Para peneliti di ETH Zurich telah mampu mengukur – untuk pertama kalinya – bagaimana jumlah karbon organik terlarut di laut telah berubah selama waktu geologis. Hasilnya mengungkapkan bahwa penjelasan kami tentang bagaimana zaman es dan bentuk kehidupan yang kompleks muncul tidak lengkap.
Para ilmuwan bumi sering menghadapi tantangan besar ketika meneliti sejarah bumi: banyak peristiwa penting terjadi sejak lama sehingga ada sedikit bukti langsung yang tersedia. Akibatnya, para peneliti sering harus mengandalkan petunjuk tidak langsung atau model komputer. Tim yang dipimpin oleh ETH Profesor Jordon Hemingway, bagaimanapun, kini telah menemukan saksi alami yang unik untuk periode ini: batu oksida besi berbentuk telur kecil yang dapat digunakan untuk secara langsung mengukur cadangan karbon di lautan primordial.
Dilihat di luar, mereka menyerupai butiran pasir, tetapi dalam hal formasi mereka, apa yang disebut ooids lebih seperti bola salju bergulir: mereka tumbuh dengan lapisan saat mereka didorong melintasi dasar laut oleh ombak. Dalam prosesnya, molekul karbon organik menempel pada mereka dan menjadi bagian dari struktur kristal.
Meneliti kotoran ini, tim Hemingway telah berhasil menelusuri kembali pasokan karbon organik di laut – hingga 1,65 miliar tahun. Dalam jurnal Nature, para peneliti menunjukkan bahwa, antara 1.000 dan 541 juta tahun yang lalu, toko ini jauh lebih rendah dari yang diasumsikan sebelumnya. Temuan ini membantah penjelasan umum tentang peristiwa geokimia dan biologis yang signifikan pada waktu itu dan memberikan cahaya baru tentang sejarah bumi.
Lautan sebagai reservoir balok bangunan kehidupan
Bagaimana karbon masuk ke lautan? Di satu sisi, karbon dioksida (CO2) larut dari udara ke air laut dan diangkut ke kedalaman dengan mencampur proses dan arus laut, di mana ia dipertahankan untuk waktu yang lama. Di sisi lain, karbon organik diproduksi oleh organisme fotosintesis seperti fitoplankton atau bakteri tertentu. Menggunakan energi sinar matahari dan rekan2organisme mikroskopis ini menghasilkan senyawa karbon organik sendiri. Ketika organisme mati, mereka perlahan -lahan tenggelam ke dasar laut sebagai salju laut. Jika mencapai dasar laut tanpa dimakan oleh organisme di sepanjang jalan, karbon disimpan di dasar laut selama jutaan tahun.
Tetapi bukan hanya fitoplankton yang menyediakan pasokan komponen karbon. Blok bangunan kehidupan juga digunakan kembali: mikroorganisme membusuk kotoran dan organisme mati, sehingga melepaskan blok bangunan lagi. Molekul -molekul ini membentuk apa yang dikenal sebagai karbon organik terlarut, yang melayang bebas di laut: reservoir besar blok bangunan yang mengandung 200 kali lebih banyak karbon daripada yang sebenarnya 'dibangun ke dalam kehidupan laut.
Revolusi oksigen mengubah segalanya
Berdasarkan anomali di batuan sedimen samudera, para peneliti berasumsi bahwa reservoir blok bangunan ini pasti sangat banyak antara 1.000 dan 541 juta tahun yang lalu. Untuk waktu yang lama, asumsi ini berfungsi sebagai fondasi untuk menjelaskan bagaimana zaman es dan kehidupan yang kompleks muncul pada saat yang sama. Produksi fotosintesis dari blok bangunan kehidupan terkait erat dengan pengembangan atmosfer dan bentuk kehidupan yang lebih kompleks. Hanya melalui fotosintesis oksigen mulai menumpuk di atmosfer.
Dalam dua gelombang – disebut sebagai bencana oksigen – kandungan oksigen naik ke tingkat saat ini 21 persen. Kedua peristiwa itu disertai dengan zaman es ekstrem yang menutupi seluruh planet di gletser. Namun demikian, kehidupan terus mengotak -atik dan potter dengan penemuan baru: Selama bencana oksigen pertama 2,4 hingga 2,1 miliar tahun yang lalu, organisme mengembangkan metabolisme yang mengubah makanan menjadi energi dengan bantuan oksigen. Cara menghasilkan energi yang sangat efisien ini memungkinkan pengembangan bentuk kehidupan yang lebih kompleks.
Kandungan karbon jauh lebih rendah dari yang diasumsikan
Tim Hemingway melacak koneksi antara perkembangan geokimia dan biologis. Para peneliti telah mengembangkan metode baru yang memungkinkan mereka untuk secara langsung menentukan ukuran penyimpanan blok bangunan laut pada waktu tertentu, berdasarkan partikel karbon dalam ooids.
“Hasil kami bertentangan dengan semua asumsi sebelumnya,” seperti yang diringkas Hemingway. Menurut pengukuran yang dilakukan oleh para peneliti, antara 1.000 hingga 541 juta tahun yang lalu, lautan tidak mengandung lebih banyak, tetapi sebenarnya 90 hingga 99 persen lebih sedikit karbon organik terlarut daripada saat ini. Hanya setelah bencana oksigen kedua, nilai -nilai naik ke tingkat saat ini 660 miliar ton karbon.
“Kami membutuhkan penjelasan baru tentang bagaimana usia es, kehidupan yang kompleks dan peningkatan oksigen terkait,” kata penulis utama NIR Galili. Dia menjelaskan penyusutan besar dari toko karbon dengan munculnya organisme yang lebih besar pada waktu itu: organisme multiseluler bersel tunggal dan awal tenggelam lebih cepat setelah kematian mereka, sehingga meningkatkan salju turun salju.
Namun, partikel karbon tidak didaur ulang di lapisan lautan yang lebih dalam karena ada sangat sedikit oksigen di sana. Mereka menetap di dasar laut, menyebabkan reservoir karbon organik terlarut menurun tajam. Hanya ketika oksigen terakumulasi di laut dalam, reservoir karbon tumbuh kembali ke volume saat ini.
Dari lautan primordial hingga saat ini
Meskipun periode yang diteliti sudah lama berlalu, temuan penelitian ini signifikan untuk masa depan. Mereka mengubah pandangan kita tentang bagaimana kehidupan di bumi dan mungkin juga di exoplanet telah berkembang. Pada saat yang sama, mereka membantu kita memahami bagaimana bumi merespons gangguan, dan manusia adalah salah satu gangguan seperti itu: pemanasan dan polusi lautan yang disebabkan oleh aktivitas manusia saat ini menyebabkan penurunan kadar oksigen laut. Akibatnya, tidak dapat dikesampingkan bahwa peristiwa yang dijelaskan dapat mengulangi diri mereka sendiri di masa depan yang jauh.
Referensi
Galili N, Bernasconi SM, Nissan A et al.: Sejarah geologis karbon organik terlarut laut dari oksida besi. Nature, 13 Agustus 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09383-3
