Perlambatan Laut di Zaman Purba Memperingatkan Kekacauan Iklim di Masa Depan

Sebuah studi yang dilakukan oleh UC Riverside, menggunakan cangkang foraminifera laut dalam kuno, mengungkapkan bahwa gelombang panas ekstrem di masa lalu bumi menyebabkan berkurangnya sirkulasi laut dalam, yang sangat penting untuk mendistribusikan panas secara international dan menyimpan karbon. Kondisi yang lebih hangat pada zaman Eosen Awal dan peningkatan kadar CO2 memberikan gambaran potensi perubahan iklim di masa depan jika emisi karbon saat ini terus berlanjut. Kredit: SciTechDaily

Sebuah studi baru yang dilakukan oleh UC Riverside menunjukkan bahwa episode panas ekstrem dalam sejarah menyebabkan pertukaran antara air permukaan dan air laut dalam melambat.

Proses ini, yang sering disebut sebagai “ban berjalan international”, mendistribusikan kembali panas ke seluruh dunia melalui pergerakan air laut, sehingga sebagian besar bumi dapat dihuni.

Dalam penelitian mereka, yang baru-baru ini diterbitkan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional, para peneliti menggunakan fosil cangkang yang diambil dari sedimen laut dalam purba untuk menemukan bagaimana ban berjalan merespons episode panas ekstrem 50 juta tahun yang lalu. Pada saat itu, iklim bumi akan menyerupai kondisi yang diperkirakan pada akhir abad ini, jika tidak dilakukan tindakan signifikan untuk mengurangi emisi karbon.

Sirkulasi Laut: Regulasi Iklim dan Penyimpanan Karbon

Lautan memainkan peran penting dalam mengatur iklim bumi. Mereka memindahkan air hangat dari khatulistiwa menuju kutub utara dan selatan, sehingga menyeimbangkan suhu planet. Tanpa sistem sirkulasi ini, daerah tropis akan menjadi lebih panas dan kutub menjadi lebih dingin. Perubahan dalam sistem ini terkait dengan perubahan iklim yang signifikan dan mendadak.

Selain itu, lautan mempunyai peran penting dalam menghilangkan karbon dioksida antropogenik dari atmosfer. “Lautan sejauh ini merupakan kumpulan karbon terbesar di permukaan bumi saat ini,” kata penulis pertama Sandra Kirtland Turner, wakil ketua Departemen Ilmu Bumi dan Planet UCR.

“Saat ini, lautan mengandung hampir 40.000 miliar ton karbon – lebih dari 40 kali lipat jumlah karbon di atmosfer. Lautan juga menyumbang sekitar seperempat emisi CO2 antropogenik,” kata Kirtland Turner. “Jika sirkulasi laut melambat, penyerapan karbon ke laut juga akan melambat, sehingga memperbesar jumlah CO2 yang tersisa di atmosfer.”

Cangkang foraminifera membantu para ilmuwan mengumpulkan gambaran pergerakan laut selama periode Eosen, di mana tingkat karbon atmosfer yang tinggi menyebabkan pertukaran air laut melambat. Kredit: Marci Robinson, USGS

Wawasan Sejarah dan Implikasinya di Masa Depan

Penelitian sebelumnya telah mengukur perubahan sirkulasi lautan di masa lalu geologis Bumi yang lebih baru, seperti zaman es terakhir; Namun, angka tersebut tidak memperkirakan tingkat CO2 di atmosfer atau pemanasan yang terjadi di planet ini saat ini. Penelitian lain memberikan bukti pertama bahwa sirkulasi laut dalam, khususnya di Atlantik Utara, sudah mulai melambat.

Untuk memprediksi bagaimana sirkulasi lautan merespons pemanasan international yang disebabkan oleh gasoline rumah kaca, tim peneliti mengamati zaman Eosen awal, antara sekitar 49 dan 53 juta tahun yang lalu. Bumi saat itu jauh lebih hangat dibandingkan saat ini, dan suhu dasar panas tinggi tersebut diselingi oleh lonjakan CO2 dan suhu yang disebut hipertermal.

Selama periode itu, suhu laut dalam mencapai 12 derajat Celsius lebih hangat dibandingkan saat ini. Selama hipertermal, suhu lautan bertambah 3 derajat Celsius.

“Meskipun penyebab pasti dari peristiwa hipertermal masih diperdebatkan, dan terjadi jauh sebelum manusia ada, hipertermal ini adalah analogi terbaik yang kita miliki untuk perubahan iklim di masa depan,” kata Kirtland Turner.

Sandra Kirtland Turner, dari UC Riverside, dan sampel sedimen inti laut. Kredit: Program Pengeboran Laut Terpadu

Foraminifera: Indikator Kecil Lautan Purba

Dengan menganalisis fosil cangkang kecil dari berbagai lokasi dasar laut di seluruh dunia, para peneliti merekonstruksi pola sirkulasi laut dalam selama peristiwa hipertermal ini. Cangkang tersebut berasal dari mikroorganisme bernama foraminifera, yang dapat ditemukan hidup di seluruh lautan di dunia, baik di permukaan maupun di dasar laut. Ukurannya kira-kira sebesar titik di akhir kalimat.

“Saat makhluk ini membangun cangkangnya, mereka menggabungkan unsur-unsur dari lautan, dan kita dapat mengukur perbedaan kimiawi cangkang ini untuk merekonstruksi secara luas informasi tentang suhu laut purba dan pola sirkulasinya,” kata Kirtland Turner.

Cangkangnya sendiri terbuat dari kalsium karbonat. Isotop oksigen dalam kalsium karbonat merupakan indikator suhu air tempat organisme tersebut tumbuh, dan jumlah es di planet ini pada saat itu.

Para peneliti juga memeriksa isotop karbon dalam cangkang, yang mencerminkan usia air tempat pengumpulan cangkang, atau berapa lama air telah diisolasi dari permukaan laut. Dengan cara ini, mereka dapat merekonstruksi pola pergerakan air laut dalam.

Foraminifera tidak dapat berfotosintesis, namun cangkangnya menunjukkan dampak fotosintesis organisme lain di dekatnya, seperti fitoplankton. “Fotosintesis hanya terjadi di permukaan laut, sehingga air yang baru-baru ini berada di permukaan memiliki sinyal kaya karbon-13 yang tercermin dalam cangkang ketika air tersebut tenggelam ke laut dalam,” kata Kirtland Turner.

“Sebaliknya, air yang telah lama terisolasi dari permukaan akan menghasilkan lebih banyak karbon-12 karena sisa-sisa organisme fotosintetik tenggelam dan membusuk. Jadi, air yang lebih tua memiliki karbon-12 yang relatif lebih banyak dibandingkan dengan air yang 'muda'.”

Mannequin Iklim dan Prediksi Trendy

Para ilmuwan sering membuat prediksi tentang sirkulasi lautan saat ini menggunakan mannequin iklim komputer. Mereka menggunakan model-model ini untuk menjawab pertanyaan: 'Bagaimana lautan akan berubah seiring pemanasan international?' Tim ini juga menggunakan mannequin untuk mensimulasikan respons lautan purba terhadap pemanasan. Mereka kemudian menggunakan analisis cangkang foraminifera untuk membantu menguji hasil mannequin iklim mereka.

Selama Eosen, terdapat sekitar 1.000 bagian per juta (ppm) karbon dioksida di atmosfer, yang berkontribusi terhadap suhu tinggi pada masa itu. Saat ini, atmosfer mengandung sekitar 425 ppm.

Namun, manusia mengeluarkan hampir 37 miliar ton CO2 ke atmosfer setiap tahunnya; jika tingkat emisi ini terus berlanjut, kondisi serupa dengan Eosen Awal dapat terjadi pada akhir abad ini. Oleh karena itu, Kirtland Turner berpendapat bahwa segala upaya untuk mengurangi emisi sangatlah penting.

“Ini bukanlah situasi yang semuanya atau tidak sama sekali,” katanya. “Setiap perubahan kecil penting dalam kaitannya dengan emisi karbon. Bahkan pengurangan kecil CO2 berkorelasi dengan berkurangnya dampak, berkurangnya korban jiwa, dan berkurangnya perubahan terhadap alam.”

Referensi: “Sensitivitas sirkulasi laut terhadap pemanasan selama rumah kaca Eosen Awal” oleh Sandra Kirtland Turner, Andy Ridgwell, Allison L. Keller, Maximilian Vahlenkamp, ​​Adam Ok. Aleksinski, Philip F. Sexton, Donald E. Penman, Pincelli M. Hull dan Richard D. Norris, 3 Juni 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2311980121