'Termostat' yang tersembunyi dan supercharged dapat menyebabkan Bumi melakukan koreksi berlebihan terhadap perubahan iklim
Bumi mungkin merespons sejumlah besar karbon dioksida (CO).2) yang dipompa manusia ke atmosfer dengan “mengoreksi secara berlebihan” ketidakseimbangan tersebut, yang dapat mengakibatkan zaman es berikutnya tiba tepat waktu, bukannya tertunda hingga puluhan ribu tahun, seperti yang diperkirakan sebelumnya.
Hal ini disebabkan oleh penemuan “termostat” yang mampu mengubur tumpukan karbon di bawah dasar laut dengan sangat efisien sehingga dapat menghilangkan emisi karbon manusia dalam waktu 100.000 tahun, demikian temuan para peneliti.
Dengan kedua termostat bekerja bersama-sama, ada kemungkinan zaman es berikutnya bisa dimulai tepat waktu, bukannya tepat waktu tertunda akibat dampak perubahan iklimrekan penulis studi Andy Ridgwellseorang profesor geologi di Universitas California, Riverside, mengatakan kepada Live Science.
Termostat yang baru ditemukan tidak melindungi manusia yang hidup sekarang dari dampak pemanasan global, kata rekan penulis studi Dominik Hülseseorang ahli matematika dan pemodel biogeokimia di Universitas Bremen di Jerman. “Bukan berarti kita akan aman dari pemanasan global dalam 100 atau bahkan 1.000 tahun mendatang,” katanya kepada Live Science.
Para ilmuwan telah lama menduga bahwa Bumi mengatur iklimnya berdasarkan rentang waktu geologis. Sejak tahun 1980an, para peneliti telah berteori tentang mekanisme yang disebut umpan balik pelapukan silikat, yang terjadi ketika hujan menangkap CO.2 dari udara dan menyemprotkannya ke batuan silikat – batuan dengan mineral yang terbuat dari oksigen dan silikon sekitar 90% dari kerak planet. BERSAMA2 bereaksi dengan batuan ini, melarutkannya dan membentuk molekul yang larut ke dalam tanah dan akhirnya berakhir di laut. Sesampai di sana, yang dulunya adalah CO2 membentuk batu kapur dan kapur, artinya terkurung selama jutaan tahun.
Umpan balik pelapukan silikat seperti termostat karena semakin banyak CO2 yang ada di atmosfer, semakin hangat bumi dan semakin intensif siklus air. Ketika curah hujan meningkat, pelapukan silikat semakin cepat, yang berarti lebih banyak CO2 ditransfer ke laut dan CO di atmosfer2 tenggelam ke tingkat latar belakang lagi.
Umpan baliknya juga berlaku sebaliknya. “Jika Anda terlalu kedinginan dan CO2 terlalu rendah, maka termostat mengonsumsi terlalu sedikit CO2 dibandingkan dengan latar belakang pelepasan CO yang konstan2 dari mantel, gunung berapi, dan fitur magma lainnya,” kata Ridgwell. Dalam skenario ini, CO2 akan lebih sedikit2 berakhir di lautan dan tingkat atmosfer perlahan-lahan meningkat kembali ke tingkat rata-rata, katanya.
Namun umpan balik pelapukan silikat bergerak lambat; dibutuhkan waktu hingga 1 juta tahun setelah gangguan untuk menyeimbangkan kembali CO2 tingkat. Akibatnya, terjadi peristiwa-peristiwa iklim yang tidak dapat dijelaskan, termasuk siklus glasial dan interglasial di bumi, yang ditandai dengan fluktuasi CO2 yang sangat besar.2 tingkat dan suhu yang terjadi kira-kira setiap 100.000 tahun, kata Ridgwell.
Pelapukan silikat juga tidak bisa dijelaskan peristiwa bola salju Bumiyang sepenuhnya menutupi planet ini dengan es, kata Hülse. Jika pelapukan silikat adalah satu-satunya termostat yang mengatur iklim bumi, maka keseimbangan yang mulus akan mencegahnya terjerumus ke dalam kondisi ekstrem seperti itu, jelas Hülse.
“Termostat” kedua
Penelitian baru ini terinspirasi oleh Disertasi doktoral Hülsedi mana ia menghitung berapa banyak karbon organik yang tersimpan dalam sedimen laut selama peristiwa iklim masa lalu. Hasilnya menunjukkan bahwa setelah periode aktivitas vulkanik yang intens dan pemanasan, tumpukan karbon organik mengendap di dasar laut. Temuan ini menunjukkan mungkin ada hubungan antara CO di atmosfer2 tingkat dan penimbunan karbon organik di laut.
“Pasti ada saat-saat dalam sejarah bumi di mana banyak karbon organik tersimpan,” kata Ridgwell. “Kami sudah tahu bahwa pasti ada hal lain yang terjadi [besides silicate weathering]tetapi memasukkan model ke dalam model jauh lebih rumit.”
Namun Hülse dan Ridgwell mengatasi tantangan ini dalam studi baru ini dengan menggabungkan proyek masing-masing ke dalam satu model siklus karbon iklim global yang memperhitungkan penimbunan karbon organik di dasar laut. Hasil penelitian mereka mengungkapkan adanya “termostat” kedua yang berakar pada siklus fosfor bumi, yang dimulai di daratan dengan batuan yang mengandung mineral seperti apatit, kata para peneliti.
Pelapukan batuan ini akibat curah hujan melepaskan fosfor, yang larut ke dalam tanah, memasuki aliran sungai, dan akhirnya berakhir di laut. Di sana, fosfor merupakan nutrisi utama bagi makhluk fotosintetik kecil yang dikenal sebagai fitoplankton, yang menggunakannya sebagai bahan bakar proses seluler. Ketika fitoplankton mati, mereka tenggelam ke dasar laut, tempat mereka menyimpan karbon organik, fosfor, dan nutrisi lainnya.
Di dunia yang lebih hangat, lebih banyak fosfor yang terbawa ke laut dan fitoplankton berkembang biak, yang berarti lebih banyak karbon organik dan fosfor yang mencapai dasar laut. Namun, lautan yang lebih hangat juga menyimpan lebih sedikit oksigen karena oksigen menjadi kurang larut seiring dengan meningkatnya suhu. Deoksigenasi ini melepaskan deposit fosfor kembali ke kolom air sambil mengubur karbon organik dalam sedimen.
“Bagaimana persisnya hal ini terjadi belum sepenuhnya diketahui secara mekanis, namun kita tahu hal itu bisa terjadi,” kata Ridgwell. “Jika kita pernah mengalami peristiwa ini di masa lalu ketika kita melihat sejumlah besar karbon organik terkubur setelah peristiwa pemanasan, maka kandungan fosfor dalam material tersebut sangat, sangat, sangat sedikit dibandingkan dengan material normal. Jika tidak terkubur, maka pasti sudah dikembalikan ke laut.”
Ketika fosfor didaur ulang, ia masuk kembali ke dalam rantai makanan dan fitoplankton terus berkembang biak karena mereka memakan fosfor baik dari darat maupun laut. Hal ini menyebabkan ledakan fitoplankton, yang menyedot lebih banyak CO22 keluar dari atmosfer dan menyimpan lebih banyak karbon organik ke dasar laut, sehingga menurunkan suhu global.
Jadi, semakin panas bumi, semakin produktif lautan dan semakin banyak karbon yang tersimpan, sehingga mendinginkan iklim. Namun perbedaan antara pelapukan fosfor dan silikat adalah bahwa fosfor di lautan tidak berkurang begitu bumi mendingin, karena fosfor terus dilepaskan di dasar laut.
“Termostat karbon organik sedikit mirip dengan termostat silikat, hanya saja ia memiliki supercharger,” kata Ridgwell. “Anda mendapatkan begitu banyak nutrisi di lautan – dan nutrisi tersebut didaur ulang dengan sangat efisien – sehingga sangat sulit untuk menghilangkannya lagi.”
Siklus fosfor pada akhirnya mendapatkan kembali keseimbangannya, namun planet ini dapat melakukan “koreksi berlebihan” untuk sementara waktu, sehingga memicu peristiwa seperti bola salju Bumi, kata para peneliti. Tidak jelas bagaimana termostat kedua ini akan merespons perubahan iklim saat ini, namun lautan sangat kaya akan oksigen dibandingkan dengan masa lalu sehingga tidak mungkin terjadi bola salju di Bumi, kata mereka.
Sebaliknya, termostat karbon organik mungkin akan menggantikan penundaan yang diperkirakan terjadi pada zaman es berikutnya. Perubahan iklim mengganggu siklus alami bumi, dan penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa hal ini dapat memundurkan zaman es berikutnya, yang akan terjadi sekitar 11.000 tahun lagi, menjadi puluhan ribu tahun. Namun jika termostat karbon organik aktif, CO di atmosfer akan meningkat2 dapat kembali ke tingkat latar belakang lebih cepat, memastikan bahwa zaman es berikutnya tiba tepat waktu.
“Apa pun penundaan yang akan kita alami pada zaman es berikutnya… memikirkan mekanisme ini mungkin akan membawanya kembali ke masa depan,” kata Ridgwell. “Seseorang pasti akan memulai suatu saat; yang terpenting adalah kapan hal itu dimulai.”
