Atmosfer Bumi Purba Kemungkinan Kurang Kondusif Menghasilkan Petir

Ketika Bumi terbentuk 4,6 miliar tahun yang lalu dari campuran panas gas dan padatan, hampir tidak memiliki atmosfer. Permukaannya cair. Saat Bumi mendingin, atmosfer terbentuk terutama dari gas yang dimuntahkan dari gunung berapi. Ini termasuk hidrogen sulfida, metana, dan sepuluh hingga 200 kali lebih banyak karbon dioksida daripada atmosfer saat ini. Setelah sekitar setengah miliar tahun, permukaan bumi mendingin dan cukup padat untuk menampung air di atasnya.

Kondisi atmosfer yang terus mengalami evolusi pada saat itu, ternyata memengaruhi sejarah terbentuknya petir.

Pada tahun 1952, Stanley Miller dan Harold Urey membuat bunga api terbang dalam tabung berisi gas yang dimaksudkan untuk mencerminkan komposisi atmosfer bumi sekitar 3,8 miliar tahun yang lalu. Hasil mereka menunjukkan bahwa petir bisa menyebabkan molekul prebiotik yang diperlukan untuk evolusi kehidupan, seperti asam amino.

Pada saat itu juga, para ilmuwan mengira atmosfer awal adalah metana dan amonia, tetapi pada tahun 1990-an, para ahli mulai berpendapat bahwa atmosfer dipenuhi dengan karbon dioksida dan nitrogen molekuler.

Kini, sebuah studi baru yang diterbitkan di jurnal Geophysical Research Letters pada 10 Februari 2022 berjudul Streamer Discharges in the Atmosphere of Primordial Earth, telah menunjukkan bahwa komposisi atmosfer purba bumi kemungkinan membuat kondisi yang lebih sulit untuk menghasilkan petir, di mana kemungkinan juga telah meningkatkan waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan dan mengakumulasi molekul prebiotik yang penting bagi kehidupan.

Elektron berperilaku berbeda di atmosfer yang terdiri dari metana dan amonia versus atmosfer yang sebagian besar terbuat dari karbon dioksida dan nitrogen molekuler. Masuk akal bahwa pelepasan petir akan berperilaku berbeda juga, sehingga dapat memengaruhi kemungkinan pembentukan molekul prebiotik di Bumi awal. Namun beberapa orang telah memodelkan bagaimana debit petir bervariasi di lingkungan atmosfer yang berbeda.

Untuk melihat seberapa sering elektron dan molekul gas akan bertabrakan dalam dua versi atmosfer Bumi awal, Christoph Köhn, seorang ilmuwan di National Space Institute di Technical University of Denmark, yang memimpin penelitian tersebut memodelkan probabilitas pelepasan percikan, yaitu langkah pertama menuju sambaran petir. Mereka menemukan bahwa di atmosfer karbon dioksida-nitrogen, lebih sulit untuk memicu terbentuknya kilat.

"Pada dasarnya, di atmosfer yang kaya nitrogen dan karbon, Anda membutuhkan medan listrik yang lebih kuat untuk memulai pelepasan," kata Köhn, seperti dikutip dari Tech Explorist.

Model tersebut mengungkapkan bahwa atmosfer karbon dioksida dan nitrogen membutuhkan sekitar 28% medan listrik yang lebih kuat untuk melepaskan pita pendahulu petir, karena molekul gas dan elektron lebih kecil kemungkinannya untuk bertabrakan dan membangun muatan listrik yang dapat menghasilkan sambaran petir.

Peningkatan ruang dan waktu ini menunjukkan mungkin ada lebih sedikit sambaran petir di awal sejarah Bumi, sehingga memperkecil kemungkinan menghasilkan molekul prebiotik.

"Jika pelepasan petir bertanggung jawab atas produksi molekul prebiotik, maka penting untuk mendapatkan pemahaman teoretis yang sangat baik tentang apa yang terjadi," ujar Köhn. "Pertanyaan besarnya masih, dari mana semua molekul prebiotik ini berasal?" tambahnya.

Studi ini secara ketat memodelkan tahap awal sambaran petir, di mana percikan api yang mulai menyambar terbentuk. Jadi untuk Köhn beserta rekan-rekannya, akan meneruskan ke langkah selanjutnya, yaitu memodelkan sambaran petir secara keseluruhan dan menggabungkannya dengan model kimia atmosfer. Diharapkan, bersama-sama studi ini dapat memberikan pandangan yang lebih lengkap tentang bagaimana petir mungkin telah dikaitkan dengan molekul prebiotik.