Membuka Kekuatan Tersembunyi Amazon untuk Membentuk Cuaca Global

Dua penelitian inovatif, yang melibatkan peneliti dari Goethe University Frankfurt, Max Planck Institute for Chemistry, University of Helsinki, Leibniz Institute for Tropospheric Research, dan lembaga mitra Brasil, telah mengungkap mekanisme iklim baru.

Hutan hujan Amazon mengeluarkan gas isoprena dalam jumlah besar melalui transpirasi tumbuhan. Sebelumnya, para ilmuwan percaya bahwa isoprena tidak dapat menyebar jauh ke atmosfer karena cepat terurai jika terkena sinar matahari. Namun, data dari kampanye pengukuran CAFE-Brasil, kini ditampilkan dalam a Alam cerita sampul, mengungkapkan cerita yang berbeda. Studi menunjukkan bahwa badai petir di malam hari membawa isoprena ke ketinggian hingga 15 kilometer. Pada ketinggian ini, isoprena bereaksi membentuk senyawa kimia yang menghasilkan partikel aerosol baru dalam jumlah besar. Partikel-partikel ini tumbuh dan bertindak sebagai inti kondensasi, memfasilitasi pembentukan awan. Proses ini kemungkinan besar mempengaruhi iklim, yang menggarisbawahi interaksi kompleks antara ekosistem hutan hujan dan dinamika atmosfer.

Bagaimana Isoprene Amazon Mempengaruhi Pola Iklim Global

Siapa yang tidak menikmati aroma aromatik di udara saat berjalan-jalan di hutan di hari musim panas? Salah satu penyebab bau khas ini adalah terpen, sekelompok zat yang ditemukan dalam resin pohon dan minyak esensial. Molekul utama dan paling melimpah adalah isoprena. Tumbuhan di seluruh dunia diperkirakan melepaskan 500 hingga 600 juta ton isoprena ke atmosfer sekitar setiap tahunnya, yang menyumbang sekitar setengah dari total emisi senyawa gas organik dari tumbuhan. “Hutan hujan Amazon sendiri bertanggung jawab atas lebih dari seperempat emisi tersebut,” jelas peneliti atmosfer Profesor Joachim Curtius dari Goethe University Frankfurt.

Sejauh ini, isoprena di lembah Amazon diperkirakan terdegradasi dengan cepat dan tidak mencapai lapisan atmosfer yang lebih tinggi. Hal ini karena radikal hidroksil terbentuk di atmosfer dekat permukaan tanah pada siang hari saat matahari bersinar. Mereka sangat reaktif dan menghancurkan molekul isoprena dalam beberapa jam. “Namun, kini kami telah membuktikan bahwa hal ini hanya sebagian saja yang benar,” kata Curtius. “Masih terdapat sejumlah besar isoprena di hutan hujan pada malam hari, dan sebagian besar molekul ini dapat diangkut ke lapisan atmosfer yang lebih tinggi.”

Badai Petir Bertindak Seperti Penyedot Debu

Penyebabnya adalah badai petir tropis yang terjadi di hutan hujan pada malam hari. Mereka menarik isoprena seperti penyedot debu dan mengangkutnya ke ketinggian antara 8 dan 15 kilometer. Segera setelah matahari terbit, radikal hidroksil terbentuk, yang bereaksi dengan isoprena. Namun pada suhu sangat rendah yang terjadi di dataran tinggi ini, molekul hutan hujan diubah menjadi senyawa yang berbeda dari senyawa yang ada di dekat permukaan tanah. Mereka berikatan dengan nitrogen oksida yang dihasilkan oleh petir selama badai petir. Banyak dari molekul-molekul ini kemudian dapat berkumpul untuk membentuk partikel aerosol berukuran hanya beberapa nanometer. Partikel-partikel ini, pada gilirannya, tumbuh seiring waktu dan kemudian berfungsi sebagai inti kondensasi uap air – sehingga memainkan peran penting dalam pembentukan awan di daerah tropis.

“Kami dapat menjelaskan proses ini dengan bantuan penerbangan penelitian yang dimulai dua jam sebelum matahari terbit dan kemudian berlanjut sepanjang hari,” jelas Profesor Jos Lelieveld. Dia adalah direktur Institut Kimia Max Planck di Mainz dan juga kepala proyek penelitian CAFE-Brasil (Kimia Atmosfer: Eksperimen Lapangan di Brasil), di mana tim peneliti internasional mengumpulkan data tentang proses kimia di atmosfer. di atas hutan hujan Amazon. “Kami dapat mendeteksi sejumlah besar isoprena di udara yang mengalir keluar dari badai petir di ketinggian, yang darinya partikel aerosol baru dengan cepat terbentuk setelah beberapa reaksi kimia.”

Dampak terhadap Iklim Global dan Pembentukan Awan

Curtius dan Lelieveld tidak hanya bermitra di CAFE-Brasil tetapi juga terlibat dalam konsorsium CLOUD, di mana lebih dari 20 kelompok penelitian mempelajari proses kimia yang relevan dengan iklim di atmosfer. Mereka mereproduksi kondisi yang terjadi pada ketinggian ini di ruang percobaan aerosol dan awan di CERN di Jenewa. Dengan bantuan ruang simulasi ini, mereka menganalisis secara detail reaksi mana yang dipicu oleh sinar matahari.

“Dengan cara ini, kami dapat menentukan dengan tepat laju pembentukan partikel aerosol dari produk isoprena,” jelas peneliti atmosfer Dr. Xu-Cheng He, yang bertanggung jawab atas eksperimen isoprena. “Menariknya, ternyata jumlah sulfurnya sangat sedikit asam dan asam okso yodium yang umumnya ada di atmosfer cukup untuk mempercepat pembentukan partikel aerosol hingga 100 kali lipat. Oleh karena itu, molekul-molekul ini mungkin secara bersama-sama mempengaruhi pembentukan awan laut – sebuah proses yang sangat tidak pasti dalam proyeksi iklim.”

Asam sulfat terbentuk di atmosfer dari berbagai zat belerang. Hal ini terutama disebabkan oleh reaksi sulfur dioksida dengan radikal hidroksil. Dalam percobaan CLOUD, kelompok riset Frankfurt bertanggung jawab untuk mengukur konsentrasi asam sulfat yang sangat rendah, dan tim Mainz mengukur radikal hidroksi.

Implikasi Jarak Jauh dari Partikel Isoprena

Angin yang bertiup di dataran tinggi di atas hutan hujan Amazon dapat mengangkut partikel yang terbentuk dari isoprena hingga ribuan kilometer jauhnya dari sumbernya. Artinya, mereka mungkin mempengaruhi pembentukan awan pada jarak yang jauh. Karena awan, bergantung pada jenis dan ketinggiannya, mampu melindungi radiasi matahari dan mencegah radiasi panas ke luar angkasa, awan memainkan peran penting dalam iklim. Oleh karena itu, para peneliti berharap temuan mereka akan berkontribusi pada perbaikan model iklim.

Hal ini juga mengikuti hasil proyek CAFE-Brasil yang menyatakan bahwa deforestasi yang terus menerus di hutan hujan Amazon dapat mempengaruhi iklim dalam dua hal. “Di satu sisi, gas rumah kaca dilepaskan karena hutan tidak lagi menyimpan karbon dioksida,” kata Curtius. “Di sisi lain, penggundulan hutan berdampak pada siklus air dan emisi isoprena, yang selanjutnya mendorong perubahan iklim.”

Untuk informasi lebih lanjut mengenai penelitian ini, lihat Pabrik Aerosol Rahasia Amazon: Memecahkan Teka-Teki Atmosfer 20 Tahun.

Referensi:

“Isoprena nitrat mendorong pembentukan partikel baru di troposfer atas Amazon” oleh Joachim Curtius, Martin Heinritzi, Lisa J. Beck, Mira L. Pöhlker, Nidhi Tripathi, Bianca E. Krumm, Philip Holzbeck, Clara M. Nussbaumer, Lianet Hernández Pardo, Thomas Klimach, Konstantinos Barmpounis, Simone T. Andersen, Roman Bardakov, Birger Bohn, Micael A. Cecchini, Jean-Pierre Chaboureau, Thibaut Dauhut, Dirk Dienhart, Raphael Dörich, Achim Edtbauer, Andreas Giez, Antonia Hartmann, Bruna A. Holanda, Philipp Joppe, Katharina Kaiser, Timo Keber, Hannah Klebach, Ovid O. Krüger, Andreas Kürten, Christian Mallaun, Daniel Marno, Monica Martinez, Carolina Monteiro, Carolina Nelson, Linda Ort, Subha S. Raj, Sarah Richter, Akima Ringsdorf, Fabio Rocha, Mario Simon, Sreedev Sreekumar, Anywhere Tsokankunku, Gabriela R. Unfer, Isabella D. Valenti, Nijing Wang, Andreas Zahn, Marcel Zauner-Wieczorek, Rachel I. Albrecht , Meinrat O. Andreae, Paulo Artaxo, John N. Crowley, Horst Fischer, Hartwig Harder, Dirceu L. Herdies, Luiz AT Machado, Christopher Pöhlker, Ulrich Pöschl, Anna Possner, Andrea Pozzer, Johannes Schneider, Jonathan Williams dan Jos Lelieveld, 4 Desember 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-08192-4

“Pembentukan partikel baru dari isoprena dalam kondisi troposfer atas” oleh Jiali Shen, Douglas M. Russell, Jenna DeVivo, Felix Kunkler, Rima Baalbaki, Bernhard Mentler, Wiebke Scholz, Wenjuan Yu, Lucía Caudillo-Plath, Eva Sommer, Emelda Ahongshangbam, Dina Alfaouri, João Almeida, Antonio Amorim, Lisa J. Beck, Hannah Beckmann, Moritz Berntheusel, Nirvan Bhattacharyya, Manjula R. Canagaratna, Anouck Chassaing, Romulo Cruz-Simbron, Lubna Dada, Jonathan Duplissy, Hamish Gordon, Manuel Granzin, Lena Große Schute, Martin Heinritzi, Siddharth Iyer, Hannah Klebach, Timm Krüger, Andreas Kürten, Markus Lampimäki, Lu Liu, Brandon Lopez, Monica Martinez, Aleksandra Morawiec, Antti Onnela, Maija Peltola, Pedro Rato, Mago Reza, Sarah Richter, Birte Rörup, Milin Kaniyodical Sebastian, Mario Simon, Mihnea Surdu, Kalju Tamme, Roseline C. Thakur, António Tomé, Yandong Tong, Jens Top, Nsikanabasi Silas Umo, Gabriela Unfer, Lejish Vettikkat, Jakob Weissbacher, Christos Xenofontos, Boxing Yang, Marcel Zauner-Wieczorek, Jiangyi Zhang, Zhensen Zheng, Urs Baltensperger, Theodoros Christoudias, Richard C. Flagan, Imad El Haddad, Heikki Junninen, Ottmar Möhler, Ilona Riipinen, Urs Rohner, Siegfried Schobesberger, Rainer Volkamer, Paul M. Winkler, Armin Hansel, Katrianne Lehtipalo, Neil M. Donahue, Jos Lelieveld, Hartwig Harder, Markku Kulmala, Doug R. Worsnop, Jasper Kirkby, Joachim Curtius dan Xu-Cheng He, 4 Desember 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-08196-0