Apakah Planet Bumi Masih Ramah Bagi Kehidupan?

Apakah Planet Bumi Masih Ramah Bagi Kehidupan?

Bumi sedang mengalami proses yang mirip dengan 250 juta tahun yang lalu, memusnahkan sebagian besar spesies: kita telah membalikkan kecenderungan alami yang memastikan  planet kita mempertahankan suhu yang memadai. Bisakah kita bertahan? Sesungguhnya (a) Krisis planet adalah produk dari kegilaan manusia; (b) Sains memperingatkan: tangan pasar yang tidak terlihat tidak akan mencegah bencana planet

"Tidak ada yang baru di bawah matahari". Rupanya, Raja Salomo, pola dasar kebijaksanaan, adalah orang pertama yang mengucapkan kata-kata bijaksana ini. Dalam pengertian ini, pemanasan global bukan hanya salah satu tantangan terbesar yang harus kita hadapi saat ini. Sebenarnya, itu telah menjadi salah satu masalah yang harus dihadapi hidup selamanya.

Kuncinya adalah  Matahari tidak stabil seperti kelihatannya. Bintang kita mengkonsumsi tidak kurang dari 620 juta metrik ton hidrogen setiap detik untuk mengubahnya menjadi helium melalui fusi nuklir. Ini adalah bagaimana ia menghasilkan sejumlah besar energi.

Akibatnya, hidrogen yang tersisa semakin sedikit, sambil mengumpulkan lebih banyak helium. Karena helium lebih padat daripada hidrogen, ia terkonsentrasi di nukleusnya.

Matahari terus menggabungkan sisa hidrogennya di sekitar inti helium. Tapi inti helium ini terus tumbuh lebih besar dan lebih besar dari waktu ke waktu, dan Matahari menggabungkan hidrogen semakin jauh dari pusatnya. Akibatnya Matahari semakin besar.

Matahari kita sudah berusia sekitar 4,6 miliar tahun. Itu telah banyak berubah sejak pembentukannya. Tetapi pada saat 4,5 miliar tahun lagi telah berlalu, Matahari akan menjadi begitu besar sehingga akan menelan Merkurius dan Venus, dan akan menelan Bumi, yang pada saat itu akan menjadi batuan cair yang tandus dan hangus.

Pada saat itu Matahari akan menjadi apa yang oleh para astrofisikawan disebut sebagai bintang raksasa merah dan akan memancarkan lebih banyak radiasi daripada saat ini.

Tentu saja, kecenderungan Matahari untuk meningkatkan ukuran dan luminositasnya sudah berlangsung lama: sejak kehidupan muncul di Bumi, sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu, Matahari telah memancarkan lebih banyak energi.

Di bawah kondisi ini, suhu Bumi seharusnya meningkat pesat sebagai konsekuensi dari pertumbuhan matahari ini. Namun, melawan segala rintangan, sejak asal usul kehidupan, suhu permukaan bumi berfluktuasi jauh lebih sedikit dari yang diperkirakan, selalu berada dalam batas yang sesuai untuk kehidupan.

Fakta mengejutkan ini membuat James Lovelock , salah satu ilmuwan paling inovatif dalam sejarah, bertanya pada dirinya sendiri, bertahun-tahun yang lalu, sebuah pertanyaan penting: Bagaimana jika kehidupan itu sendiri yang berhasil secara aktif mempertahankan suhu planet dalam batas yang sesuai untuk kelangsungan hidupnya? bertahan hidup?

Secara umum, hanya sedikit ilmuwan yang mengira  kehidupan dapat memiliki begitu banyak kendali atas iklim Bumi. Lagi pula, bagaimana kehidupan dapat mempertahankan diri terhadap fenomena astronomi yang begitu besar seperti variasi dalam jumlah energi datang yang mencapai Bumi dari Matahari?

Tetapi pada tahun 1983, Andrew Watson dan James Lovelock menerbitkan makalah inovatif, "Homeostasis biologis lingkungan global: perumpamaan Daisyworld," menjelaskan  kehidupan sebenarnya dapat dengan mudah melakukan hal ini.

Ketika sains mencoba menjelaskan masalah yang kompleks, seringkali dimulai dengan membuat model realitas matematika yang lebih disederhanakan, yang memungkinkan kita untuk memahami esensi masalah.

"Perumpamaan dunia bunga aster" Watson dan Lovelock memungkinkan kita untuk memahami secara intuitif bagaimana kehidupan dapat menjaga suhu sebuah planet dalam batas yang sesuai untuk kelangsungan hidupnya sendiri.

Dalam model yang paling sederhana, bayangkan sebuah planet mengorbit bintang yang agak tidak stabil. Terkadang bintang memancarkan lebih banyak energi dan kemudian planet, yang tidak memiliki mekanisme untuk mengatur suhunya, memanas. Di lain waktu bintang memancarkan lebih sedikit energi dan planet mendingin.

Tapi, tiba-tiba, kehidupan muncul di planet itu. Secara khusus, dua spesies aster mulai berkembang biak, tumbuh di seluruh permukaannya.

Salah satunya memberi bunga hitam dan berkembang biak lebih cepat pada suhu rendah. Lain memberi bunga putih dan berkembang biak lebih cepat ketika suhu lebih tinggi. Di antara kedua spesies itu mereka menempati seluruh permukaan planet dan penuh dengan bunga, sehingga hampir seluruh permukaan planet ini ditutupi dengan bunga aster hitam dan putih.

Pada saat tertentu, planet ini memiliki 50% permukaannya ditempati oleh bunga aster hitam dan 50% lainnya oleh bunga aster putih. Kemudian bintang  memasuki fase memancarkan lebih banyak energi cahaya. Planet mulai memanas.

Dalam kondisi ini, aster putih lebih baik daripada yang hitam dan mulai berkembang biak, sedangkan yang hitam menyusut. Kemudian permukaan planet menjadi lebih putih dan lebih putih.

Akibatnya, albedonya meningkat dan memantulkan lebih banyak cahaya ke luar angkasa. Ini berarti bahwa, meskipun bintang memancarkan lebih banyak energi, planet ini hampir tidak memanas.

Sebaliknya, jika bintang memasuki fase memancarkan lebih sedikit energi, planet mendingin. Tapi kemudian aster hitam berkembang biak lebih banyak daripada yang putih. Permukaan planet menjadi gelap, albedo berkurang, dan planet cenderung menghangat.

Seperti yang bisa dilihat, kehidupan, bahkan di dunia bunga aster yang disederhanakan, mampu mempertahankan suhu planet dalam batas yang memungkinkan kelangsungan hidupnya sendiri.

dokpri

James Lovelock,  di University of Oxford dan terus menyumbangkan ide-ide brilian untuk sains, berpendapat  Bumi berperilaku sebagai sistem pengaturan diri yang dikendalikan oleh kehidupan itu sendiri. Apa yang bisa dilakukan kehidupan untuk mengendalikan suhu Bumi dengan Matahari yang menghasilkan lebih banyak energi?

Kehidupan terestrial menemukan solusi brilian: memodifikasi jumlah gas rumah kaca di atmosfer untuk memastikan  suhu planet selalu tetap dalam batas sempit yang memungkinkan keberadaannya.

Mari  bayangkan  kita melakukan perjalanan dalam waktu 2,5 miliar tahun yang lalu. Saat itu Matahari adalah bintang yang memancarkan radiasi jauh lebih sedikit daripada saat ini. Logikanya, Bumi  menerima jauh lebih sedikit energi matahari daripada yang diterimanya saat ini. Anehnya, Bumi tidak lebih dingin dari sekarang.

Hal ini karena pada saat itu kehidupan di Bumi sangat berbeda dengan saat ini. Di atas segalanya, beberapa mikroorganisme primitif mendominasi, archaebacteria, menonjol di antara mereka archaea metanogenik, yang merupakan sekelompok bakteri yang memperoleh energi mereka melalui produksi metana (CH4). Sebagai konsekuensi dari metabolisme mereka, archaea metanogenik ini melepaskan sejumlah besar metana yang terakumulasi dalam jumlah besar di atmosfer Bumi primitif.

Tetapi metana adalah gas rumah kaca yang jauh lebih kuat daripada karbon dioksida yang sangat kita khawatirkan saat ini. Misalnya, dalam satu abad satu ton metana menghangatkan Bumi 25 kali lebih banyak daripada satu ton karbon dioksida.

 ada begitu banyak metana di atmosfer berarti bahwa, meskipun jumlah energi yang datang dari Matahari jauh lebih sedikit daripada yang dicapai saat ini, atmosfer yang kaya metana melepaskan jauh lebih sedikit panas ke luar angkasa daripada ke Bumi saat ini. Dalam istilah sehari-hari, Bumi jauh lebih hangat dengan selimut tebal metana.

Tapi Matahari terus memancarkan lebih banyak energi. Jika hari ini kita memiliki atmosfer yang kaya metana seperti 2,5 miliar tahun yang lalu, Bumi akan menjadi planet hangus yang mirip dengan Venus.

Namun, hidup tahu bagaimana mengendalikan situasi. Mikroorganisme lain, cyanobacteria, bertanggung jawab membuat Bumi melepaskan lebih banyak dan lebih banyak panas ke luar angkasa saat panas yang berasal dari Matahari meningkat.Tanpa mereka, kita tidak akan berada di sini.

Faktanya, cyanobacteria membuat penemuan luar biasa: fotosintesis oksidatif , sebuah mekanisme yang menangkap energi cahaya dari Matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia (molekul ATP). Dalam jenis fotosintesis ini, cyanobacteria memecah molekul air (fotolisis H2O yang berfungsi sebagai donor elektron) melepaskan produk limbah: oksigen.

Oksigen yang dilepaskan bereaksi dengan metana, menghasilkan karbon dioksida dan air. Jadi, sedikit demi sedikit, konsentrasi metana di atmosfer kita berkurang sementara konsentrasi karbon dioksida meningkat.

Ini memungkinkan bahwa, ketika lebih banyak energi dari Matahari tiba, atmosfer kita mengubah metana menjadi karbon dioksida, gas rumah kaca yang jauh lebih tidak efisien daripada metana. Lebih banyak panas datang dari Matahari, tetapi Bumi menghilangkan kelebihan panas ini dengan lebih baik, menjaga keseimbangan yang memungkinkan suhu yang sesuai untuk kehidupan. Namun, Matahari tidak berhenti tumbuh. Dan ada saatnya konsentrasi metana tidak bisa lebih rendah lagi.

dokpri

Kemudian kehidupan mengambil langkah penting lainnya: ia mulai membatasi banyak karbon dioksida atmosfer di bawah tanah. Ini secara efektif menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer. Fotosintesis  sangat efisien dalam mencapai hal ini.

Berkat energi cahaya dari Matahari, cyanobacteria, mikroalga, dan tumbuhan hijau menangkap 6 molekul karbon dioksida dan 6 molekul air untuk menghasilkan satu molekul glukosa dan melepaskan 6 molekul oksigen (6 CO2 + 6 H2O + cahaya --> C6H12O6 + 6 O2).

Di laut dan di danau, cyanobacteria dan mikroalga secara efisien menangkap karbon dioksida. Banyak yang akhirnya dimakan oleh zooplankton, memulai jaring makanan yang kompleks. Pada akhirnya, sebagian besar bahan organik (kotoran, mayat...) berakhir tenggelam dan disimpan dalam jumlah besar di bagian bawah.

Dengan begitu banyak bahan organik yang membusuk, di dasar ini akhirnya tidak ada oksigen (dikonsumsi oleh pengurai). Seiring waktu, sejumlah besar bahan organik ini akhirnya terkubur di bawah lapisan sedimen yang besar. Di sana mereka perlahan-lahan terurai selama jutaan tahun, tunduk pada proses fisik-kimia yang kompleks di bawah kondisi tekanan dan panas yang besar.

Ini adalah bagaimana minyak dan gas alam berasal. Sebelum mereka adalah karbon dioksida atmosfer.  Di darat, sebagian besar sisa tanaman akhirnya terakumulasi di daerah berawa dan danau dangkal. Ditutupi dengan air, mereka mulai terdegradasi karena aksi mikroorganisme anaerob. Kemudian mereka berakhir ditutupi dengan sedimen.

Ini adalah bagaimana batubara berasal. Sebelumnya, itu  karbon dioksida atmosfer. Sekitar 600 juta tahun yang lalu jumlah karbon dioksida atmosfer sangat besar. Tetapi sejak itu sejumlah besar karbon dioksida di atmosfer telah terakumulasi di dalam Bumi dalam bentuk minyak dan batu bara.

Untuk mendapatkan gambaran besarnya proses penangkapan karbon dioksida atmosfer ini, diperkirakan ada sekitar 940.000 juta ton batu bara dan 245.000 juta ton minyak yang tersisa di Bumi saat ini (terlepas dari semua yang telah kita habiskan sejak Revolusi industri).

Solusi hebat yang harus dimiliki kehidupan untuk mengendalikan pemanasan global selama 500 juta tahun terakhir adalah menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer. Tapi proses ini gagal sekali di akhir, menghasilkan kepunahan massal terbesar dalam sejarah Bumi. Pada saat itu, gunung berapi melepaskan sejumlah besar karbon dioksida ke atmosfer (sebagian besar dengan membakar deposit besar batu bara, gas, dan minyak yang ada di tempat yang sekarang disebut Siberia).

Ketika kecenderungan alami kehidupan untuk menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer terbalik, konsekuensinya adalah bencana. Semua kehidupan di Bumi hampir punah.

Sekarang kita manusia telah melakukannya lagi. Kondisi saat ini telah membalikkan tren yang telah berlangsung selama ratusan juta tahun dengan memastikan  planet kita mempertahankan suhu yang sesuai. Apakah masih bisa kita bertahan? ****