Asal-usul Bumi, Laut dan Kehidupan di Laut Pertemuan ke-2 The big bang theory Asal-usul Bumi, Laut dan Kehidupan di Laut

Outline kuliah hari ini 1. Asal-usul alam semesta (Universe) Galaksi dan bintang Elemen penyusun 2. Matahari dan Tata Surya 3. Asal-usul Bumi Skala waktu geologi Asal-usul Atmosfer dan Samudera Awal Benua Bulan Bentuk kehidupan di laut asalod

Beberapa Istilah: Star (bintang): ‘bola’ masiv berupa gas pijar yg terlihat banyak di langit Galaxy: Kumpulan bintang, debu, gas dan debu angkasa lainnya yang berotasi dan berada bersama oleh gaya tarik gravitasi. Universe atau cosmos (Alam semesta): kumpulan galaxy. Kira2 terdapat 100 juta galaxy yang teramati dg teleskop kita. Planet berada satu sistem dengan bintang dan bergerak mengitarinya Satelit, benda angkasa yang mengelilingi planet, misal Bulan. 1 Tahun Cahaya: Kec. cahaya (~3.105 km/s) x 1 tahun (31536000 s) = 9.8 . 1012 km asalod

Galaxy Milky Way: Galaxy dimana tata surya kita berada Diameter cakram: 100,000 tahun cahaya (TC); tebal cakram 10,000-15,000 TC Tata surya beserta ke-9 planetnya berada sekitar 2/3 dari sisi luar Galaxy ini. Tata surya mengikuti pergerakan Galaxy MW dengan kec. ~ 280 km/s Di dalam Galaxy MW terdapat ~1011 bintang, yg mana puluhan juta binang itu memiliki planet dan makhluknya. asalod

Tata Surya (Solar System) 9 planet Terdekat: Merkurius Terjauh: Pluto a. Ukuran relatif planet dan surya Planet yang terdekat dg matahari lebih kecil Karena emisi partikel dari mthari yg terionisasi dan pemanasan internal planet itu sendiri b. Orbit planet dari Tata Surya asalod

Dengan mengamati energi cahaya yang memancar dari galaxy, para ahli astronomi dapat menentukan bahwa hampir semua galaxy sedang menjauhi satu sama lainnya, pada kecepatan ~240,000 km/s (3/4 kec cahaya !). Saling menjauhnya galaxy 2 tersebut diduga sebagai pergerakan serpihan2 hasil dari suatu ledakan, yang kemungkinan berasal dari satu massa yang sama. Jika hal ini benar, maka waktu yang diperlukan dari ledakan tsb sampai keadaan saat ini adalah ~15 milyar tahun. Mengarah ke Teori Big Bang asalod

Asal-usul Alam Semesta: teori BB Teori Big Bang adalah penjelasan ilmiah yang berlaku tentang asal-usul alam semesta. Bahwa pada satu waktu semua materi itu terkonsentrasi kedalam satu badan tunggal dan sangat padat Prevailing=berlaku, tremendous=maha dasyat, hurling=terlempar Kemudian ~15 milyar tahun lalu, sebuah ledakan dahsyat melemparkannya keluar ke ruang angkasa asalod 1 billion=109

Dasar Utama ttg Teori BB Energi cahaya yang hasil radiasi galaxi, makin jauh makin rendah energi (shifting spektrum) Galaxi saling menjauhi karena ada ledakan Apa semua pernah berkumpul, tidak pasti? Waktu untuk sampai posisi sekarang ~15 miliar tahun asalod

Urutan waktu “Big Bang” Alam Semesta modern Cairan bbtuk piring bermuatan listrik Pemisahan bagian Galaksi pertama Pembekuan Pemompaan Inflation=pemompaan; quark soup= cairan berbentuk piring yang bermuatan listrik akibat pemanasan

Bukti2 terhadap teori Big Bang Galaksi2 bergerak menjauhi kita dg kec sebanding dg jaraknya. Hal ini disebut dg Hukum Hubble, karena Edwin Hubble (1889-1953) yang menemukan fenomena ini tahun 1929. Melimpahnya “elemen cahaya” hidrogen dan helium yang ditemukan di alam semesta, diperkirakan mendukung model asal-usul Big Bang. Adanya Radiasi latar kosmik yang diramalkan oleh kosmologi George Gamov 1948 dan ditemukannya oleh Arno Penzias & Robert Wilson dari Bell Labs 1965. asalod

Formasi Elemen Dalam bbrp menit, alam semesta mengembang menjadi ukuran besar dan cukup dingin yg menjadikan proton dan neutron berpadu membentuk inti atom. Proses ini dikenal sebagai Nukleosida-Sintesis. Hanya dalam waktu sehari, Nukleosida-Sintesis menghasilkan hampir semua inti hidrogen dan helium seperti keadaan sekarang Enormous=mahabesar Hidrogen dan Helium merupakah unsur paling ringan dan paling melimpah di alam semesta Unsur yang lebih berat mengandung hanya ~0.1% dari semua elemen di alam semesta

Penggelembungan Alam Semesta Permulaan Alam Semesta telah terus menggelembung seperti awan gas panas. Selama milyaran tahun berikutnya, gaya gravitasi telah memadatkan kumpulan gas2 tsb menjadi bintang2 dan galaksi2.

asalod

Galaksi2 dan Bintang2 Bintang : ‘bola’ masif berbentuk gas pijar Galaksi: Kumpulan bintang, debu, gas, dan benda angkasa lainnya, yang berotasi secara bersamaan karena adanya gaya gravitasi Alam Semesta memiliki sebanyak 50 milyar galaksi, dimana setiap galaksi memiliki hampir 50 milyar bintang Jagad raya: universe asalod

asalod

Pembentukan Elemen yang lebih berat Hampir semua bintang membakar Hidrogen untuk menghasilkan Helium dan Energi. Empat atom Hidrogen bergabung membentuk atom Helium. Dalam proses ini, sejumlah keciI materi diubah menjadi sejumlah besar energi. Setelah bintang terbakar, sebagian besar Hidrogennya meluruh/berkurang. Bila terjadi dalam jumlah besar, bintang yang meluruh lalu membakar Helium, membentuk elemen yang lebih berat (Karbon dan Oksigen). “Raksasa Merah” (bintang besar) mengalami siklus tersebut: pembakaran/peluruhan beberapa kali, membentuk Silikon, Magnesium, dan elemen berat lainnya. asalod

Supernova Bila energi semua bintang besar terpakai, maka akan terjadi peluruhan yang tiba-tiba, lalu meledak secara dahsyat yang dikenal sebagai Supernova, menyebarkan banyak material ke angkasa. Kekuatan Supernova menghasilkan Neutron yang menumbuk atom lainnya dari bintang yang meledak, membentuk elemen lebih berat, yang menyebar di angkasa sebagai debu angkasa. Propelling=mendorong, collide=tubrukan asalod

Asal-Usul Tata Surya Matahari dan planet2nya dari tata surya memiliki asal-usul yang sama, semuanya berasal dari Solar Nebula , awan dan debu angkasa yang berotasi, yang diperkaya dengan elemen berat yang dilepaskan oleh Supernova. Rotasi Nebula menjadikannya memipih (flatten), dan gaya gravitasi memadatkan material dekat dengan pusat rotasi menjadi protosun. Coalescing=bersatu Material yang jauh dari pusat rotasi terakumulasi menjadi planet-planet. asalod

Solar Winds (Angin Surya) Bila suhu internal dari Protosun meningkat sampai titik dimana atom Hidrogen terfusi menjadi Helium, maka saat itu Matahari terbentuk. Angin surya yang intensif terbentuk bila matahari melepaskan seluruh gas dari dalamnya. Elemen yang bertahan membentuk Bumi adalah Oksigen, Silikon, Besi, Alumunium, Kalsium, Magnesium, Sodium, dan Potasium; elemen tersebut dimiliki batuan bumi sekarang. asalod

Evolusi Bumi Planet kita terbentuk dari material angkasa melalui akresi (penumpukan) Partikel dan gas ukuran sentimeter terkondensasi membentuk Planetesimal berukuran kilometer (proto-planet kecil). Planetesimal terbawa satu sama lainnya karena gravitasi dan berfusi menjadi sebuah planet. asalod

Diferensiasi Interior Bumi Komposisi bumi awalnya seragam seluruh bagiannya. Lalu pada tahap akresi (penggumpalan), tumbukan yang sering terjadi dengan meteor dan material angkasa lainnya menyebabkan permukaan planet menjadi panas. Tambahan pemanasan berasal dari peluruhan elemen radioaktif di dalam bumi menyebabkan seluruh bumi meleleh. Gravitasi menarik elemen berat besi kearah dalam untuk membentuk mantel dan inti (core). Material yang lebih ringan (Silikon, Mg, Al, dan senyawa oksigen) berpindah kearah luar (permukaan). Sekitar 4.6 milyar tahun lalu, permukaan keras pertama terbentuk terkristalisasi menjadi kerak bumi (crust). asalod

Skala-Waktu Geologi Para Ilmuwan telah mencatatkan sejarah Bumi sampai 4.6 milyar tahun ke belakang, pada Skala-Waktu Geologi. Skala ini dibagi secara meningkat kedalam sekumpulan hirarki dari satuan waktu yang lebih kecil, seperti eons, eras, periods, epochs, dan ages. Eons=beribu-ribu tahun, asalod

asalod

asalod

Atmosfer Awal Atmosfer mulai terbentuk sekitar 4.4 milyar tahun lalu selama periode Precambrian. Letusan gunung berapi dan gempa yang sering terjadi menyebabkan Karbondioksida, Nitrogen, dan gas2 lainnya terperangkap di dalam planet terlepas ke atmosfer. Perubahan menjadi gas dari komet di permukaan bumi, juga melepaskan sejumlah besar gas amonia, metan, dan uap kedalam atmosfer. asalod

Komposisi Atmosfer Taraf kandungan karbondioksida sebesar 1000 kali dari taraf sekarang. Karena oksigen secara cepat bersenyawa dengan logam di kerak bumi membentuk oksida, tidak ada oksigen di atmosfer awal. Uap air sangat melimpah di atmosfer awal dari pelepasan gas yang mana tekanan atmosfer beberapa kali lebih besar dari kondisi sekarang. Primordial=jamanpurba asalod

Asal-usul Atmosfer Energi matahari merontokkan atmosfer pertama. Atmosfer kedua terbentuk dari gas2 yang berasal dari erupsi gunung berapi. Atmosfer primitif: CO2, uap air, atmosfer tipis terdiri dari CO, N2, H2, HCl, and traces of NH3 and CH4 (3.5 billion year ago) bya= billion year ago asalod

Planet Biru Setelah beberapa jutaan tahun, atmosfer mendingin yang cukup untuk mengkondensasi uap air menjadi awan tebal yang melingkupi seluruh planet. Hujan mulai turun dari langit, mendinginkan permukaan bumi. Air hujan terkumpul di cekungan2 dan basin2, dimana air tsb menguap, mendingin, dan jatuh kembali. Periode hujan lebat tersebut dialami planet selama 10 juta tahun. Ketika hujan berhenti dan langit bersih, Bumi tampak sebagai sebuah planet biru dihampari oleh samudera yang dalamnya sekitar 2 mil, ditaburi oleh pulau2 gunung berapi. asalod

Pembentukan Samudera Pelepasan gas uap air dan gas lainnya dari gunung berapi Proses Kondensasi (uap air  air) Hujan asalod

Benua Awalnya, massa daratan benua itu mungkin kecil Terbentang di bawah laut adalah lapisan kerak samudera tebalnya sekitar 8 km, utamanya terbentuk dari basal, batuan kaya besi dan berat yang berasal dari gunung berapi. Kerak benua adalah lebih tebal (20-70 km), dan tersusun dari batuan granit yang lebih ringan, terisi dari material mantel bumi dan kerak samudera. Kerak benua pertama mungkin berasal dari beberapa busur pulau yang terisolasi, dan terakumulasi menjadi massa daratan yang luas seperti sekarang ini. Penjelasan tentang asal-usul dan evolusi benua masih diperdebatkan. (detailnya nanti akan dibahas di teori plate tektonik) asalod

Super Kontinen pertama Sampai akhir periode Prekambrian, sekitar 700 juta tahun lalu, seluruh massa daratan bersatu membentuk Super kontinen Rodinia tunggal, dikelilingi oleh samudera Panthalasik. asalod

Bulan Pasang surut samudera utamanya adalah hasil interaksi gaya bumi dan bulan. Teori yang cukup sahih ttg asal-usul bulan adalah hipotesis dampak dahsyat. Pada waktu Bumi terbentuk, benda planet yang lebih kecil lainnya juga terbentu di sekitarnya. Salah satu dari benda tersebut, sekitar 1/3 sampai ½ ukuran Bumi, melanggar Bumi pada akhir proses perkembangannya. Serpihan dari tumbukan tersebut masuk kedalam orbit mengitari Bumi dan dan terbentuklah bulan. asalod

Bulan dan Bumi Bulan, terbesar dalam tata surya relatif terhadap planet induknya, dapat menstabilkan sudut kemiringan sumbu rotasinya, sehingga terjadinya perubahan musim. Tanpa Bulan, Bumi mungkin mengalami fluktuasi cuaca dan iklim yang sangat ekstrim, seperti terjadi di Mars. asalod

Asal-Usul Kehidupan di Bumi Kehidupan bermula sejak sekitar 3.5 milyar tahun lalu. Molekul organik (C, H, O, N, P, S) melimpah di laut dangkal Tahap 1: Sintesis abiotik dari molekul organik seperti protein, asam amino, dan nukleotid. asalod

Tahap 2: penggabungan molekul kecil (monomer) menjadi molekul besar. asalod

Tahap 3: Awal mula pembelahan molekul yang mungkin akhirnya terjadi asalod

Tahap 4: pengelompokkan molekul2 tersebut menjadi pra-sel, tetesan molekul dengan membran yang menjaga kimiawi internalnya asalod

1. Thomas Huxley- Mencari asal-usul kehidupan Bathybiasheckalii- primordial ooze (sedimen yg lunak) 2. Wyville Thompson: Ekspedisi HMS Challenger (1872-1876) menemukan diatom ooze yang berekasi juga dengan airlaut dan ethyl alkohol, menggugurkan teori Forbes ttg azoik (1868-1870). However, during the Challenger expedition (1872-1875), chemist John Buchanan noticed that Bathybius appeared in ocean-floor samples preserved with alcohol, but not those in normal seawater. After some experimentation, he discovered that he could produce Bathybius by adding alcohol to an ocean-floor sample; this "organism" turned out to be a precipitate of calcium sulfate. When the expedition returned, Huxley "ate leek", but otherwise took it in stride. Bathybius This was not a fossil, but a putative primitive organism that was "discovered" living on ocean floors. It was a gelatinous layer with tiny granules in it that were sometimes observed to move around. In 1868, Thomas Huxley named it Bathybiushaeckelii, because it seemed much like Ernst Haeckel's idea of a very primitive organism -- Urschleim or ancestral slime. asalod

3. Miller & Urey (1953)- mencampurkan uap air,, NH3, CH4, H2 + percikan listrik + asam amino, dan kandungan organik lainnya. Molekul organik sintetis Elektroda Percikan listrik CH4 NH3 H2 Uap air kondenser Air mendidih Air mengandung bahan organik Ditambahkan gas Metan, ammonik, dan hidrogen 20 asam amino Sebagian gula Lemak Purin dan basa pirimidin (yg ditemukan dalam DNA, RNA & ATP)

Kemosintetis bakteri (extremophiles) Kemosintesis: 02 + 4H2S + C02 CH20 + 4S +3H20 Stromatolites (bacteria & cyanobacteria) Fosil tertua ditemukan di Australia barat dan Afrika selatan, berumur sekitar 3.5 milyar tahun lalu. Fotosintesis : 6H2O + 6CO2 + nutrien + energi cahaya C6H12O6 + 6O2 Stromatolites are hard, sedimentary structure built by mat-forming microbial communties. They range in size from a few mm to hundreds of meters (most are < 1 m) They are rare today, being found in only a few inhospitable environments such as the geothermal pools in Yellowstone and hypersaline parts of Sharks Bay Stromatolites were more common in the proterozoic Their decline in abundance has been attributes to the effects of grazing by newly evolved metazoans (animals) asalod

Stromatolites mostly cyano Stromatolites dari Teluk Hiu Australia Barat mostly cyano Struktur akresi berlapis terbentuk dalam air dangkal dengan jebakan, pengikatan, dan sementasi dari butiran sedimen oleh biofilm mikroorganisme, terutama cyanobacteria. asalod

Dari mana Kehidupan Bermula ? asalod

Teori Panspermia Bahan organik berasal dari angkasa luar Menyatakan bahwa hidrokarbon dan molekul organik lainnya (molekul yang mana organisma memiliki sifat kehidupan) telah ditemukan di dalam meteorit Hal itu berarti bahwa paling tidak kimiawi prebiotik yang mengarah kepada ‘cairan hidup’ awal bermula di sana.                                                            asalod

Bukti yang mendukung teori Panspermia ini Tahun 1969, sebuah meteori yang jatuh di Australia mengandung sekitar 12% air, dan 92 elemen asam amino.. Menunjukkan tidak hanya adanya kandungan organik di angkasa luar, tetapi juga kapasitas kandungan tersebut untuk mencapai Bumi. Fred Hoyle dan Chandra Wickramasinghe telah berdebat sengit sejak tahun 1970 bahwa bahan organik kompleks, dan mungkin organisme primitif, telah lahir di permukaan butiran debu angkasa luar dan telah terbawa ke permukaan Bumi oleh komet dan meteorit. asalod

Dari mana kehidupan bermula? Menjadi perdebatan yang berlanjut mengenai lokasi yang paling mungkin dari awalmula kehidupan. Paradigma yang ngetop – kehidupan bermula di dekat permukaan samudera, bermandikan sinar matahari. Kajian terkini – kehidupan bermula dari dekat ventilasi hidrotermal dasar samudera, yang masih dalam tahap penyelidikan. ”Para ahli telah lama menduga kehidupan di Bumi bermula di samudera dan bukti kuat sekarang menunjukkan bahwa kehidupan awal di planet kita ini muncul di di samudera dalam dimana tidak ada bahang dan cahaya" -- Pulse of the Planet, American Museum of Natural History asalod

Photograph from National Geographic magazine                                                                                                    Photograph from National Geographic magazine asalod

Ventilasi laut-dalam Temuan ini terjadi akhir tahun 1970, memperbaharui konsep tentang asal-usul kehidupan di Bumi. Dapatkah kehidupan terjadi di kedalaman ribuan meter di bawah permukaan laut tanpa adanya sinar matahari ? Muncul dugaan bahwa ventilasi mulanya mensuplai energi dan bahan kimiawi penting untuk asalmula protobion. asalod

Eksplorasi dasar samudera dalam Untuk pertama kalinya terekam ventilasi suhu-tinggi (380°C) pada penyelaman laut dalam dengan kapal selam ALVIN di tahun 1979. Ventilasi geotermal tersebut dikenal sebagai pengudud (Smokers). This photograph shows a black smoker, but smokers can also be white, grey, or clear depending on the material being ejected. Photograph by Dudley Foster from RISE expedition asalod

Penghuni Ventilasi Komunitas ventilasi utamanya terdiri dari: ikan sidat warna pink-peang, kepiting putih, dan cacing tabung darah merah berbagai ukuran.

Kerang Raksasa Ukuran kerang raksasa laut-dalam merupakan bukti dari tangan seorang ilmuwan yang memegangnya. (Photograph by William R. Normark, USGS.)

Cacing-tabung raksasa: RIFTIA Di atas dasar samudera dekat ventilasi hidrotermal laut-dalam, terdapat organisme yang bertahan hidup dengan memanfaatkan gas hidrogen-sulfida (H2S) yang dilepaskan dari ventilasi, dan hidup di dalam tabung pelindung yang keras yang menempel ke bebatuan Cacing-tabung raksasa yang hidup sekitar ventilasi hidrotermal di dasar laut. Makhluk tersebut ukurannya seukuran tangan di perairan dangkal, tetapi di samudera dalam, cacing tersebut ditemukan sekitar 3 meter panjangnya !

Bagaimana mereka hidup ? Makhluk tersebut tidak memiliki mulut, anus, dan saluran pencernaan dan lambung, dan para ahli bingung menjelaskan bagaimana makhluk tsb mendapatkan nutrien untuk bertahan hidup dan tumbuh. Di dalam tubuhnya tersusun bakteria yang mengoksidasi H2S, mengkonversinya menjadi nutrien bermanfaat bagi cacing. Bakteria, sebaliknya, memperoleh manfaat dari hubungan tsb karena cacing menyediakan darah yang mengandung hemoglobin yang membantu bakteria untuk memecahkan sulfida. Cacing hidup dalam hubungan simbiosis dengan bakteria yang mungkin memberi petunjuk bagaimana kehidupan di muka bumi ini bermula milyaran tahun lalu.

Biokimiawi di Ventilasi H2S Energi yg dilepaskan membantu dalam fiksasi CO2 menjadi molekul organik kecil Oksidasi oleh bakteria Dilepaskan dari ventilasi Siklus ini : Merupakan pola metabolik sama yang dimanfaatkan oleh tanaman dalam proses fotosintesis. Memakai CO2 anorganik dan memfiksasinya menjadi kandungan organik (bahan makanan). Tetapi, perbedaan nyata, adalah bahwa daripada memanfaatkan sinar matahari, makhluk dan binatang tersebut sama sekali tidak tergantung sinar matahari. Mereka memanfaatkan energi kimiawi untuk membangkitkan reaksinya. Sehingga, terbayangkah kehidupan tanpa adanya gas beracun H2S ?!

Kimiawi Kehidupan - Ammonik, dihasilkan di ventilasi Ventilasi hidrotermal merupakan tempat utama untuk produksi NH3 dimana sulfida anorganik berperan sebagai katalis (pengikat). N2 +NO2 +N03 Diduga ada di laut primitif Powdered Basalt. 20% yield FeO 46% yield 15 min FeS, 500oC 89% yield, 15 min NH3 Stable upto 800oC

Hasilnya ….. Karena NH3 tidak dapat bertahan pada suhu di atas 800°C, menunjukan bahwa nitrogen mungkin ada hanya berbentuk N2 selama fasel awal dari perkembangan Bumi. Kehidupan dapat terjadi pada energi kimiawi dan termal, kebalikan dari hanya sinar matahari seperti anggapan sebelumnya. Sehingga apa yang kita peroleh adalah bahwa proses fotosintesis bukan satu2nya cara untuk menopang kehidupan. asalod

Review dari Outline kuliah: 1. Asal-usul alam semesta (Universe) Galaksi dan bintang Elemen penyusun 2. Matahari dan Tata Surya 3. Asal-usul Bumi Skala waktu geologi Asal-usul Atmosfer dan Samudera Awal Benua Bulan Bentuk kehidupan di laut asalod

Thanks. Pertanyaan ? asalod

Quiz du jour Mana yang lebih dulu terbentuk: Atmosfer atau lautan ? Jelaskan alasannya Mengapa air laut asin ? asalod