Dari Mana Asal Oksigen yang Ada di Bumi?

Untuk mengukur kondisi oksidasi batuan magmatik ini yang terbentuk melalui pendinginan dan kristalisasi magma atau lava merupakan hal yang menantang. Peristiwa pasca-kristalisasi mungkin telah memodifikasi batuan ini melalui deformasi, penguburan, atau pemanasan di kemudian hari.

Jadi, kami memutuskan untuk melihat mineral apatite yang terdapat dalam kristal zirkon dalam batuan ini. Kristal zirkon dapat menahan suhu dan tekanan yang kuat dari peristiwa pasca-kristalisasi.

Baca juga: Pengertian Oksigen dan Pembentukannya

Kristal-kristal ini menyimpan petunjuk tentang lingkungan tempat mereka terbentuk dan memberikan informasi usia yang tepat untuk batuan itu sendiri.

Kristal apatite kecil yang lebarnya kurang dari 30 mikron - seukuran sel kulit manusia - terperangkap di dalam kristal zirkon. Kristal-kristal tersebut mengandung belerang. Dengan mengukur jumlah sulfur dalam apatit, kita dapat menentukan apakah apatite tumbuh dari magma yang teroksidasi atau tidak.

Kami berhasil mengukur kapasitas oksigen dari magma Arkean asli - yang pada dasarnya adalah jumlah oksigen bebas di magma tersebut - dengan menggunakan teknik khusus yang disebut Spektroskopi Struktur Tepi Dekat Penyerapan Sinar-X S-XANES di Advanced Photon Source Synchrotron di Argonne National Laboratory di Illinois, Amerika Serikat.

Menciptakan oksigen dari air?

Kami menemukan bahwa kandungan sulfur dalam magma, yang awalnya berada di kisaran nol, meningkat menjadi 2.000 bagian juta menjadi sekitar 2705 juta per tahun. Hal ini mengindikasikan bahwa magma telah bertambah banyak mengandung sulfur.

Selain itu, dominasi S6+ - sejenis ion sulfer - dalam apatite menunjukkan bahwa belerang berasal dari sumber yang teroksidasi, sesuai dengan data dari inang kristal zirkon.

Temuan-temuan baru ini mengindikasikan bahwa magma teroksidasi terbentuk pada era Neoarkean tepatnya 2,7 miliar tahun yang lalu. Data menunjukkan bahwa kurangnya oksigen terlarut di reservoir samudra Arkean tidak mencegah pembentukan magma teroksidasi yang kaya akan belerang di zona subduksi.

Oksigen dalam magma ini pasti berasal dari sumber lain dan pada akhirnya dilepaskan ke atmosfer ketika gunung berapi meletus.

Baca juga: Tak Cuma Oksigen, Elemen Ini Penting untuk Evolusi Kehidupan Kompleks di Bumi

Kami menemukan bahwa terjadinya magma yang teroksidasi ini berkorelasi dengan peristiwa mineralisasi emas berskala besar di Provinsi Superior dan Yilgarn Craton (Australia Barat), yang menunjukkan adanya hubungan antara sumber-sumber yang kaya akan oksigen ini dengan pembentukan endapan bijih kelas dunia secara global.

Implikasi dari penemuan magma yang teroksidasi ini melampaui pemahaman geodinamika Bumi purba. Sebelumnya, merupakan sebuah hal yang tidak mungkin bahwa magma Arkean dapat teroksidasi sementara air laut dan batuan atau sedimen dasar laut tidak teroksidasi.

Meskipun mekanismenya yang pasti belum sepenuhnya jelas, kemunculan magma ini menunjukkan bahwa proses subduksi, di mana air laut dibawa ratusan kilometer ke dalam planet kita, menghasilkan oksigen bebas. Hal ini kemudian mengoksidasi mantel di atasnya.

Penelitian kami menunjukkan bahwa subduksi Arkean mungkin merupakan faktor yang penting dan tak terduga dalam oksigenasi Bumi, oksigen awal pada 2,7 miliar tahun yang lalu dan juga Peristiwa Oksidasi Besar yang menandai peningkatan oksigen di atmosfer bumi sebesar 2% pada 2,45 hingga 2,32 miliar tahun yang lalu.

Sejauh yang kita ketahui, Bumi adalah satu-satunya tempat di tata surya - baik di masa lalu maupun sekarang - yang memiliki lempeng tektonik dan subduksi aktif. Hal ini menunjukkan bahwa penelitian ini dapat menjelaskan sebagian dari kekurangan oksigen dan pada akhirnya, kehidupan di planet-planet berbatu lainnya di masa depan.

Baca juga: Selain Oksigen, Mengapa Nitrogen juga Penting Bagi Makhluk Hidup?

David Mole
Postdoctoral fellow, Earth Sciences, Laurentian University

Adam Charles Simon
Arthur F. Thurnau Professor, Earth & Environmental Sciences, University of Michigan

Xuyang Meng
Postdoctoral Fellow, Earth and Environmental Sciences, University of Michigan

Artikel ini tayang di Kompas.com berkat kerja sama dengan The Conversation Indonesia. Tulisan di atas diambil dari artikel asli berjudul "Studi baru ungkap dari mana oksigen berasal di Bumi". Isi di luar tanggung jawab Kompas.com.