Beranjangsanalah ke pesisir yang anda kenal. Sembari menikmati panorama indah tepian samudera yang disajikan Sang Pencipta dengan demikian memukau, silahkan merenung dan mencari jawab atas pertanyaan: darimana air sebanyak itu berasal ?
Hampir tiga perempat permukaan Bumi ditutupi air, tepatnya sejumlah 70 %. Dan hampir seluruh air tersebut berada dalam sebuah badan air tunggal yang disebut samudera, meski manusia membagi-baginya menjadi empat wilayah untuk mempermudah penamaan secara administratif. Air samudera yang belimpah merupakan faktor vital yang mendukung kehidupan di Bumi, sebab dengan adanya air inilah siklus karbon (dalam bentuk transfer karbondioksida di atmosfer menjadi sedimen karbonat di dasar laut dan sebaliknya) dapat berlangsung. Demikian pula daur hidrologis yang menghasilkan iklim dan cuaca. Peruraian air menjadi gas Oksigen dan ion Hidrogen lewat mekanisme mengagumkan di dalam butir-butir hijau daun (kloroplas) menyajikan emisi gas yang sangat diperlukan makhluk hidup aerob termasuk manusia. Maka dapat dikatakan, tanpa keberadaan air samudera, kehidupan takkan bisa bertahan di permukaan Bumi.
Namun dalam perspektif astronomi, eksistensi air di Bumi adalah sebuah keajaiban semesta. Pasalnya dalam masa purba tata surya, tatkala Bumi purba dan planet-planet terestrial tetangganya baru saja terbentuk, situasi saat itu tak memungkinkan air bertahan di Bumi meskipun sebagai gas (uap air). Sebab pada masa awal tata surya, Matahari berada dalam fase T-Tauri yang ganas, yang meradiasikan angin Matahari dan panas jauh lebih intensif dibanding masa kini. Model standar memperlihatkan pada saat itu suhu permukaan Bumi mencapai 2.000 derajat Celcius alias sepanas besi cair. Suhu sangat tinggi ini jelas tak memungkinkan air berada dalam bentuk cai, sementara hembusan angin Matahari yang sangat kuat dan ditunjang ketiadaan atmosfer saat itu membuat semua senyawa gampang menguap seperti air, hidrogen, helium, metana, amoniak, nitrogen, karbon monoksida dan karbondioksida terusir dari permukaan Bumi dan planet-planet terestrial lainnya bersama sisa gas dan debu yang membentuk tata surya.
Maka, mengapa kini Bumi demikian berlimpah dengan air, sementara planet-planet terestrial sepeti Venus dan Mars tidak? Sementara model standar mengindikasikan bahwa pada masa awal tata surya, air terusir jauh-jauh hingga jarak 600 hingga 750 juta km dari Matahari. Ini setara dengan jarak Matahari-Jupiter.
Model yang sama mengindikasikan bahwa air tersedia berlimpah di kawasan pinggiran tata surya sebagai bekuan abadi (permafrost) yang tersimpan pada kometisimal (bakal komet). Secara umum kometisimal-kometisimal tersebut terorganisir dalam dua kawasan berbeda : sabuk Kuiper-Edgeworth dan awan komet Opik-Oort.
Sabuk Kuiper-Edgeworth adalah kawasan pipih menyerupai sabuk Asteroid yang merentang dari sekitar orbit planet Neptunus hingga sejauh 7 milyar km dari Matahari. Sabuk Kuiper-Edgeworth berisikan 1 hingga 10 milyar kometisimal dengan total massa setara 20 % massa Bumi kita. Pluto adalah benda Kuiper-Edgeworth yang pertama kali ditemukan dan terbesar kedua setelah Eris (ditemukan tahun 2003). Sedangkan awan komet Opik-Oort merupakan kawasan globular (berbentuk menyerupai bola) yang merentang antara 300 hingga 7.500 milyar km dari Matahari dan mengandung kometisimal sebanyak 1.000 hingga 10.000 milyar dengan total massa antara 0 hingga 40 massa Bumi kita. Bila sabuk Kuiper-Edgeworth merupakan sumber bagi komet-komet berperiode pendek (yakni dengan periode < 200 tahun), maka awan komet Opik-Oort merupakan sumber komet berperiode panjang (dengan periode > 200 tahun), komet parabolik (komet dengan orbit berbentuk parabola) dan komet hiperbolik (komet dengan orbit berbentuk hiperbola).
Dengan air berada di kawasan pinggiran tata surya, maka satu-satunya mekanisme yang mampu membawanya hingga ke kawasan planet-planet terestrial tempat Bumi berada adalah tumbukan komet. Ya, tumbukan komet memang melepaskan energi teramat besar disertai kenaikan suhu sangat tinggi pada titik tumbukannya. Namun distribusi kenaikan suhu ini tidaklah homogen, terbesar berada di pusat tumbukan sementara di tepiannya adalah yang terkecil. Meski air dapat terurai menjadi gas Hidrogen dan Oksigen bila dikenai suhu sangat tinggi, namun rendahnya suhu di tepian titik tumbukan membuat air dalam komet yang semula berbentuk padatan (es) akan tersublimasi menjadi gas (uap) tanpa terurai. Bila tumbukan komet berlangsung secara susul-menyusul, maka terjadi akumulasi uap air di permukaan Bumi. Dan bila semuanya telah usai sehingga suhu permukaan Bumi kembali menurun menuju titik normalnya, terjadilah kondensasi uap air yang membentuk air dalam rupa cair.
Namun darimana asalnya komet yang mengguyurkan air ke Bumi?
Mendekatnya komet Hartley 2 setahun silam menyajikan pengetahuan baru, air di Bumi kemungkinan besar berasal dari kawasan sabuk Kuiper-Edgeworth. Pemahaman ini diperoleh dengan membandingkan sidik jari air di Bumi terhadap air di komet Hartley 2 tersebut.
Sidik jari air yang dimaksud di sini adalah rasio antara atom Deuterium terhadap atom Hidrogen dalam air. Atom Deuterium merupakan isotop atom Hidrogen dan dikenal pula sebagai Hidrogen berat, karena inti atomnya tersusun oleh 1 buah proton + 1 buah neutron. Berbeda dengan atom Hidrogen yang inti atomnya hanya berupa 1 buah proton. Jika bersenyawa dengan atom Oksigen, maka atom Deuterium akan membentuk air berat sementara atom Hidrogen membentuk air ringan. Air di Bumi mengandung 1.558 buah atom Deuterium dalam tiap 1 juta atom Hidrogen. Sementara observasi terhadap lima buah komet yang diduga berasal dai awan komet Opik-Oort menunjukkan air pada komet-komet tersebut memiliki sidik jari: 2.960 buah atom Deuterium per 10 juta atom Hidrogen. Rasio ini nyaris dua kali lipat rasio air di Bumi, sehingga mengindikasikan air di Bumi tidaklah berasal dari awan komet Opik-Oort.
Namun observasi terhadap komet Hartley 2 menyajikan hasil berbeda. Dengan memanfaatkan teleskop landas bumi Herschel khususnya instrumen Heterodyne Instrument for the Far Infrared, diketahui bahwa air di komet Hartley 2 mengandung 1.610 atom Deuterium dalam tiap 10 juta atom Hidrogen. Sidik jari ini nyaris identik dengan sidik jari air di Bumi. Dan karena komet Hartley 2 dipastikan berasal dari sabuk Kuiper-Edgeworth, maka untuk sementara dapat disimpulkan bahwa air di Bumi memang berasal dari sabuk Kuiper-Edgeworth itu.
Penemuan ini membawa langkah maju dalam merekonstruksi asal-usul air di Bumi. Setelah planet-planet terbentuk, tata surya mengalami periode paling riuh tatkala planet-planet gas raksasa (yakni Jupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus) mengalami migrasi dari kawasan pembentukannya. Jupiter mengalami migrasi kedalam (yakni lebih mendekati Matahari) sehingga memaksa sebagian planetisimal yang berada di antara orbit Mars dan Jupiter mengorganisir diri ke dalam kawasan sabuk Asteroid. Sebaliknya Saurnus, Uranus dan Neptunus mengalami migrasi keluar (lebih menjauhi Matahari) sehingga memaksa planetisimal-planetisimal di sini terlempar dari lokasinya. Sebagian dipaksa mengorganisir diri membentuk sabuk Kuiper-Edgeworth dan awan komet Opik-Oort. Namun sebagian lainnya dipaksa terbang menuju kawasan planet-planet terestrial. Inilah yang menyebabkan periode Hantaman Besar (Heavy Bombardment), yang berlangsung dalam kurun waktu 4,2-3,8 milyar tahun silam.
Pada periode ini, jumlah tumbukan komet per satuan waktu di Bumi adalah sangat besar, mencapai sejuta kali lipat atau lebih dibanding nilai sekarang. Hantaman Besar menyebabkan Bumi dihujani komet-komet berperiode pendek dan mengakumulasikan sedikitnya 70 trilyun ton air dalam bentuk uap. Proses serupa pun terjadi di kawasan planet terestrial lainnya mulai Merkuius, Venus dan Mars. Hanya saja, Bumi mempunyai keberuntungan kosmik lainnya. Dengan ukuran planet yang besar disusul terbentuknya magnetosfer kuat, membuat uap air di Bumi mampu tersekap demikian lama untuk kemudian berkondensasi dan menciptakan hujan abadi yang membentuk samudera pertama.
Planet-planet terestrial lainnya tak seberuntung itu. Merkurius, meski magnetosfernya kuat, namun ukurannya terlalu kecil dan terlalu dekat dengan Matahari sehingga uap air lepas kembali ke angkasa. Sementara Venus terlalu panas, bahkan lebih panas dibanding Merkurius, sehingga uap air tak pernah bisa membentuk air dan terusir jauh-jauh ke atmosfernya. Dan Mars pun terlalu kecil dengan magnetosfer terlalu lemah, sehingga meski uap air kemudian mampu berkondensasi menjadi air, namun hanya bertahan selama setengah hingga sejuta tahun kemudian. Karena magnetosfer Mars tak mampu menahan hembusan angin Matahari sehingga air Mars langsung terhembus dan sedikit demi sedikit kembali terusir ke angkasa. sumber
Hampir tiga perempat permukaan Bumi ditutupi air, tepatnya sejumlah 70 %. Dan hampir seluruh air tersebut berada dalam sebuah badan air tunggal yang disebut samudera, meski manusia membagi-baginya menjadi empat wilayah untuk mempermudah penamaan secara administratif. Air samudera yang belimpah merupakan faktor vital yang mendukung kehidupan di Bumi, sebab dengan adanya air inilah siklus karbon (dalam bentuk transfer karbondioksida di atmosfer menjadi sedimen karbonat di dasar laut dan sebaliknya) dapat berlangsung. Demikian pula daur hidrologis yang menghasilkan iklim dan cuaca. Peruraian air menjadi gas Oksigen dan ion Hidrogen lewat mekanisme mengagumkan di dalam butir-butir hijau daun (kloroplas) menyajikan emisi gas yang sangat diperlukan makhluk hidup aerob termasuk manusia. Maka dapat dikatakan, tanpa keberadaan air samudera, kehidupan takkan bisa bertahan di permukaan Bumi.
Samudera Hindia, dilihat dari Pegunungan Karangbolong (Kebumen, Jawa Tengah)
Maka, mengapa kini Bumi demikian berlimpah dengan air, sementara planet-planet terestrial sepeti Venus dan Mars tidak? Sementara model standar mengindikasikan bahwa pada masa awal tata surya, air terusir jauh-jauh hingga jarak 600 hingga 750 juta km dari Matahari. Ini setara dengan jarak Matahari-Jupiter.
Model yang sama mengindikasikan bahwa air tersedia berlimpah di kawasan pinggiran tata surya sebagai bekuan abadi (permafrost) yang tersimpan pada kometisimal (bakal komet). Secara umum kometisimal-kometisimal tersebut terorganisir dalam dua kawasan berbeda : sabuk Kuiper-Edgeworth dan awan komet Opik-Oort.
Diagram posisi awn komet Opik-oort dan sabuk Kuiper-Edgeworth.
Dengan air berada di kawasan pinggiran tata surya, maka satu-satunya mekanisme yang mampu membawanya hingga ke kawasan planet-planet terestrial tempat Bumi berada adalah tumbukan komet. Ya, tumbukan komet memang melepaskan energi teramat besar disertai kenaikan suhu sangat tinggi pada titik tumbukannya. Namun distribusi kenaikan suhu ini tidaklah homogen, terbesar berada di pusat tumbukan sementara di tepiannya adalah yang terkecil. Meski air dapat terurai menjadi gas Hidrogen dan Oksigen bila dikenai suhu sangat tinggi, namun rendahnya suhu di tepian titik tumbukan membuat air dalam komet yang semula berbentuk padatan (es) akan tersublimasi menjadi gas (uap) tanpa terurai. Bila tumbukan komet berlangsung secara susul-menyusul, maka terjadi akumulasi uap air di permukaan Bumi. Dan bila semuanya telah usai sehingga suhu permukaan Bumi kembali menurun menuju titik normalnya, terjadilah kondensasi uap air yang membentuk air dalam rupa cair.
Namun darimana asalnya komet yang mengguyurkan air ke Bumi?
Mendekatnya komet Hartley 2 setahun silam menyajikan pengetahuan baru, air di Bumi kemungkinan besar berasal dari kawasan sabuk Kuiper-Edgeworth. Pemahaman ini diperoleh dengan membandingkan sidik jari air di Bumi terhadap air di komet Hartley 2 tersebut.
Sidik jari air yang dimaksud di sini adalah rasio antara atom Deuterium terhadap atom Hidrogen dalam air. Atom Deuterium merupakan isotop atom Hidrogen dan dikenal pula sebagai Hidrogen berat, karena inti atomnya tersusun oleh 1 buah proton + 1 buah neutron. Berbeda dengan atom Hidrogen yang inti atomnya hanya berupa 1 buah proton. Jika bersenyawa dengan atom Oksigen, maka atom Deuterium akan membentuk air berat sementara atom Hidrogen membentuk air ringan. Air di Bumi mengandung 1.558 buah atom Deuterium dalam tiap 1 juta atom Hidrogen. Sementara observasi terhadap lima buah komet yang diduga berasal dai awan komet Opik-Oort menunjukkan air pada komet-komet tersebut memiliki sidik jari: 2.960 buah atom Deuterium per 10 juta atom Hidrogen. Rasio ini nyaris dua kali lipat rasio air di Bumi, sehingga mengindikasikan air di Bumi tidaklah berasal dari awan komet Opik-Oort.
inti komet Hartley 2 seperti dicitrkan misi EPOXI. Sumber : NASA, 2011
Perbandingan spektrum air bert dan air ringan pada komet Hartley 2.
Pada periode ini, jumlah tumbukan komet per satuan waktu di Bumi adalah sangat besar, mencapai sejuta kali lipat atau lebih dibanding nilai sekarang. Hantaman Besar menyebabkan Bumi dihujani komet-komet berperiode pendek dan mengakumulasikan sedikitnya 70 trilyun ton air dalam bentuk uap. Proses serupa pun terjadi di kawasan planet terestrial lainnya mulai Merkuius, Venus dan Mars. Hanya saja, Bumi mempunyai keberuntungan kosmik lainnya. Dengan ukuran planet yang besar disusul terbentuknya magnetosfer kuat, membuat uap air di Bumi mampu tersekap demikian lama untuk kemudian berkondensasi dan menciptakan hujan abadi yang membentuk samudera pertama.
Ilustrasi proses migrasi Saturnus di masa awal tata surya
0 comments:
Posting Komentar