Antara 800.000 dan 430.000 tahun silam, Bumi mengalami serangkaian pemanasan yang relatif lunak yang kini oleh para ilmuwan dinamai “zaman interglasial suam-suam kuku”. Udara di atas Antartika tetap dingin selama periode ini, dengan tingkat karbon dioksida 30 hingga 40 bagian per juta lebih rendah dibandingkan zaman interglasial yang lebih mutakhir.
Alasan di balik temperaturnya yang lebih moderat ini telah menjadi teka-teki bagi para klimatolog selama beberapa dekade. Kini, studi-studi terkini menengok jauh ke dasar Samudra Selatan sebagai kunci untuk memecahkan irama iklim purba Bumi.
Jendela Menuju Perairan Purba
Tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Dr. Huang Huang—yang meraih gelar Ph.D. di GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research di Jerman dan kini menjadi asisten peneliti di Laboratorium Laoshan di Qingdao, Tiongkok—menggunakan sebuah teknik baru untuk menilik masa lampau.
Para ilmuwan meneliti sebuah kerak ferromangan yang dikumpulkan dari Haxby Seamount di tepian Antartika, Samudra Pasifik. Terkubur hampir satu mil di bawah dasar laut, kerak mineral yang terakresi secara perlahan ini ibarat kapsul waktu samudra, yang mendokumentasikan perubahan kimia air laut lapis demi lapis selama ratusan ribu tahun.
Dengan memanfaatkan teknik ablasi laser dua dimensi, para peneliti memeriksa fragmen-fragmen kecil kerak tersebut untuk mengukur komposisi isotop timbal dalam satuan miligram. Metode ini melibatkan penguapan sejumlah kecil material dan menganalisis uapnya untuk struktur unsur dan isotopnya.
“Teknologi laser baru ini membuka kemungkinan yang sama sekali baru untuk rekonstruksi iklim,” ujar fisikawan Dr. Jan Fietzke, kepala laboratorium untuk pengukuran laser di GEOMAR. “Ini memungkinkan kita untuk lebih memahami peran Samudra Selatan dalam siklus karbon global dan tren iklim masa depan.”
Membaca Catatan Harian Kimiawi Samudra
Dengan melacak beberapa rasio isotop timbal—yaitu ^208Pb/^206Pb dan ^206Pb/^204Pb—para ilmuwan berhasil merekonstruksi percampuran samudra dan transportasi massa air selama 800.000 tahun terakhir. Rasio-rasio ini berperan sebagai sidik jari untuk berbagai sumber air. Air Dasar Antartika, yang terbentuk dekat dengan benua es, memiliki tanda isotop yang khas dibandingkan dengan air yang lebih dalam yang bergerak dari Samudra Pasifik.
Buktinya konklusif. Pada zaman interglasial yang hangat, rasio ^208Pb/^206Pb lebih tinggi daripada di zaman interglasial yang lebih modern, mengindikasikan lebih sedikit Air Dasar Antartika yang memasuki samudra dalam. Temuan ini mengarah pada gambaran samudra yang lebih terkompartementalisasi, atau “terstratifikasi,” dengan perairan dalam yang terpisah dari perairan permukaan.
Sebaliknya, periode glasial yang lebih dingin menunjukkan percampuran yang lebih besar, yang tercermin dari nilai isotop yang lebih rendah. Karena timbal di laut memiliki waktu paruh yang relatif pendek, paling lama beberapa ratus tahun, perubahan yang terawetkan dalam kerak mereplikasi perubahan lokal yang instan, bukan proses global yang lebih lambat yang cenderung mengaburkan sinyal iklim dalam sedimen.
Koneksi Karbon
Mengapa samudra yang lebih terstratifikasi mendinginkan dunia? Ini adalah persoalan tentang cara karbon dipertukarkan antara samudra dan atmosfer. Perairan dalam di samudra menyimpan cadangan besar karbon dioksida terlarut. Saat percampuran vertikal berkurang, karbon tersebut tetap terperangkap di bawah, meminimalkan jumlah yang terlepas ke udara.
Perkiraan para peneliti menunjukkan bahwa berkurangnya percampuran selama periode interglasial hangat mempertahankan CO₂ atmosfer sekitar 30–40 ppm lebih rendah daripada periode hangat setelahnya. Eksperimen model menunjukkan bahwa, secara gabungan, stratifikasi yang lebih besar, tutupan es laut Antartika yang lebih tebal, dan upwelling yang berkurang akan menurunkan tingkat CO₂ sekitar 36 ppm—suatu jumlah yang sangat mendekati indikasi dari rekor isotop.
Pola ini berbalik setelah Peristiwa Mid-Brunhes, sekitar 430.000 tahun yang lalu, ketika zaman interglasial menjadi semakin panjang dan hangat. Iklim Bumi sejak cenderung memiliki konsentrasi CO₂ yang lebih tinggi dan percampuran samudra yang lebih kuat, suatu perubahan fundamental dalam cara Samudra Selatan membantu menstabilkan suhu global.
Menyelidiki Penyebab Stratifikasi
Beberapa faktor mungkin telah membuat Samudra Selatan dalam lebih terstratifikasi pada periode hangat purba tersebut. Suhu udara Antartika yang lebih rendah dan meluasnya es laut yang ekstensif kemungkinan besar membentuk air dasar yang lebih padat, menciptakan kontras densitas yang curam yang menghambat percampuran vertikal. Sebaliknya, upwelling yang lebih lambat mengurangi sirkulasi yang biasanya membawa air dalam yang kaya nutrisi ke arah permukaan.
Berkurangnya produktivitas biologis—lebih sedikit kehidupan laut yang memfiksasi karbon melalui fotosintesis dan tenggelam ke dasar samudra—mungkin juga turut berperan. Secara bersamaan, perubahan-perubahan ini membantu “mengunci” karbon di samudra dalam, mengeluarkannya dari atmosfer dan memperlambat pemanasan global.
Kekuatan dan Pertanyaan yang Tersisa
Yang tidak biasa dalam studi ini adalah presisi datanya dan konsistensi lokasi pengambilan sampelnya. Karena kerak ferromangan terbentuk di samudra terbuka dengan kontaminasi sedimen yang terbatas, ia menyediakan rekor kimiawi air laut yang bersih. Para peneliti bahkan mencocokkan usia dua bagian berbeda dari kerak yang sama dan memperoleh sejarah isotop yang hampir identik, yang menambah keyakinan pada temuan mereka.
Meski demikian, beberapa hal masih belum pasti. Sulit untuk menentukan usia kerak yang sangat tua, terutama yang lebih dari 450.000 tahun, karena laju pertumbuhannya sangat kecil—hanya sekitar satu milimeter setiap sejuta tahun. Para peneliti harus menggunakan isotop uranium dan torium untuk menentukannya, tetapi isotop-isotop tersebut memiliki variasi alami yang dapat menyebabkan sedikit kesalahan. Kendati demikian, tren umumnya sejalan dengan observasi independen dari inti sedimen serta rekor isotop lainnya di Samudra Selatan.
Hasil ini mendukung keyakinan yang semakin berkembang bahwa Samudra Selatan, alih-alih Samudra Atlantik, yang largely bertanggung jawab atas perubahan CO₂ selama zaman interglasial suam-suam kuku. Sementara sirkulasi overturning Atlantik sendiri tetap stabil, modifikasi di perairan sekitar Antartika tampaknya telah mengubah peta seberapa banyak karbon yang dapat disimpan oleh perairan dalam.
Pelajaran dari Pergeseran Iklim Purba
Penemuan ini selaras dengan kecemasan masa kini tentang pemanasan global. Saat suhu global naik dan es laut Antartika mencair, Samudra Selatan dapat mengurangi kemampuannya untuk menyerap karbon. Samudra akan menjadi kurang terstratifikasi dan memiliki lebih banyak limpahan karbon dalam ke permukaan, yang meningkatkan efek rumah kaca.
“Data kami menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa stratifikasi Samudra Selatan yang lebih intens adalah faktor utama dalam zaman interglasial yang relatif dingin menjelang Peristiwa Mid-Brunhes,” kata Dr. Huang. “Menemukan proses-proses ini membantu kita menghargai pengaruh yang dapat dimiliki oleh perubahan struktur samudra terhadap iklim jangka panjang.”
Studi ini tidak hanya mengungkap misteri lama dalam ilmu paleoklima tetapi juga mengilustrasikan betapa terhubungnya samudra dan atmosfer Bumi. Pergeseran sederhana dalam percampuran air ribuan meter di bawah permukaan dapat beresonansi jauh ke dalam seluruh sistem iklim.
Implikasi Praktis dari Penelitian
Temuan ini memberikan pengingat yang mencemaskan untuk masa kini. Jika pemanasan selama beberapa abad terakhir terus memecahkan es laut dan mengganggu pelapisan Samudra Selatan, samudra dalam akan kehilangan kemampuannya untuk menyimpan karbon. Hal itu akan mempercepat perubahan iklim dengan memungkinkan lebih banyak CO₂ didaur ulang ke atmosfer.
Di luar peramalan iklim, metode laser baru Huang dapat merevolusi cara ilmuwan merekonstruksi habitat purba.
Dengan membaca “halaman-halaman” kimiawi dalam kerak mineral, para peneliti dapat mengeksplorasi bagaimana pola sirkulasi samudra berevolusi selama ratusan ribu tahun—pengetahuan yang dapat membantu menciptakan model iklim yang lebih baik dan memandu strategi pengelolaan karbon global.
Temuan penelitian tersedia daring di jurnal Nature Communications.
Kisah Terkait
Menyukai kisah-kisah yang membahagiakan seperti ini? Dapatkan newsletter The Brighter Side of News.