Ocean Vent Explorer Memandu Pandangan NASA di Dunia Alien yang Dingin | Majalah Quanta

Sebagai anak laki-laki yang tumbuh di Rochester, Inggris, Chris Jerman mengetahui tradisi maritim keluarganya yang kuat, dan dia tidak berniat melanjutkannya. Salah satu kakeknya telah bertugas di Angkatan Laut Kerajaan hampir sepanjang hidupnya, sementara yang lain pernah bekerja di Galangan Kapal Angkatan Laut Chatham, begitu pula ayah dan dua paman Jerman. Namun meskipun orang Jerman bersekolah di sekolah yang didirikan pada 1708 untuk melatih navigator laut masa depan, dia bersumpah tidak akan pernah melaut.

German juga memiliki pendapat yang kuat tentang karir lain yang tidak akan pernah dia pertimbangkan. Dia tidak menyukai geologi, yang dalam pengalamannya yang terbatas berarti berjalan melalui dataran lumpur berbau busuk di Muara Sungai Thames bersama ibu dan saudara laki-lakinya, memilah-milah kotoran untuk mencari fosil. Biologi adalah mata pelajaran lain yang dia kurang antusias.

Oleh karena itu, pemuda Jerman mungkin sangat kecewa mengetahui bahwa dirinya yang sudah dewasa akan menjadi ahli geokimia kelautan. Namun pilihan itu telah menjadi anugerah untuk memajukan pemahaman ilmiah kita tentang alam laut dalam. Orang Jerman, sekarang seorang ilmuwan senior di Woods Hole Oceanographic Institution, mungkin telah melakukan lebih dari siapa pun untuk mengeksplorasi lubang hidrotermal - celah di kerak samudra yang mengeluarkan cairan panas kaya mineral ke laut.

“Dia jenius dalam bekerja di kedalaman abyssal dan menemukan lubang hidrotermal dan komunitas biologis yang didukungnya,” kata Adam Jiwa, seorang ahli kelautan di University of Rhode Island.

Ventilasi hidrotermal pertama ditemukan oleh para ilmuwan sekitar 250 mil dari Kepulauan Galápagos pada tahun 1977, ketika Jerman masih di sekolah menengah. Selama bertahun-tahun setelahnya, pandangan yang berlaku adalah bahwa lubang hidrotermal hanya ada di Samudra Pasifik. Orang Jerman membantu mengubahnya: Dia adalah orang pertama yang menemukan ventilasi di Antartika dan di Samudra Arktik. Dia mensurvei beberapa situs tersebut dan yang lainnya secara langsung Alvin dan kapal selam lainnya, tetapi dia juga telah mengembangkan sensor, probe robotik, dan instrumen lain untuk mengambil gambar, pengukuran, dan sampel dari lingkungan bawah laut secara lebih jauh.

Kehidupan dan potensinya telah menonjol dalam penemuan-penemuan dasar laut itu. Lebih dari 600 spesies baru telah ditemukan di ekosistem yang berkembang di dekat lokasi lubang angin yang benar-benar terputus dari sinar matahari dan hasil fotosintesis. Pada tahun 2012, Jerman memimpin ekspedisi ke Mid-Cayman Rise — pusat penyebaran pegunungan bawah laut (atau pegunungan tengah laut) di dasar Laut Karibia, tempat lempeng tektonik bergerak terpisah. Di sana, untuk pertama kalinya, dia dan rekan-rekannya menyaksikan sintesis abiotik bawah air — penciptaan molekul organik, bahan penyusun kehidupan, melalui proses yang sepenuhnya non-biologis.

“Itulah titik awal keterlibatan saya dalam astrobiologi,” kata German. “Penemuan seperti itu membantu NASA menyadari bahwa ada lingkungan bawah air yang mereka pedulikan dan [yang] dapat menjadi penting dalam eksplorasi masa depan untuk kehidupan di luar Bumi.”

Pada tahun 2020, German diminta untuk memimpin proyek lima tahun senilai $7.6 juta yang didanai NASA bernama Menjelajahi Dunia Laut, bertugas menyusun strategi untuk mencari kehidupan di lautan yang tertutup es di Europa, Enceladus, Titan, Triton, dan benda-benda lain di tata surya kita. Tantangan teknisnya menakutkan, dia mengakui, "namun NASA tidak harus menemukan kembali roda dari awal karena kami memiliki banyak pengalaman untuk mencoba memecahkan masalah tersebut di lautan Bumi."

Jerman berbicara dengan Quanta dari Woods Hole, Massachusetts, tentang petualangannya di laut dalam dalam serangkaian percakapan antara perjalanannya ke Samudra Arktik dan gunung berapi bawah air yang aktif di dekat Hawaii. Wawancara telah diringkas dan diedit untuk kejelasan.

Bagaimana Anda akhirnya melakukan kebalikan dari apa yang Anda harapkan untuk karier Anda?

Saya masuk ke University of Cambridge sebagai sarjana pada tahun 1981 dengan niat menjadi insinyur kimia, tetapi itu berubah dengan sangat cepat. Di minggu pertama saya, seorang dosen yang kebetulan adalah seorang raksasa di bidang tektonik lempeng berbicara kepada kami tentang evolusi Pegunungan Alpen. Saya baru sekali keluar dari Inggris, dalam perjalanan keluarga ke Pegunungan Alpen Swiss, di mana saya terpesona oleh keindahan alam. Ketika saya mengetahui bahwa teori yang menjelaskan semua itu adalah bagian dari geologi - bidang yang memungkinkan saya keluar dan mempelajari gunung berapi dan gempa bumi - saya memutuskan bahwa itu akan jauh lebih mengasyikkan daripada bekerja di kilang minyak atau pabrik kimia.

Selama tahun kedua saya, saya tertarik lebih jauh ke subjek kapan Steve Sparks, ahli vulkanologi terkemuka, memberi kuliah tentang letusan Gunung St. Helens, yang baru-baru ini menjadi berita utama. Di tahun ketiga saya, saya belajar tentang kimia laut dari Harry Elderfield. Gagasan menggabungkan minat saya dalam bidang kimia dan vulkanologi dengan lautan Bumi terdengar menarik, jadi saya menjadikan geologi sebagai jurusan saya daripada minor. Pada tahun 1984, saya memulai studi pascasarjana di bidang geokimia kelautan di bawah pengawasan Elderfield.

Kapan Anda tertarik dengan lubang hidrotermal?

Perokok hitam pertama, jenis lubang hidrotermal yang paling spektakuler, ditemukan di Pasifik pada tahun 1979 dan dilaporkan dalam makalah tahun 1981. Perokok hitam adalah fitur spektakuler di dasar laut, memuntahkan asap paling panas dan paling gelap dari "cerobong asap" yang terbentuk dari endapan mineral yang tingginya hampir 200 kaki. Pada tahun 1985, Elderfield dan lainnya dari Cambridge adalah bagian dari tim yang menemukan perokok kulit hitam pertama di Samudera Atlantik, di Mid-Atlantic Ridge. Mereka kembali dengan penuh semangat, dan beberapa di antaranya jelas menular ke saya. Saya mendaftar untuk pelayaran pertama saya setahun kemudian.

Bagaimana perjalanan pertama di laut itu?

Sebelum berangkat, saya memberi tahu rekan-rekan saya bahwa saya harap saya menyukainya, karena saya sudah cukup jauh menempuh jalur Ph.D. bekerja.

Kami berlayar dari Kepulauan Canary ke pertengahan Atlantik, di atas situs ventilasi TAG [Trans-Atlantic Geotraverse], yang berjarak sejauh mungkin dari daratan ke segala arah. Saya mual, tetapi pada hari ketiga, saya mendapatkan kaki laut saya. Jadi mungkin memang ada sesuatu dalam gen saya.

Sepanjang jalan, kami melewati sebuah kapal Woods Hole, the Atlantis ii, yang membawa Alvin sub. "Aku tidak akan pernah jatuh dalam hal itu, kan?" seorang teman sekapal bertanya kepada saya.

“Saya harap saya tidak pernah mendapat kesempatan,” jawab saya, “karena jika saya diminta, saya tidak bisa mengatakan tidak. Meskipun aku benar-benar menderita klaustrofobia.”

Beberapa tahun kemudian, saya diminta melakukan hal itu.

Bagaimana rasanya berada di Alvin?

Ini terjadi pada tahun 1989, pertengahan postdoc dua tahun saya di Massachusetts Institute of Technology, tempat saya bekerja dengan John Edmond — rekan penemu lubang hidrotermal suhu rendah pertama pada pelayaran Galápagos tahun 1977. Edmond dan saya kembali ke TAG, dan kali ini, terima kasih Alvin, Saya harus melihat perokok hitam dari dekat. Alvin pernah ke area ini sebelumnya, tetapi pilot tidak dapat menemukan cara yang aman untuk cukup dekat guna mendapatkan sampel yang baik. Bagian atas perokok hitam seperti hidran dengan bagian atasnya lepas. Ada arus kuat yang bisa membuat Anda tersapu, dan air yang keluar bisa mencapai 400 derajat Celcius.

Trik yang Edmond dan saya buat adalah turun jauh, mulai dari dasar cerobong asap di mana keadaan relatif tenang, dan kemudian dengan hati-hati bergerak ke atas. Begitulah cara kami mendapatkan sampel pertama yang benar-benar bagus dari situs itu — air yang sarat dengan belerang, besi, tembaga, seng, dan timbal, yang membuatnya tampak hitam. Itu adalah pengambilan sampel pertama yang berhasil dari lubang hidrotermal di Atlantik.

Hanya berada di dalam Alvin adalah sebuah pengalaman. Hanya dua ilmuwan dan seorang pilot yang bisa muat di dalamnya, dan Anda akan turun hanya selama delapan jam. Waktu berlalu dengan cepat karena semuanya begitu luar biasa. Kemungkinan besar Anda melihat sesuatu yang belum pernah dilihat orang lain sebelumnya. Dan begitu dekat dengan perokok hitam sangat mengasyikkan. Anda tidak dapat mengendarai mobil Anda sampai ke pemandian air panas di Yellowstone. Dan semburan di dasar lautan ini, tidak seperti Old Faithful, telah meledak terus menerus selama ribuan tahun. Itu berbicara tentang kekuatan dan energi yang terkunci di dalam planet kita.

Selama dua tahun saya di MIT, saya mengembangkan hasrat untuk mempelajari ventilasi hidrotermal. Pertanyaan yang saya geluti adalah: Jika saya pergi dan kembali ke Inggris, bagaimana saya bisa memainkan peran yang baru dan orisinal?

Bagaimana Anda berniat untuk berkontribusi di bidang ini?

Ingatlah bahwa ketika saya mulai sekolah pascasarjana beberapa tahun sebelumnya, masih dipercaya secara luas bahwa tidak ada ventilasi hidrotermal di Atlantik. Kami tahu itu tidak benar, tetapi saya bertanya-tanya berapa banyak medan hidrotermal yang ada di planet ini, dan cara apa yang paling efisien untuk mencarinya.

Saya menyadari bahwa meskipun lubang angin itu sendiri biasanya hanya seukuran lapangan sepak bola, kepulan yang keluar seperti awan jamur yang naik ke kolom air dan mengembang. Bahkan setelah diencerkan dengan faktor 10,000, konsentrasi besi, mangan, dan logam lainnya masih 100 kali lebih besar daripada air laut biasa. Kami dapat menemukan bukti gumpalan ini tanpa melakukan pengukuran kimia apa pun hanya dengan menggunakan sensor optik untuk mengukur kekeruhan air. Dan karena cara semburan itu menyebar, ciri-ciri ini terkadang dapat dideteksi dari jarak ratusan kilometer.

Setelah menyelesaikan pascadoktoral saya pada tahun 1990, saya kembali ke Inggris, bekerja di National Institute of Oceanography di desa Wormley. Saya tidak lagi memiliki akses ke kapal selam seperti Alvin, tetapi sebuah kelompok di institut tersebut baru saja mengembangkan instrumen yang dapat ditarik yang menggunakan sonar untuk memetakan dasar laut. Saya mengatakan bahwa jika kita meletakkan sensor optik saya pada kendaraan itu, saya dapat mengetahui di mana semua aktivitas hidrotermal berada.

Pertama kali kami menggunakan pendekatan ini, kami menemukan enam lokasi ventilasi baru di Atlantik, yang sebelumnya hanya dua yang diketahui. Bukan lagi masalah tersandung pada sesuatu secara tidak sengaja; kita bisa melakukannya secara sistematis.

Apa kemajuan besar berikutnya dalam pencarian lubang hidrotermal?

Pada awal 1990-an, pendapat konvensional menyatakan bahwa tidak ada aktivitas hidrotermal di pegunungan samudera yang "menyebar lambat" atau "menyebar sangat lambat", di mana lempeng tektonik bergerak terpisah hanya sekitar 10 hingga 50 milimeter per tahun. (Pergerakan lempeng di pegunungan yang menyebar cepat adalah 10 kali lebih cepat.) Saya tidak melihat mengapa itu pasti benar, dan pada tahun 1997 kami membawa sensor optik kami ke Southwest Indian Ridge yang sangat lambat di Samudera Hindia — salah satu yang paling lambat- menyebar pegunungan dikenal. Kami menemukan enam situs lubang hidrotermal di sana. Dua tahun kemudian, kami menemukan aktivitas hidrotermal di dekat Antartika di bagian yang jauh lebih terpencil di lautan yang belum dijelajahi. Pada saat itu, saya merasa yakin bahwa lubang angin ini bisa ada di mana saja. Yang berarti saya membutuhkan sesuatu yang baru dan berbeda untuk dilakukan.

Dan Anda menemukan inspirasi di dunia internasional Sensus Kehidupan Laut, upaya selama satu dekade (2000-2010) untuk membuat katalog semua kehidupan di laut?

Tepat. Ratusan spesies baru telah ditemukan di lubang hidrotermal sejak 1977, dan tingkat penemuannya tidak — dan masih tidak — melambat. Di setiap lokasi ventilasi baru, kami menemukan spesies baru. Di dasar jaring makanan di komunitas ini adalah mikroba kemosintetik yang memperoleh energi dari reaksi kimia daripada sinar matahari. Fakta itu telah menggelitik minat NASA pada lautan yang tertutup es di dunia lain, di mana tidak ada fotosintesis, namun masih ada kondisi, termasuk adanya aktivitas hidrotermal, yang dapat memunculkan kehidupan.

Jelaskan beberapa penelitian yang telah Anda lakukan dengan dukungan NASA. 

Pendanaan pertama saya dari NASA mendukung empat kapal pesiar, dari 2009 hingga 2013, ke Mid-Cayman Rise di Karibia. Kami menemukan bahwa sejumlah besar hidrogen dilepaskan dari ventilasi ini, yang memungkinkan sintesis senyawa organik. Selain itu, senyawa ini baru saja dibuat — “disintesis secara abiotik” — dan tidak hanya didaur ulang dari hewan. Kami menyarankan bahwa ini bisa menjadi cara seseorang beralih dari sistem yang aktif secara geologis ke sistem yang aktif secara biologis.

Langkah selanjutnya adalah bekerja di lautan yang tertutup es, seperti yang diyakini ada di Europa dan Enceladus. Saya mendapat kesempatan pada tahun 2014 dalam perjalanan ke Samudra Arktik dengan kapal pemecah es Jerman, dilengkapi dengan kapal selam bertenaga baterai yang saya bantu kembangkan. Kapal selam robot yang ditambatkan yang disebut ROV [kendaraan yang dioperasikan dari jarak jauh] biasanya memiliki kabel listrik berat yang menggantung secara vertikal dan hanya memungkinkannya bergerak 50 meter ke samping, yang tidak berfungsi dengan baik di lautan di mana es selalu bergerak. Kapal selam bertenaga baterai kami memiliki kabel serat optik tipis untuk data dan komunikasi yang memungkinkannya menempuh jarak beberapa kilometer ke samping. Kami melihat perokok hitam — lubang hidrotermal pertama yang pernah diamati di Kutub Utara — hanya dua jam sebelum misi berakhir.

Saya kembali ke situs itu, lapangan ventilasi Aurora, di kapal pemecah es Norwegia pada tahun 2019 dengan kamera yang lebih baik yang memungkinkan kami melihat beberapa hewan ventilasi. Rekan Norwegia kami kembali pada tahun 2021, mengumpulkan sampel biologis pertama dari area tersebut. Saya sedang pergi menjelajahi Pasifik Tenggara yang terpencil pada saat itu, atau saya akan bergabung dengan mereka.

Mengapa Anda menganggap Aurora sebagai model yang baik untuk dunia laut?

Sebagai permulaan, Arktik adalah satu-satunya lautan yang tertutup es yang kita miliki. Selain itu, kami telah menunjukkan bahwa lubang di Aurora kaya akan hidrogen, jadi semua indikasinya adalah bahwa kami memiliki kondisi geologis di mana lautan tertutup es dapat menimbulkan sintesis senyawa organik abiotik. Kami akan kembali ke Aurora akhir musim panas ini dengan harapan mengkonfirmasi hipotesis itu. Kami juga berharap dapat menunjukkan bahwa ventilasi ini menampung beberapa bentuk kehidupan paling primitif di Bumi.

Saya akan menghabiskan musim panas ini di Kutub Utara bersama para insinyur dari Jet Propulsion Lab, mengerjakan robot yang dapat menembus es, sesuatu yang kami harap dapat dilakukan di Europa suatu hari nanti. Begitu kita melewati es di planet lain, apa yang akan kita lakukan? Nah, kita membutuhkan perangkat elektronik yang bisa bekerja pada tekanan tinggi, di lingkungan basah dan asin yang sangat korosif. Itu adalah sesuatu yang secara tradisional tidak perlu dikhawatirkan oleh NASA, tetapi itu adalah sesuatu yang dipikirkan oleh para insinyur kelautan setiap hari. Apa yang sedang kami kerjakan sekarang, melalui proyek Exploring Ocean Worlds, adalah memadukan dua bidang keahlian tersebut.

Di luar itu, prioritas saya selanjutnya adalah kembali ke gunung bawah laut Hawaii [gunung berapi bawah air] yang telah kami kunjungi beberapa kali sebelumnya, sebagian karena memiliki kedalaman dan kondisi tekanan air yang mungkin ditemukan di dasar laut Enceladus.

Dengan beberapa perjalanan tahun ini, dan di tahun-tahun sebelumnya selama beberapa dekade, apa yang membuat Anda kembali melakukan perjalanan laut ini?

Sebagian besar dari itu adalah bahwa itu tidak pernah membosankan. Kami tidak pernah berhenti belajar. Lautan begitu besar, dan begitu sedikit dijelajahi, sehingga kami selalu mendorong batas pengetahuan, sesuatu yang tidak dapat Anda katakan tentang setiap bidang. Delapan puluh persen pegunungan di tengah lautan dunia belum dieksplorasi untuk ventilasi. Saya terus-menerus merasa rendah hati oleh fakta bahwa ada lebih banyak hal yang terjadi daripada yang pernah saya anggap mungkin. Sebagian besar permukaan planet kita ditutupi oleh laut dalam, jadi seseorang harus memperhatikannya.

Dengan melihat ke belakang, apa pendapat Anda tentang sumpah yang pernah Anda buat tentang tidak akan pernah melaut?

Saya telah belajar bahwa penting untuk tetap berpikiran terbuka dan mengikuti kehidupan ke mana pun Anda pergi. Saya pikir itu saran yang cukup bagus secara umum.