyelidik melakukan pelbagai kawalan. Mereka mengulangi pengukuran di beberapa stesen berbeza, menggunakan pelbagai jenis benthic chamber, dan juga membawa sampel nodul ke makmal di atas kapal. Di makmal, mereka meletakkan nodul dalam air laut yang telah disterilkan dan mengukur kepekatan oksigen dalam keadaan gelap sepenuhnya. Hasilnya sama: oksigen terus dihasilkan. Mereka juga menguji nodul yang telah dibersihkan daripada sebarang biofilm mikroorganisma, dan oksigen masih terhasil. Ini mengesahkan bahawa proses tersebut adalah abiotik, iaitu tidak melibatkan organisma hidup. Kajian lanjut menggunakan mikroskop elektron dan spektroskopi sinar-X mendedahkan bahawa permukaan nodul mempunyai potensi elektrik semula jadi yang mampu memecahkan molekul air H₂O kepada hidrogen dan oksigen melalui elektrolisis.
Mekanisme Elektrolisis Nodul Polimetal
Bagaimana nodul polimetal boleh menghasilkan elektrik? Nodul ini terbentuk melalui pemendapan mineral secara perlahan-lahan di dasar laut selama berjuta-juta tahun. Proses ini menghasilkan lapisan mineral yang berbeza komposisi, mewujudkan perbezaan potensi elektrik antara lapisan—sama seperti prinsip bateri. Apabila nodul terendam dalam air laut yang kaya dengan ion, perbezaan potensi ini mencukupi untuk memecahkan molekul air. Dalam eksperimen makmal, pasukan Dr. Sweetman mengukur voltan sehingga 0.95 volt pada permukaan nodul, cukup tinggi untuk memulakan elektrolisis air yang memerlukan minimum 1.23 volt secara teori, tetapi kehadiran mangkin mineral seperti mangan oksida merendahkan halangan tenaga . Proses ini menghasilkan gelembung oksigen yang terlepas ke dalam air, manakala hidrogen mungkin digunakan oleh mikroorganisma setempat atau terlepas ke atmosfera.
Implikasi terhadap Astrobiologi dan Asal Usul Kehidupan
Penemuan dark oxygen mempunyai implikasi yang mendalam terhadap astrobiologi dan pemahaman kita tentang asal usul kehidupan. Sebelum ini, saintis menganggap bahawa kehadiran oksigen di atmosfera planet adalah petunjuk kuat adanya kehidupan fotosintetik. Namun, penemuan ini menunjukkan bahawa oksigen boleh dihasilkan secara abiotik di persekitaran yang kaya dengan mineral logam dan air. Ini bermakna planet-planet seperti Europa bulan Musytari atau Enceladus bulan Zuhal yang mempunyai lautan bawah permukaan dan aktiviti geologi mungkin mampu menghasilkan oksigen tanpa memerlukan organisma hidup. Tambahan pula, dark oxygen mungkin memainkan peranan penting dalam evolusi kehidupan awal di Bumi. Sebelum fotosintesis muncul, oksigen di lautan purba mungkin dihasilkan oleh nodul polimetal di dasar laut, menyediakan persekitaran yang membolehkan organisma aerobik pertama berkembang.
Kontroversi dan Langkah Seterusnya
Walaupun penemuan ini sangat meyakinkan, ia tidak terlepas daripada kontroversi. Beberapa penyelidik lain mempersoalkan sama ada proses elektrolisis benar-benar boleh berlaku pada skala yang diukur, memandangkan keperluan tenaga yang tinggi. Pasukan Dr. Sweetman menjawab kritikan ini dengan menunjukkan bahawa nodul bertindak seperti sel galvanik semula jadi, dengan perbezaan potensi yang dikekalkan oleh tindak balas redoks antara mineral. Mereka juga merancang eksperimen lanjut di makmal dengan keadaan yang lebih terkawal untuk mengukur kadar pengeluaran oksigen dengan tepat. Selain itu, implikasi terhadap perlombongan laut dalam juga perlu dipertimbangkan. Jika nodul polimetal menghasilkan oksigen yang menyokong ekosistem dasar laut, perlombongan secara besar-besaran boleh mengganggu keseimbangan oksigen di kawasan tersebut. Kajian lanjut sedang dijalankan untuk memahami kesan ekologi jangka panjang.
Kesimpulan: Satu Paradigma Baharu
Penemuan dark oxygen membuka lembaran baharu dalam sains oseanografi, geokimia, dan astrobiologi. Ia mengingatkan kita bahawa Bumi masih menyimpan banyak misteri yang menunggu untuk dirungkai. Proses abiotik yang menghasilkan oksigen ini bukan sahaja mencabar definisi kita tentang sumber oksigen, malah memperluas kemungkinan kehidupan di alam semesta. Sementara para saintis terus menyiasat mekanisme tepat dan skala global fenomena ini, satu perkara yang pasti: pemahaman kita tentang planet kita sendiri masih jauh dari lengkap. Dark oxygen adalah bukti bahawa alam semula jadi sentiasa mempunyai kejutan yang melampaui jangkaan kita.