Spekulasi Asal-usul Atmosfer Bumi (Bagian 1) – Fenomena Langit, Fluktuasi Oksigen

Spekulasi asal-usul atmosfer bumi dan fenomena langit telah menarik fokus manusia dalam setiap peradaban sejak jaman purbakala. Berbagai pandangan, penafsiran, kepercayaan, tentang langit mewarnai sejarah kehidupan manusia. Berbagai artefak-artefak ataupun mitos-mitos tentang benda langit, menjadi bukti fokus perjalanan umat manusis pada pengamatan langit. Pengetahuan ini telah mewarnai pola hidup manusia. Dengan imajinasi dan pengetahuannya, dalam upaya untuk menata hidup material dan spiritualnya, manusia telah mencoba mengungkap rahasia langit. Sebagian cukup realistis, berdasarkan pengamatan dan metodologi ilmiah, seperti teori-teori geosentris, heliosentris, astronomi, meteorologi, dan sebagainya. Namun demikian tiap babak sejarah kehidupan manusia, ada yang mengungkapkan rahasia langit dari mitos yang irrealistis, seperti ramalan bintang, keberuntungan dan kesialan bersama kemunculan bintang tertentu, atau fenomena komet, gerhana, angin, hujan, petir, dan seterusnya, dihubungkan dengan tanda akan ada peristiwa khusus menimpa manusia/alam.

Jika ditelaah lebih lanjut, kedua hal diatas, pendekatan realistis dan irrealistis fenomena langit, telah membawa umat manusia pada pemahaman yang lebih baik pada atmosfer maupun langit. Studi tentang atmosfer awalnya dilakukan untuk memahami fenomena-fenomena yang berhubungan dengan permukaan bumi seperti cuaca/iklim, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang, komet, meteor, dan lain-lain. Atau bahkan dalam rangka membuktikan apakah nasib individu seseorang atau sekelompok orang, bangsa, dan dunia berhubungan dengan fenomena langit. Percaya atau tidak, suatu saat kedua pendekatan itu, pendekatan realistis dan irrealistis yang benar pijakannya, akan bertemu pada satu titik pemahaman yang mendalam bagi ilmu pengetahuan manusia, tentang kebesaran penciptaan alam oleh Tuhan.

Skenario Ilmuwan Modern tentang Asal-usul Atmosfer di Bumi

Menurut para ahli modern, sistem galaksi dan material cikal bakal planet Bumi dibentuk kira-kira 5 milyar tahun yang lalu. Proses ini berlangsung lama setelah awal penciptaan jagad raya mengikuti teori big bang (diperkirakan big bang terjadi 15 miliar tahun yang lalu) [1]. Reaksi fusi terjadi dengan suhu sangat tinggi dikenal dengan “the hydrogen burning reaction”, telah menggabungkan hidrogen (₁H) menjadi helium (₂He) dengan reaksi inti. Reaksi menghasilkan energi tinggi hingga mencapai 100 juta kelvin. Pada suhu sangat panas ini beberapa helium menjalani reaksi inti lanjutan membentuk atom karbon (₆C). Tiap 3 helium yang bereaksi fusi menghasilkan 1 atom karbon. Berikutnya beberapa atom karbon terbentuk melanjutkan reaksinya dengan sisa helium menghasilkan atom oksigen (₈O), atom flour (₇F) dan seterusnya [2]. Atom-atom O dan C yang baru terbentuk segera mengambil posisi kestabilan dan bergabung secara kimia menjadi CO₂.

Reaksi-reaksi Fusi dari Dalam Bumi

Pembentukan sistem galaksi (5 milyar tahun lalu) telah memantapkan sistem tata surya dan orbit bintang, planet, dan benda langit lain. Diperkirakan 500 juta tahun pertama setelah penciptaannya, atmosfer terbentuk di bumi dengan kerapatan tinggi, utamanya berisi hidrogen, helium dan gas-gas yang terbentuk pada reaksi fusi selama jutaan tahun sebelumnya. Beberapa gas (asap) juga dikeluarkan dari hasil reaksi-reaksi fusi dalam bumi ketika masih sangat panas. Asap tersebut, diperkirakan terdiri atas utamanya hidrogen (H₂), ammonia (NH₃), uap air (H₂O), methana (CH₄), dan karbon dioksida (CO₂) [1]. Sampai kira-kira 3,5 juta tahun yang lalu, atmosfer diperkirakan terdiri atas gas-gas tersebut. Karbon dioksida ini menjadi dominan, karena proses oksidasi termal yang berlangsung milyaran tahun dan tidak banyak dimanfaatkan untuk proses lain. Keberadaan air, menyebabkan pengurangan gas CO₂, melalui proses pelarutan manjadi garam karbonat atau batuan karbonat. Bumi makin mengeras.

Pada awal penciptaan, atmosfer bumi tidak memiliki molekul-molekul atau atom-atom oksigen bebas di dekat permukaan. Data-data yang menjelaskan ini tersimpan pada formasi batuan purba yang dominan mengandung besi dan uranium, dengan keadaan tereduksi. Unsur-unsur tersebut tidak ditemui lagi pada batuan Precambrian dan yang lebih muda (< 3 juta tahun). Atmosfer  bawah pada saat itu lebih bersifat reduktor karena belum mengandung oksigen. Namun beberapa penyelidikan menyebutkan pada bagian atas terdapat molekul oksigen yang cukup melimpah, didesain untuk membentuk lapisan ozon.

Organisma Penghasil Oksigen di Bumi

Diperkirakan 1 juta tahun yang lalu, ketika bumi sudah mulai cukup dingin,  diciptakan organisma-aquatik awal yang oleh para kosmolog dinamakan blue-green algae (tidak ada satupun toeri ilmiah yang dengan meyakinkan dapat membuktikan alga ini terbentuk dengan sendirinya atau karena evolusi alam). Kehidupan ini masih terbatas pada perairan. Organisma ini, mulai ditugaskan untuk menggunakan energi dari matahari yang tidak terserap ozone, memecah molekul air dan karbon dioksida, dan menggabungkan kembali menjadi senyawa organik esensial dan membuat molekul oksigen. Inilah pertama kali proses fotosintesis terjadi. Walaupun terjadi respirasi yang melepaskan kembali CO₂, tetapi pertumbuhan alga ini cukup besar dengan cepat mendeposit carbon ke jaringan/senyawa organiknya. Proses awal ini berlangsung selama ratusan ribu tahun, sehingga cukup membuat akumulasi oksigen di atmosfer. Bersamaan dengan meningkatnya oksigen (O₂) tersebut, kadar karbon dioksida (CO₂) menurun.

Proses di Bumi Menyebabkan Oksigen Atmosfer Berfluktuasi

Dalam kesimpulan berbagai penelitian atmosfer awal, terdapat dua proses utama yang mengarah pada perubahan komposisi atmosfer:

Pertama, adanya tumbuhan yang mengkonversi karbon dioksida menjadi massa jaringan organik, dengan mengemisikan oksigen ke atmosfer. Akumulasi ratusan juta tahun dari proses ini telah menyebabkan oksigen sangat besar di atmosfer. Walaupun secara meyakinkan perubahan konsentrasi oksigen di atmosfer ini tidak diketahui penyebab jelasnya, namun periode naiknya oksigen ini menjadikan bumi layak bagi kehidupan hewan dan manusia di jaman-jaman berikutnya.

Kedua peluruhan batuan pyrite yang melepaskan sulfur sehingga kadar sulfur di lautan menjadi tinggi. Proses oksidasi sulfur menurunkan kembali kadar oksigen di atmosfer yang tinggi akibat akumulasi proses pertama.

Sumber: http://media.hhmi.org/biointeractive/click/oxygen/

Dianalisis akibat kedua proses ini, dalam sejarahnya, komposisi atmosfer berfluktuasi, sampai terbentuk kesetimbangan seperti sekarang. Kadar oksigen hasil analisis, penyelidikan, dan simulasi diketahui berfluktuasi mulai kurang dari 3 % sampai mencapai 35 % (300 juta tahun yang lalu), sebelum akhirnya berada dalam kesetimbangan 21 % (sejak 3 juta tahun yang lalu). Berbagai proses reaksi kimia, kondisi fsika, dan interverensi biokimia, telah berangsur-angsur membentuk komposisi atmosfer yang setimbang [3].

Lapisan Ozon Terbentuk pada Reaksi Fotokimia Akumulasi Oksigen Purba

Akumulasi oksigen pada awal pembentukan tersebar hingga mencapai ketinggian puluhan kilometer. Pada atmosfer bagian atas, sebagian molekul-molekul oksigen (O₂) bekerja menyerap energi UV dari matahari dan terpecah menjadi atom oksigen tunggal. Sebagian molekul oksigen tunggal ini berkoalisi dengan molekul oksigen yang masih ada mulai membentu ozon (O₃). Ozon ini akan menyerap UV dengan panjang gelombang yang berbeda, kembali pecah menjadi O₂ dan O. Akumulasi ozon dalam jutaan tahun ini menghasilkan lapisan ozon di bagian atas (sekarang dikenal dengan troposfer). Lapisan ini bereaksi terus menerus dan sangat efektif menyerap UV (200-300 nm), dan melindungi permukaan bumi dari irradiasi UV kuat dari matahari [4]. Reaksi ini merupakan desain siklus yang berkesetimbangan di lapisan ozon atmosfer. Keberadaan lapisan ozon ini, membuat daratan di Bumi menjadi mungkin untuk diberi kehidupan. Radiasi yang diterima permukaan bumi menjadi lebih kecil dan cukup untuk menjaga ikatan senyawa organik tetap utuh.

Penyelidikan Atmosfer Mengarahkan Kita pada Pengenalan Tuhan

Penelitian asal usul atmosfer masih terus berkembang. Perkembangan teknologi dan simulasi model, menjadikan semua usaha manusia menguak  asal-usul atmosfer telah menghasilkan berbagai teori pendekatan. Pemahaman yang benar akan perilaku alam akan membawa manusia mengenal proses penciptaan alam yang sangat agung. Tuhan telah mendesain dan memproses alam ini untuk menjamin kehidupan manusia sangat sempurna. Penyelidikan tentang proses pembentukan alam, mengarahkan semua pengetahuan manusia pada eksistensi Tuhan. Bahwa alam ini direncanakan dan diciptakan, bukan terbentuk secara kebetulan. Bahkan sampai hari ini, tidak ada satupun ilmuwan yang dapat menjelaskan dengan pasti kenapa ada hidrogen, dengan satu elektron dan satu proton? bagaimana tercipta? Bagaimana hidrogen mengetahui hukum kesetimbangan muatan, dan mematuhinya? Bagaimana elektronnya terus berputar dan tidak runtuh? Dalam skala makro bagaimana dengan alam raya ini mematuhi hukum-hukum yang ditetapkan? Sungguh terlalu banyak yang manusia tidak ketahui dari rencana dan ciptaan Tuhan.

Referensi

[1]	J. Fenger and J. C. Tjell, Air Pollition From A Local to A Global Perspective, Denmark: RSC Publishing and Polyteknisk Forlag, 2009.
[2]	M. Dole, “The Natural History of Oxygen: Structure and Function of Axygen,” The Journal of General Physiology, pp. 5-25, 1964.
[3]	K. Dr, “Howard Hughes Medical Institute,” BioInteractive, [Online]. Available: http://media.hhmi.org/biointeractive/click/oxygen/?_ga=2.231016223.1442296077.1539752106-657404079.1539752106. [Accessed 17 10 2018].
[4]	B. J. Finlayson-Pitts and J. N. Pitts Jr., Armospheric Chemistry: Fundamental and Experimental Techniques, New York: A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, 1986.