Hampir tiga perempat Bumi tertutup lautan, membuat planet ini terlihat seperti titik biru pucat dari angkasa.

Tapi peneliti Jepang memberikan argumen yang kuat bahwa lautan Bumi dulunya berwarna hijau, dalam penelitian yang dipublikasikan di Nature.

Alasan lautan Bumi mungkin terlihat berbeda di masa lampau berkaitan dengan kimia air laut dan evolusi fotosintesis. Sebagai mahasiswa S1 Geologi, saya diajari tentang pentingnya jenis endapan batuan yang dikenal sebagai pembentukan besi berpita dalam merekam sejarah planet ini.

Pembentukan besi berpita ini mengendap pada masa Arkean dan Paleoproterozoikum, kira-kira antara 3,8 dan 1,8 miliar tahun yang lalu. Kehidupan saat itu terbatas pada organisme bersel satu di lautan. Benua-benua adalah bentang alam tandus berupa batuan dan sedimen abu-abu, cokelat, dan hitam.

Air hujan yang jatuh di bebatuan benua melarutkan besi yang kemudian terbawa ke lautan oleh sungai. Sumber besi lainnya adalah gunung berapi di dasar laut. Besi ini akan menjadi penting nanti.

Masa Arkean adalah saat atmosfer dan lautan Bumi bebas dari oksigen gas, tetapi juga saat organisme pertama yang menghasilkan energi dari sinar matahari berevolusi. Organisme ini menggunakan fotosintesis anaerobik, artinya mereka dapat melakukan fotosintesis tanpa adanya oksigen.

Hal ini memicu perubahan penting karena produk sampingan dari fotosintesis anaerobik adalah gas oksigen. Gas oksigen mengikat besi di air laut. Oksigen hanya ada sebagai gas di atmosfer setelah besi di air laut tidak dapat menetralisir oksigen lagi.

Akhirnya, fotosintesis awal mengarah pada “peristiwa oksidasi besar”, titik balik ekologis utama yang memungkinkan kehidupan kompleks di Bumi. Ini menandai transisi dari Bumi yang sebagian besar bebas oksigen menjadi Bumi dengan jumlah oksigen yang besar di lautan dan atmosfer.

“Pita” dengan warna berbeda dalam pembentukan besi berpita merekam pergeseran ini dengan pergantian antara endapan besi yang mengendap tanpa adanya oksigen dan besi teroksidasi berwarna merah.

Argumen untuk Lautan Hijau

Argumen makalah terbaru tentang lautan hijau di masa Arkean dimulai dengan pengamatan: perairan di sekitar pulau vulkanik Jepang, Iwo Jima, memiliki rona kehijauan yang terkait dengan bentuk besi teroksidasi – Fe(III). Alga biru-hijau tumbuh subur di perairan hijau di sekitar pulau tersebut.

Meskipun namanya alga biru-hijau, mereka adalah bakteri primitif dan bukan alga sejati. Di masa Arkean, nenek moyang alga biru-hijau modern berevolusi bersama bakteri lain yang menggunakan besi fero (besi yang tidak teroksidasi) alih-alih air sebagai sumber elektron untuk fotosintesis. Ini menunjukkan tingginya kadar besi di lautan.

Organisme fotosintetik menggunakan pigmen (kebanyakan klorofil) di sel mereka untuk mengubah CO₂ menjadi gula menggunakan energi matahari. Klorofil memberi warna hijau pada tumbuhan. Alga biru-hijau unik karena mereka membawa pigmen klorofil umum, tetapi juga pigmen kedua yang disebut fikoeritrobilin (PEB).

Dalam makalah mereka, para peneliti menemukan bahwa alga biru-hijau modern yang diubah secara genetik dengan PEB tumbuh lebih baik di perairan hijau. Meskipun klorofil bagus untuk fotosintesis dalam spektrum cahaya yang terlihat oleh kita, PEB tampaknya lebih unggul dalam kondisi cahaya hijau.

Sebelum munculnya fotosintesis dan oksigen, lautan Bumi mengandung besi terlarut yang tereduksi (besi yang mengendap tanpa adanya oksigen).

Oksigen yang dilepaskan oleh meningkatnya fotosintesis di masa Arkean kemudian mengarah pada besi teroksidasi di air laut. Simulasi komputer dalam makalah tersebut juga menemukan bahwa oksigen yang dilepaskan oleh fotosintesis awal mengarah pada konsentrasi partikel besi teroksidasi yang cukup tinggi untuk membuat air permukaan berwarna hijau.

Setelah semua besi di lautan teroksidasi, oksigen bebas (O₂) ada di lautan dan atmosfer Bumi. Jadi, implikasi utama dari penelitian ini adalah bahwa planet-planet berbintik hijau pucat yang terlihat dari angkasa adalah kandidat planet yang baik untuk menampung kehidupan fotosintetik awal.

Perubahan kimia lautan terjadi secara bertahap. Periode Arkean berlangsung 1,5 miliar tahun. Ini lebih dari setengah sejarah Bumi. Sebagai perbandingan, seluruh sejarah muncul dan evolusi kehidupan kompleks mewakili sekitar seperdelapan sejarah Bumi.

Hampir pasti, warna lautan berubah secara bertahap selama periode ini dan berpotensi berfluktuasi. Ini bisa menjelaskan mengapa alga biru-hijau mengembangkan kedua bentuk pigmen fotosintetik. الكlorofil terbaik untuk cahaya putih yang merupakan jenis sinar matahari yang kita miliki saat ini. Mengambil keuntungan dari cahaya hijau dan putih akan menjadi keuntungan evolusioner.

Bisakah Lautan Berubah Warna Lagi?

Pelajaran dari makalah terbaru Jepang adalah bahwa warna lautan kita terkait dengan kimia air dan pengaruh kehidupan. Kita bisa membayangkan warna lautan yang berbeda tanpa terlalu banyak meminjam dari fiksi ilmiah.

Lautan ungu mungkin terjadi di Bumi jika kadar belerang tinggi. Ini bisa terkait dengan aktivitas vulkanik yang intens dan kandungan oksigen yang rendah di atmosfer, yang akan mengarah pada dominasi bakteri belerang ungu.

Lautan merah juga secara teoretis mungkin terjadi di bawah iklim tropis yang intens ketika besi teroksidasi merah terbentuk dari pelapukan batuan di darat dan terbawa ke lautan oleh sungai atau angin. Atau jika sejenis alga yang terkait dengan “pasang merah” mendominasi permukaan lautan.

Alga merah ini umum di daerah dengan konsentrasi pupuk yang intens seperti nitrogen. Di lautan modern, ini cenderung terjadi di garis pantai dekat selokan.

Saat matahari kita menua, ia akan pertama-tama menjadi lebih terang yang mengarah pada peningkatan penguapan permukaan dan cahaya UV yang intens. Ini mungkin mendukung bakteri belerang ungu yang hidup di perairan dalam tanpa oksigen.

Ini akan mengarah pada lebih banyak warna ungu, cokelat, atau hijau di daerah pesisir atau berlapis, dengan warna biru tua yang lebih sedikit di air karena fitoplankton menurun. Akhirnya, lautan akan sepenuhnya menguap saat matahari mengembang hingga meliputi orbit Bumi.

Dalam skala waktu geologi tidak ada yang permanen dan perubahan warna lautan kita karenanya tidak dapat dihindari.

Cédric M. John, Profesor dan Kepala Ilmu Data untuk Lingkungan dan Keberlanjutan, Queen Mary University of London

Artikel ini dipublikasikan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.