Sejak terbentuk sekitar 4,5 miliar tahun lalu, rotasi Bumi secara bertahap melambat, menyebabkan hari-hari semakin panjang. Meskipun perlambatan ini tidak terasa dalam skala waktu manusia, perubahan ini berdampak signifikan selama miliaran tahun. Salah satu dampaknya, yang mungkin paling penting bagi kehidupan di Bumi, adalah keterkaitannya dengan oksigenasi atmosfer, seperti yang dijelaskan dalam sebuah studi di tahun 2021.
Peran Cyanobacteria dan Oksigenasi Atmosfer
Sekitar 2,4 miliar tahun lalu, ganggang hijau-biru (cyanobacteria) mulai berkembang biak dan menghasilkan oksigen sebagai produk sampingan metabolisme mereka. Mikroorganisme ini mampu memproduksi lebih banyak oksigen karena hari-hari di Bumi yang semakin panjang memberikan mereka waktu lebih banyak untuk melakukan fotosintesis.
Gregory Dick, seorang mikrobiolog dari University of Michigan, mengungkapkan bahwa salah satu pertanyaan besar dalam ilmu Bumi adalah bagaimana atmosfer Bumi mendapatkan oksigennya. Penelitian ini menunjukkan bahwa kecepatan rotasi Bumi, atau panjang hari, memainkan peran penting dalam pola dan waktu oksigenasi tersebut.
Sebelum kemunculan cyanobacteria, Bumi memang sudah mengalami rotasi yang lebih cepat dibandingkan saat ini. Pada waktu itu, panjang satu hari kemungkinan jauh lebih pendek dari 18 jam, mungkin hanya sekitar 6–12 jam, tergantung pada periode waktu tertentu dalam sejarah awal Bumi.
Perlambatan Rotasi Bumi
Bumi melambat akibat tarikan gravitasi Bulan, yang secara bertahap menjauh dari planet ini. Berdasarkan catatan fosil, panjang hari sekitar 1,4 miliar tahun lalu hanya 18 jam, sementara 70 juta tahun lalu masih setengah jam lebih pendek dibandingkan hari saat ini. Data menunjukkan bahwa panjang hari meningkat sekitar 1,8 milidetik setiap aba
Peristiwa Oksidasi Besar (Great Oxidation Event)
Perlambatan rotasi ini terkait dengan Peristiwa Oksidasi Besar, di mana cyanobacteria menghasilkan oksigen dalam jumlah besar sehingga atmosfer Bumi mengalami peningkatan signifikan dalam kadar oksigen. Tanpa oksigenasi ini, kehidupan kompleks seperti yang kita kenal saat ini mungkin tidak akan ada.
Namun, banyak yang belum diketahui tentang mengapa peristiwa ini terjadi pada waktu tertentu, dan bukan sebelumnya. Untuk menjawab pertanyaan ini, para ilmuwan melakukan penelitian pada mikroba cyanobacteria di Danau Huron, yang dianggap sebagai analog cyanobacteria awal di Bumi.
Mekanisme Produksi Oksigen oleh Cyanobacteria
Mikroba ini menunjukkan pola aktivitas unik: di malam hari, mikroba yang memetabolisme sulfur mendominasi, sedangkan cyanobacteria mulai aktif menghasilkan oksigen hanya setelah matahari terbit, dengan jeda waktu yang cukup lama. Fenomena ini menarik perhatian para ilmuwan, seperti Brian Arbic dari University of Michigan, yang bertanya-tanya apakah perubahan panjang hari dalam sejarah Bumi memengaruhi fotosintesis cyanobacteria.
Melalui eksperimen di lingkungan alami dan laboratorium, serta model matematis, para peneliti menemukan bahwa hari yang lebih panjang memungkinkan cyanobacteria menghasilkan lebih banyak oksigen. Penemuan ini tidak hanya terkait dengan Peristiwa Oksidasi Besar, tetapi juga peristiwa oksigenasi kedua, yaitu Peristiwa Oksigenasi Neoproterozoik sekitar 550–800 juta tahun lalu.
Hubungan Antara Skala Molekul dan Planet
Peneliti seperti Arjun Chennu dari Leibniz Centre for Tropical Marine Research menjelaskan bahwa proses difusi molekul yang lambat membatasi pelepasan oksigen, meskipun panjang hari meningkat. Penelitian ini menunjukkan keterkaitan antara hukum fisika pada skala molekul dengan mekanika planet, menghubungkan “tarian molekul” di dalam mikroba dengan “tarian” Bumi dan Bulan.
Penelitian yang diterbitkan di Nature Geoscience ini memberikan wawasan baru tentang bagaimana perubahan rotasi planet dapat memengaruhi evolusi atmosfer dan kehidupan di Bumi.