Sejak terbentuk sekitar 4,5 miliar tahun lalu, rotasi Bumi perlahan melambat, dan akibatnya, harinya jadi makin panjang.

Meskipun perlambatan Bumi enggak terlalu terasa dalam skala waktu manusia, ini cukup untuk menciptakan perubahan signifikan selama jutaan tahun. Salah satu perubahan itu mungkin yang paling penting, setidaknya buat kita: hari yang makin panjang ternyata berhubungan sama peningkatan oksigen di atmosfer Bumi, menurut sebuah penelitian tahun 2021.

Lebih detailnya, alga biru-hijau (atau sianobakteri) yang muncul dan berkembang biak sekitar 2,4 miliar tahun lalu bisa menghasilkan lebih banyak oksigen sebagai hasil sampingan metabolismenya karena hari di Bumi jadi lebih panjang.

Tonton video di bawah ini buat ringkasan penelitiannya:

“Pertanyaan yang terus ada dalam ilmu kebumian adalah bagaimana atmosfer Bumi mendapatkan oksigennya, dan faktor apa yang mengontrol kapan oksigenasi ini terjadi,” jelas mikrobiolog Gregory Dick dari University of Michigan pada tahun 2021.

“Penelitian kami menunjukkan bahwa kecepatan putaran Bumi – dengan kata lain, panjang harinya – mungkin punya efek penting pada pola dan waktu oksigenasi Bumi.”

Ada dua komponen utama dalam cerita ini yang, sekilas, kayaknya enggak ada hubungannya. Yang pertama adalah putaran Bumi melambat.

Alasan putaran Bumi melambat adalah karena Bulan memberikan tarikan gravitasi pada planet ini, yang menyebabkan perlambatan rotasi karena Bulan perlahan menjauh.

Kita tahu, berdasarkan catatan fosil, bahwa hari hanya sepanjang 18 jam 1,4 miliar tahun lalu, dan setengah jam lebih pendek dari sekarang 70 juta tahun lalu. Bukti menunjukkan bahwa kita bertambah 1,8 milidetik per abad.

Komponen kedua adalah sesuatu yang dikenal sebagai Peristiwa Oksigensi Besar (Great Oxidation Event) – ketika sianobakteri muncul dalam jumlah besar sehingga atmosfer Bumi mengalami peningkatan oksigen yang tajam dan signifikan.

Tanpa oksigenasi ini, para ilmuwan berpikir kehidupan seperti yang kita kenal enggak akan bisa muncul; jadi, meskipun sianobakteri mungkin agak dicurigai hari ini, kita mungkin enggak akan ada di sini tanpa mereka.

Masih banyak yang belum kita ketahui tentang peristiwa ini, termasuk pertanyaan penting seperti kenapa itu terjadi saat itu dan bukan di waktu lain dalam sejarah Bumi.

Butuh para ilmuwan yang bekerja dengan mikroba sianobakteri untuk menghubungkan titik-titik itu. Di Middle Island Sinkhole di Danau Huron, ditemukan lapisan mikroba yang dianggap analog dengan sianobakteri yang bertanggung jawab atas Peristiwa Oksigensi Besar.

Sianobakteri ungu yang menghasilkan oksigen melalui fotosintesis dan mikroba putih yang memetabolisme sulfur, bersaing dalam lapisan mikroba di dasar danau.

Pada malam hari, mikroba putih naik ke bagian atas lapisan mikroba dan melakukan aktivitas memakan sulfur mereka. Saat fajar menyingsing, dan Matahari naik cukup tinggi di langit, mikroba putih mundur dan sianobakteri ungu naik ke atas.

“Sekarang mereka bisa mulai berfotosintesis dan menghasilkan oksigen,” kata geomikrobiolog Judith Klatt dari Max Planck Institute for Marine Microbiology di Jerman.

“Namun, butuh beberapa jam sebelum mereka benar-benar aktif, ada jeda panjang di pagi hari. Sianobakteri sepertinya lebih suka bangun siang daripada orang pagi.”

Ini berarti jendela waktu siang hari di mana sianobakteri bisa mengeluarkan oksigen sangat terbatas – dan fakta inilah yang menarik perhatian oseanografer Brian Arbic dari University of Michigan. Dia penasaran apakah perubahan panjang hari sepanjang sejarah Bumi berdampak pada fotosintesis.

“Mungkin jenis persaingan serupa antara mikroba berkontribusi pada keterlambatan produksi oksigen di Bumi purba,” jelas Klatt.

Untuk menunjukkan hipotesis ini, tim melakukan eksperimen dan pengukuran pada mikroba, baik di lingkungan alaminya maupun di laboratorium. Mereka juga melakukan studi pemodelan mendetail berdasarkan hasil mereka untuk menghubungkan sinar matahari dengan produksi oksigen mikroba, dan produksi oksigen mikroba dengan sejarah Bumi.

“Intuisi mengatakan bahwa dua hari 12 jam seharusnya mirip dengan satu hari 24 jam. Sinar matahari naik dan turun dua kali lebih cepat, dan produksi oksigen mengikuti dengan langkah yang sama,” jelas ilmuwan kelautan Arjun Chennu dari Leibniz Centre for Tropical Marine Research di Jerman.

“Tapi pelepasan oksigen dari lapisan bakteri tidak, karena dibatasi oleh kecepatan difusi molekuler. Pelepasan oksigen yang sedikit tidak sinkron dengan sinar matahari ini adalah inti dari mekanismenya.”

Hasil ini dimasukkan ke dalam model global tingkat oksigen, dan tim menemukan bahwa hari yang makin panjang berhubungan dengan peningkatan oksigen Bumi – tidak hanya Peristiwa Oksigensi Besar, tetapi juga oksigenasi atmosfer kedua, yang disebut Peristiwa Oksigenasi Neoproterozoikum, sekitar 550 hingga 800 juta tahun lalu.

“Kami menghubungkan hukum fisika yang bekerja pada skala yang sangat berbeda, dari difusi molekuler hingga mekanika planet. Kami menunjukkan bahwa ada hubungan mendasar antara panjang hari dan berapa banyak oksigen yang bisa dilepaskan oleh mikroba yang hidup di permukaan,” kata Chennu.

“Ini cukup menarik. Dengan cara ini, kami menghubungkan tarian molekul dalam lapisan mikroba dengan tarian planet kita dan Bulannya.”

Penelitian ini telah diterbitkan di Nature Geoscience.

Versi sebelumnya dari artikel ini diterbitkan pada Agustus 2021.