Tetesan naik dari lubang Sampanye di dasar laut di Kepulauan Mariana. Cairan ventilasi dari situs mengandung karbon dioksida terlarut. Penjelajah Lautan NOAA

Ketika kekhawatiran tumbuh atas perubahan iklim yang disebabkan oleh manusia, banyak ilmuwan melihat kembali sejarah Bumi ke peristiwa yang dapat menjelaskan perubahan yang terjadi hari ini. Menganalisis bagaimana sistem iklim planet ini telah berubah di masa lalu meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana ia berperilaku di masa depan.

Sekarang jelas dari studi-studi ini bahwa peristiwa pemanasan mendadak adalah dibangun ke dalam sistem iklim Bumi. Mereka telah terjadi ketika gangguan dalam penyimpanan karbon di permukaan bumi melepaskan gas rumah kaca ke atmosfer. Salah satu tantangan besar bagi ilmuwan iklim menyukai saya adalah untuk menentukan dari mana datangnya pelepasan ini sebelum manusia hadir, dan apa yang memicu mereka. Yang penting, kami ingin tahu apakah peristiwa seperti itu bisa terjadi lagi.

Dalam studi yang baru-baru ini diterbitkan, rekan-rekan saya Katie Harazin, Nadine Krupinski dan saya menemukan bahwa pada akhir era glasial terakhir, sekitar 20,000 tahun yang lalu, karbon dioksida adalah dilepaskan ke lautan dari reservoir geologis terletak di dasar laut ketika lautan mulai menghangat.

Temuan ini adalah potensi game-changer. Waduk karbon yang terbentuk secara alami di lautan modern dapat terganggu lagi, dengan efek yang berpotensi serius terhadap lautan dan iklim Bumi.

Bumi telah bersepeda di antara zaman es (titik rendah) dan periode interglasial yang hangat selama 800,000 tahun terakhir. Tetapi pemanasan iklim saat ini terjadi jauh lebih cepat daripada peristiwa pemanasan sebelumnya. NASA

Masa lalu adalah prolog

Salah satu contoh paling terkenal dari pemanasan cepat yang disebabkan oleh pelepasan karbon geologis adalah Maksimum Thermal Paleosen-Eosen, atau PETM, peristiwa pemanasan global utama yang terjadi sekitar 55 juta tahun yang lalu. Selama PETM, Bumi dihangatkan oleh 9 ke 16 derajat Fahrenheit (5 ke 9 derajat Celsius) dalam waktu sekitar 10,000 tahun.

Ilmuwan iklim sekarang menganggap PETM sebagai analog untuk perubahan lingkungan yang terjadi hari ini. PETM terjadi dalam periode yang lebih lama dan tanpa keterlibatan manusia, tetapi ini menunjukkan bahwa ada ketidakstabilan yang melekat dalam sistem iklim jika karbon dari reservoir geologis dilepaskan dengan cepat.

Para ilmuwan juga tahu bahwa kadar karbon dioksida atmosfer meningkat dengan cepat pada akhir masing-masing zaman es Pleistosen akhir, membantu menghangatkan iklim. Selama episode pemanasan terakhir, 17,000 tahun lalu, Bumi dihangatkan oleh 9 ke 13 derajat Fahrenheit (5 ke 7 derajat Celsius).

Paleocene-Eocene Thermal Maximum memanaskan planet ini secara dramatis sehingga hutan hujan tropis meluas ke utara ke Kutub Utara.

{vembed Y = ldLBoErAhz4}

Namun, ratusan penelitian ilmiah gagal membuktikan apa yang menyebabkan peningkatan karbon dioksida yang cepat yang mengakhiri setiap zaman es. Para peneliti sepakat bahwa lautan harus terlibat karena bertindak sebagai kapasitor karbon besar, mengatur jumlah karbon yang berada di atmosfer. Tetapi mereka masih mencari petunjuk untuk memahami apa yang mempengaruhi jumlah karbon di lautan selama perubahan iklim yang tiba-tiba.

Danau di dasar laut

Selama dua dekade terakhir, para ilmuwan samudra telah menemukan bahwa ada reservoir karbon dioksida cair dan padat yang terakumulasi di dasar lautan, di dalam bebatuan dan sedimen di pinggiran aktif ventilasi hidrotermal. Di lokasi-lokasi ini, magma vulkanik dari dalam Bumi bertemu air super panas, menghasilkan cairan-cairan kaya karbon dioksida yang menyaring melalui celah-celah di kerak bumi, bermigrasi ke atas ke arah permukaan.

Ketika segumpal cairan ini bertemu dengan air laut dingin, karbon dioksida dapat membeku menjadi bentuk yang disebut hidrat. Hidrat membentuk topi yang memerangkap karbon dioksida di dalam batuan dan sedimen dan mencegahnya memasuki lautan. Tetapi pada suhu di atas sekitar 48 derajat Fahrenheit (9 derajat Celsius), hidrat akan meleleh, melepaskan cairan apung atau gas karbon dioksida langsung ke dalam air di atasnya.

Sejauh ini para ilmuwan telah mendokumentasikan reservoir karbon dioksida cair dan hidrat di Pasifik barat dekat Taiwan dan di Taiwan Laut Egean. Di perairan dangkal, di mana suhu laut lebih hangat dan tekanan lebih rendah, para peneliti telah mengamati karbon dioksida murni berasal langsung dari sedimen sebagai gas dan naik ke permukaan laut.

Gelembung karbon dioksida yang hampir murni muncul dari sedimen yang menyelimuti sistem hidrotermal aktif di Pasifik tropis barat. Foto oleh Roy Price, milik Jan Amend, CC BY-ND

Kartu liar iklim

Penemuan ini mengubah pemahaman para ilmuwan tentang sistem karbon laut. Ilmuwan iklim belum memasukkan reservoir karbon laut dalam dalam model saat ini yang mengeksplorasi dampak potensial dari pemanasan di masa depan, karena sedikit yang diketahui tentang ukuran dan distribusi sumber karbon ini.

Faktanya, hampir tidak ada data yang mendokumentasikan berapa banyak karbon dioksida yang saat ini dilepaskan dari reservoir ini ke laut. Ini membuat sejarah geologis menjadi sangat penting: Ini menegaskan bahwa tipe reservoir ini memiliki kapasitas untuk melepaskan sejumlah besar karbon ketika mereka terganggu.

Reservoir karbon analog juga telah diidentifikasi di lingkungan darat. Di 1979, gunung berapi Dieng Indonesia orang-orang 142 yang mati lemas ketika itu melepaskan karbon dioksida yang hampir murni. Di 1986, reservoir karbon dioksida di dasar Danau Nyos di Kamerun meletus, membunuh 1,700 penduduk desa setempat dan ratusan hewan.

Sapi mati lemas oleh karbon dioksida dalam letusan Danau Nyos 1986. USGS / Jack Lockwood

Karbon dioksida juga dibuang di sekitar Gunung Mammoth, California, di titik-titik di mana magma naik melalui kerak bumi dan berada di kedalaman yang dangkal. Memiliki konsentrasi karbon dioksida yang tinggi di dalam tanah menewaskan lebih dari 100 hektar pohon. Para ilmuwan sedang bekerja untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi situs lain di darat di mana rilis tersebut dapat terjadi.

Adalah jauh lebih sulit untuk mengukur karbon dioksida yang tersimpan di reservoir laut. Daerah yang luas dari dasar laut mengandung situs-situs vulkanisme aktif dan ventilasi hidrotermal, tetapi para ilmuwan hampir tidak tahu apa-apa tentang berapa banyak karbon dioksida terakumulasi di batuan dan sedimen sekitarnya. Dalam pandangan saya, ada kebutuhan mendesak untuk mempelajari pengaturan laut di mana karbon dioksida kemungkinan terakumulasi, dan kemudian menilai seberapa rentan mereka terhadap destabilisasi.

Menghangatkan lautan, meningkatkan risiko

Ini bukan upaya yang harus ditunda. Lautan bumi memanas dengan cepat, dan model iklim memproyeksikan bahwa mereka akan menghangat paling cepat di dekat kutub, di mana arus dalam membentuk membawa air hangat ke bawah dari permukaan.

Saat air hangat ini meresap ke bagian dalam lautan, mereka mengangkut panas berlebih ke tempat-tempat di mana waduk karbon dioksida dapat terbentuk. Perairan yang lebih hangat itu pada akhirnya akan mengacaukan segel hidrat yang membuat karbon dioksida cair terperangkap.

Arus yang sangat besar dan lambat yang disebut sirkulasi termohalin membawa air hangat ke daerah kutub bumi, tempat ia mendingin dan tenggelam ke lautan dalam. Maphoto / Riccardo Pravettoni via GRID-Arendal, CC BY-ND

Salah satu waduk tersebut terjadi di Pasifik barat di sebelah barat Palung Okinawa di Laut Cina Timur. Suhu perairan dasar di lokasi ini adalah 37 hingga 39 derajat Fahrenheit (3 hingga 4 derajat Celsius), yang berarti tutup hidrat berada dalam kisaran 4-5 derajat Celsius dari titik leburnya.

Yang penting, cairan hidrotermal hangat meningkat dari bawah reservoir karbon dioksida ke permukaan. Saat lautan terus menghangat, perbedaan suhu antara perairan laut yang dingin dan cairan hidrotermal yang lebih hangat akan berkurang. Ini akan menyebabkan hidrat menipis, berpotensi ke titik di mana ia tidak akan lagi mencegah karbon dioksida cair keluar.

Sampai saat ini belum ada penelitian untuk menilai apakah reservoir karbon dioksida lautan ini rentan terhadap kenaikan suhu laut. Tetapi catatan pra-sejarah Bumi dengan jelas menunjukkan bahwa reservoir geologis dapat tidak stabil - dan ketika itu, itu mengarah pada peningkatan cepat karbon dioksida atmosfer dan pemanasan global. Dalam pandangan saya, ini merupakan risiko penting yang tidak diketahui yang tidak dapat diabaikan.

Tentang Penulis

Lowell D. Stott, Profesor, Universitas Southern California - Dornsife College of Letters, Seni dan Ilmu Pengetahuan

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

Perubahan Iklim: Apa yang Harus Diketahui Setiap Orang

oleh Joseph Romm
Primer penting tentang apa yang akan menjadi masalah yang menentukan waktu kita, Perubahan Iklim: Apa yang Harus Diketahui Setiap Orang® adalah gambaran yang jelas tentang sains, konflik, dan implikasi dari planet kita yang memanas. Dari Joseph Romm, Kepala Penasihat Sains untuk National Geographic Tahun Hidup Dangerously seri dan salah satu dari "100 orang Rolling Stone yang mengubah Amerika," Perubahan iklim menawarkan jawaban yang ramah pengguna, dan ketat secara ilmiah terhadap pertanyaan paling sulit (dan biasanya dipolitisasi) seputar apa yang menurut ahli iklim Lonnie Thompson dianggap "bahaya yang jelas dan saat ini bagi peradaban." Tersedia di Amazon

Perubahan Iklim: Ilmu Pengetahuan tentang Pemanasan Global dan Masa Depan Energi Kita edisi kedua

oleh Jason Smerdon
Edisi kedua ini Perubahan iklim adalah panduan yang mudah diakses dan komprehensif untuk ilmu di balik pemanasan global. Diilustrasikan dengan indah, teks diarahkan untuk siswa di berbagai tingkatan. Edmond A. Mathez dan Jason E. Smerdon memberikan pengantar luas, informatif untuk ilmu pengetahuan yang mendasari pemahaman kita tentang sistem iklim dan efek dari aktivitas manusia pada pemanasan planet kita .athez dan Smerdon menggambarkan peran atmosfer dan lautan bermain di iklim kita, memperkenalkan konsep keseimbangan radiasi, dan menjelaskan perubahan iklim yang terjadi di masa lalu. Mereka juga merinci kegiatan manusia yang mempengaruhi iklim, seperti gas rumah kaca dan emisi aerosol dan deforestasi, serta efek dari fenomena alam.  Tersedia di Amazon

Ilmu Perubahan Iklim: Kursus Praktek

oleh Blair Lee, Alina Bachmann
Ilmu Perubahan Iklim: Kursus Praktek menggunakan teks dan delapan belas kegiatan langsung untuk menjelaskan dan mengajarkan ilmu tentang pemanasan global dan perubahan iklim, bagaimana manusia bertanggung jawab, dan apa yang dapat dilakukan untuk memperlambat atau menghentikan laju pemanasan global dan perubahan iklim. Buku ini adalah panduan lengkap dan komprehensif untuk topik lingkungan yang penting. Subjek yang dibahas dalam buku ini meliputi: bagaimana molekul mentransfer energi dari matahari untuk menghangatkan atmosfer, gas rumah kaca, efek rumah kaca, pemanasan global, Revolusi Industri, reaksi pembakaran, putaran umpan balik, hubungan antara cuaca dan iklim, perubahan iklim, penyerap karbon, kepunahan, jejak karbon, daur ulang, dan energi alternatif. Tersedia di Amazon

Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon digunakan untuk membiayai biaya membawa Anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, dan ClimateImpactNews.com tanpa biaya dan tanpa pengiklan yang melacak kebiasaan browsing Anda. Sekalipun Anda mengeklik tautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa pun yang Anda beli dalam kunjungan yang sama di Amazon memberi kami komisi kecil. Tidak ada biaya tambahan untuk Anda, jadi silakan berkontribusi untuk upaya ini. Anda juga bisa menggunakan link ini untuk digunakan ke Amazon kapan saja sehingga Anda dapat membantu mendukung upaya kami.