Perubahan iklim akan mempengaruhi carbon sequestration di laut

Pada tulisan sebelumnya yang berjudul “Sedimen laut dalam ideal untuk menyimpan karbon dioksida”, para peneliti mencoba untuk memberikan sebuah solusi inovatif dalam mengurangi jumlah emisi karbon dioksida di atmosfer. Namun demikian, solusi tersebut tidak sepenuhnya aman. Tulisan di bawah ini mencoba mengupas pendapat peneliti lainnya tentang bagaimana perubahan iklim akan dapat mempengaruhi penyimpanan karbon dioksida di laut dalam tersebut.

Sebuah model sistem bumi yang dibangun oleh para peneliti di Universitas Illinois di Urbana-Champaign mengindikasikan bahwa lokasi terbaik untuk menyimpan karbon dioksida di laut dalam akan berubah seiring dengan perubahan iklim.

Injeksi langsung karbon dioksida ke dalam laut telah disarankan sebagai salah satu metode untuk mengontrol bertambahnya jumlah karbon dioksida di atmosfer bumi dan meminimalkan dampak dari pemanasan global. Namun, karena atmosfer berinteraksi dengan lautan, penyerapan karbon dioksida dan kapasitas sequestrasi dapat dipengaruhi oleh perubahan iklim tersebut (untuk lebih tahu apa itu sequestrasi, silahkan lihat artikel dengan judul Carbon Sinks).

Melalui beberapa mekanisme interaksi fisis dan kimiawi, sirkulasi laut dapat mengubah dan mempengaruhi waktu simpan karbon dioksida yang diinjeksikan ke laut dalam, dan hal itu secara tidak langsung akan mengubah tempat penyimpanan karbon di lautan dan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer, demikian dikatakan oleh Atul Jain, seorang profesor sains atmosfer. “Dimana karbon dioksida dinjeksikan akan menjadi isu yang sangat penting”.

Profesor Jain bersama mahasiswa pasca sarjananya Long Cao telah membangun sebuah model terintegrasi iklim-laut-biosfer-siklus karbon yang diberi nama Integrated Science Assessment Model yang memungkinkan untuk mengkaji secara luas interaksi fisis dan kimiawi antar komponen individual dalam sistem bumi, juga siklus karbon, perubahan iklim dan sirkulasi laut.

Menurut Jain, pemahaman yang baik tentang perubahan iklim, sirkulasi laut, siklus karbon di laut dan feedback mechanisms adalah sangat penting dalam membuat sebuah proyeksi yang dapat dipercaya tentang kandungan karbon dioksida di atmosfer dan akibatnya terhadap perubahan iklim. Model ini telah diuraikan/dibahas dalam Journal of Geophysical Research – Oceans edisi September 2005 dengan judul “An Earth system model of intermediate complexity: Simulation of the role of ocean mixing parameterizations and climate change in estimated uptake for natural and bomb radiocarbon and anthropogenic CO2 (lihat abstraknya di sini) .

Dengan menggunakan model ini, Jain dan Cao mempelajari efektivitas sequestrasi karbon di lautan dengan cara menginjeksikan karbon dioksida ke lokasi-lokasi dan kedalaman yang berbeda di dasar lautan.

Mereka menemukan bahwa perubahan iklim memiliki pengaruh yang besar terhadap kemampuan laut menyimpan karbon dioksida. Efeknya terlihat nyata terutama di Samudera Atlantik. Penemuan ini dimuat dalam journal Geophysical Research Letters edisi bulan Mei dengan judul: “Assessing the effectiveness of direct injection for ocean carbon sequestration under the influence of climate change” (lihat abstraknya di sini).

Cao mengatakan bahwa ketika mereka menjalankan modelnya tanpa mekanisme imbal balik iklim, Samudera Pasifik mampu menahan karbon dioksida dalam waktu yang lebih lama. Ketika mekanisme imbal balik itu ditambahkan, waktu simpan di Samudera Atlantik jauh lebih baik. Menginjeksikan karbon dioksida di Samudera Atlantik akan lebih efektif daripada menginejksikannya di Samudera Pasifik dan Hindia pada kedalaman yang sama.

Menurut Jain, perubahan iklim di masa datang dapat berpengaruh terhadap penyerapan karbon dioksida di laut dan juga pola sirkulasinya. Dengan bertambahnya suhu permukaan laut, densitas air laut akan berkurang dan akan memperlambat sirkulasi termohalin, sehingga kemampuan laut untuk menyerap karbon dioksida juga akan berkurang. Hal ini akan mengakibatkan jumlah karbon dioksida di atmosfer bertambah dan memperburuk masalah yang ada.

Lebih lanjut Jain mengatakan bahwa pada saat yang bersamaan, melemahnya sirkulasi laut akan memperlemah proses percampuran di laut, sehingga akan mengurangi ventilasi ke atmosfer dari karbon dioksida yang diinjeksikan ke laut dalam. Hasil model mereka menunjukkan bahwa efek ini lebih dramatis di Samudera Atlantik.

Jain juga mengatakan bahwa memindahkan karbon ke laut dalam bukan merupakan solusi yang permanen untuk menguranngi jumlah karbon dioksida di atmosfer. Karbon dioksida yang disimpan di laut tidak akan selamanya dapat bertahan di situ. Kadangkala ia akan menampis ke permukaan dan ke dalam atmosfer.

**diterjemahkan secara bebas dari Science Daily.

Advertisements

Carbon sinks

Menurut beberapa literatur, carbon sinks, atau carbon dioxide sinks, adalah reservoir atau tempat untuk menyimpan atau menyerap gas karbon dioksida yang terdapat di atmosfer bumi. Hutan dan laut adalah tempat alamiah di bumi ini yang berfungsi untuk menjadi tempat menyerap gas karbon dioksida (CO2). Gas karbon dioksida diserap oleh tumbuhan yang sedang tumbuh dan disimpan di dalam batang kayunya. Di lautan, gas karbon dioksida yang digunakan oleh fitoplankton untuk proses fotosintesa, tenggelam ke dalam dasar lautan bersama kotoran makhluk hidup pemakan fitoplankton dan predator-predator tingkat tinggi lainnya sebagai kotoran dan menjadi kerang-kerangan.

Proses berpindahnya gas karbon dioksida dari atmosfer (ke dalam vegetasi dan lautan) biasa disebut sebagai carbon sequestration. Beberapa ahli di negara-negara maju saat ini banyak yang aktif meneliti tentang proses ini dan berharap menemukan sebuah cara efektif untuk membuat sebuah proses buatan dalam rangka mengurangi laju perubahan iklim global (mitigasi pemanasan global) yang menurut para ahli berada dalam level yang “cukup mencemaskan” abad ini.

Di Hutan, dalam proses fotosintesa, tanaman menyerap karbon dioksida dari atmosfer, menyimpan karbonnya dan melepaskan gas oksigennya kembali ke atmosfer. Hutan yang sedang tumbuh (hutan yang masih muda) akan berfungsi sangat baik sebagai carbon sinks, karena vegetasi di sana secara cepat akan menyerap banyak gas karbon dioksida pada proses fotosintesa dalam rangka tumbuh dan berkembangnya vegetasi. Vegetasi akan kembali melepaskan karbon dioksida ke atmosfer ketika mereka mati. Secara alamiah, dengan mengabaikan aktivitas manusia, proses terserap dan terlepasnya karbon dioksida ke atmosfer akan berjalan secara berimbang atau netral. Artinya, jumlah gas karbon dioksida di atmosfer relatif tetap terhadap waktu.

Aktivitas manusia, seperti penebangan dan pembakaran hutan, akan menjadikan karbon dioksida yang terlepas ke atmosfer lebih besar daripada yang mampu diserap dan disimpan hutan, apalagi jika memperhitungkan jumlah pemakaian bahan bakar fosil yang semakin hari semakin meningkat. Konversi hutan menjadi daerah pertanian juga berperan sangat besar dalam proses kembalinya gas karbon dioksida ke atmosfer.

Di lautan, fitoplankton adalah titik awal dari carbon sinks melalui suatu sistem rantai makanan. Fitoplankton ini mengekstrak karbon dari gas karbon dioksida yang mereka serap dari atmosfer pada saat proses fotosintesa. Binatang bercangkang atau berkerang juga menggunakan karbon untuk membuat cangkang atau kerang mereka. Ketika mati, cangkang atau kerang tersebut akan tenggelam dan tersimpan di dasar laut hingga kedalaman 2000 sampai 4000 meter dalam waktu ribuan tahun. Carbon sinks juga akan terjadi melalui tenggelamnya makhluk-makhluk hidup yang telah mati, kotoran-kotoran zooplancton dan ikan-ikanan ke dasar laut.

Dalam Protokol Kyoto, negara-negara yang memiliki hutan yang luas dapat mengambil keuntungan, dari sumberdaya hutannya tersebut, melalui skema perdagangan emisi. Dalam skema ini, akan ada negara yang berperan sebagai penjual emisi dan juga negara sebagai pembeli emisi. Saya sendiri kurang tahu sudah sejauh mana para negara penjual dan pembeli emisi ini membuat aturan main perdagangan emisi mereka. Jika ditinjau dari sumberdaya hutannya, Indonesia sebenarnya bisa berperan dan berpeluang cukup besar dalam perdagangan emisi ini, apalagi kalau kita bisa menjaga sumberdaya hutan kita dengan baik.

**disarikan dari beberapa sumber

Sedimen di laut dalam ideal untuk menyimpan karbon dioksida

Pakar dari Universitas Harvard memaparkan sebuah solusi inovatif untuk menyimpan karbon dioksida yang dihasilkan dari kegiatan manusia –yang kini semakin menumpuk di atmosfer dan menyebabkan pemanasan global– di dalam sedimen di dasar lautan. Mereka menemukan bahwa sedimen di laut dalam dapat menyediakan tempat yang permanen dan tak terbatas untuk menyimpan gas rumah kaca ini, dan memperkirakan bahwa sedimen lantai samudera di wilayah Amerika cukup luas untuk menyimpan emisi karbon dioksida nasional untuk ribuan tahun yang akan datang.

Harvard’s Kurt Zenz House dan Daniel P. Schrag, bersama dengan koleganya dari Massachusetts Institute of Technology dan Columbia University, menjelaskan secara rinci keuntungan menyimpan kelebihan karbon dioksida ribuan meter di bawah permukaan laut dalam Prosiding National Academy of Sciences edisi minggu ini.

Memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat tanpa akibat negatif pada iklim bumi adalah salah satu tantangan yang ada saat ini, demikian kata Schrag, profesor pada earth and planetary sciences, Fakultas Seni dan Sains Harvard yang juga menjabat sebagai direktur pada Harvard’s Center for the Environment. Sejak digunakannya bahan bakar fosil sebagai bahan bakar utama di abad ke-21, maka diperlukan tempat penyimpanan yang permanen untuk menyimpan sebagian gas karbon dioksida yang ada di atmosfer agar kandungan gas rumah kaca ini tidak terus bertambah dan mempengaruhi iklim di bumi.

Schrag dan kolega-koleganya mengatakan bahwa metode ideal untuk menyimpan karbon dioksida adalah dengan cara menginjeksikan gas tersebut ke dalam sedimen di laut dengan ketebalan ratusan meter. Kombinasi dari temperatur yang rendah dan tekanan yang tinggi pada kedalaman laut 3000 meter akan membuat karbon dioksida berubah menjadi cairan yang lebih berat dari air laut di sekitarnya, yang memungkinkannya untuk tidak terlepas dari tempat penyimpanannya.

Menginjeksikan karbon dioksida ke dalam sedimen lantai samudera akan dapat mengurangi pengaruh buruknya terhadap kerusakan kehidupan di laut dan jelas lebih aman daripada menyemprotkannya secara langsung pada sebuah jebakan gas di laut. Hal ini juga akan lebih menjamin bahwa tidak ada gas yang keluar ke atmosfer melalui proses percampuran oleh arus laut. Pada temperatur dan tekanan di laut dalam yang cukup ekstrim, karbon dioksida bergerak dalam fasa cairnya untuk membentuk kristal hidrat yang solid dan tak bergerak, dan mempercepat kestabilan sistem. Para ilmuwan mengatakan bahwa gas tersebut akan cukup aman dalam tempat penyimpanannya dan tahan terhadap gempa bumi atau proses-proses geomekanik lainnya.

Beberapa peneliti lain ada yangmengusulkan untuk menyimpan karbon dioksida ini dalam formasi geologi seperti pada lapangan gas alam, tetapi reservoir di daratan seperti itu memiliki resiko kebocoran yang tinggi.

Sedimen di laut dalam berperan sangat besar sebagai reservoir penyimpanan, demikian kata House, mahasiswa pasca sarjana di Harvard’s Department of Earth and Planetary Sciences. Sekitar 22% atau 1,3 juta kilometer persegi lantai samudera di zona ekonomi eksklusif Amerika Serikat memiliki kedalaman lebih dari 3000 meter. Diperkirakan emisi karbon dioksida tahunan dapat disimpan di bawah sedimen pada suatu area seluas 80 kilometer persegi saja, sehingga lantai samudera di wilayah Amerika dapat digunakan untuk menyimpan kelebihan karbon dioksida untuk waktu ribuan tahun lamanya.

Menurut para peneliti, di luar wilayah 200 mil zona ekonomi Amerika Serikat, kapasitas total penyimpanansedimen laut dalam adalah tak terbatas.

Para peneliti menyatakan bahwa sedimen yang tipis dan impermeabel (tak kedap) tak cocok untuk menyimpan karbon dioksida, seperti pada daerah dengan kemiringan yang terjal, dimana proses longsor (lanslide) dapat menyebabkan gas terlepas dari tempat penyimpanannya. Mereka mengatakan bahwa pengkajian lebih lanjut dalam hal kelayakan mekanik dalam membawa karbon dioksida ke lantai samudera, juga studi tentang dampak dari tinggi muka laut.

**diterjemahkan secara bebas dari artikel di Science Daily.

Pengasaman Laut

Pengasaman laut atau Ocean acidification adalah istilah yang diberikan untuk proses turunnya kadar pH air laut yang kini tengah terjadi akibat penyerapan karbon dioksida di atmosfer yang dihasilkan dari kegiatan manusia (seperti penggunaan bahan bakar fosil). Menurut Jacobson (2005), pH di permukaan laut diperkirakan turun dari 8,25 menjadi 8,14 dari tahun 1751 hingga 2004.

Pada siklus karbon alami, konsentrasi CO2 di atmosfer menggambarkan sebuah keseimbangan fluks antara lautan, daratan dan atmosfer. Perubahan fungsi lahan (land use change), penggunaan bahan bakar fosil, dan produksi semen mengakibatkan adanya sumber CO2 tambahan ke dalam atmosfer bumi. Sebagian CO2 tersebut diserap oleh tumbuhan di darat dan sebagian lainnya diserap oleh lautan.

Ketika CO2 terlarut, dia akan bereaksi dengan air membentuk suatu kesetimbangan jenis ionik dan non-ionik yaitu: karbon dioksida yang terlarut bebas
(CO2 (aq)), asam karbonat (H2CO3), bikarbonat (HCO3), dan karbonat (CO32-). Perbandingan (rasio) dari jenis-jenis ini bergantung pada temperatur air laut dan alkalinitas (kapasitas penetralan asam dari sebuah larutan).
Terlarutnya CO2 juga akan menyebabkan naiknya konsentrasi ion hidrogen (H+) di lautan, sehingga akan mengurangi pH lautan (ingat semakin rendah nilai pH, semakin asam sebuah larutan). Menurut Orr et al. (2005), sejak dimulainya revolusi industri, pH lautan telah turun sebesar lebih kurang 0,1 satuan, dan diperkirakan akan terus turun hingga 0,3 – 0,4 satuan pada tahun 2100 akibat makin banyaknya gas CO2 akibat aktivitas manusia yang diserap.

Meskipun penyerapan CO2 oleh lautan akan membantu memperbaiki efek iklim akibat emisi CO2, namun diyakini juga bahwa akan ada konsekuensi negatif terhadap organisme kerang-kerangan yang memanfaatkan kalsit dan aragonit dari kalsium karbonat untuk membentuk cangkang. Organisme ini berperan dalam rantai makanan di laut.

Pada kondisi normal, kalsit dan aragonit stabil di permukaan air karena ion karbonat berada pada kondisi sangat jenuh. Dengan turunnya pH air laut, konsentrasi ion karbonat ini juga akan turun, dan pada saat karbonat berada pada kondisi tak jenuh, struktur yang dibentuk dari kalsium karbonat menjadi rapuh dan akan mudah terpecah/terputus (dissolute). Hasil penelitian menunjukkan bahwa karang-karangan (Gattuso et al., 1998), alga coccolithophore (Riebesell et al., 2000) dan pteropods (Orr et al., 2005) akan mengalami pengurangan kalsifikasi atau peningkatan pemutusan (maksudnya dissolution) ketika terpapar oleh naiknya kadar CO2.

Bahan bacaan: Wikipedia

Seri Tokoh Oseanografi: Fridtjof Nansen

Fridtjof Nansen (10 Oktober 1861 – 13 Mei 1930), berkebangsaan Norwegia, seorang penjelajah benua Artik, ilmuwan, negarawan dan humanitarian. Keberagaman akan hal yang dilakukannya terlihat dari hasil karyanya yang mencakup Eskimo Life (1893), Closing-Nets for Vertical Hauls and for Vertical Towing (1915), Russia & Peace (1923), dan Armenia and the Near East (1928).Perjalanan pertamanya ke Artik dilakukan pada tahun 1882. Sekembalinya dari perjalan tersebut, beliau menjadi kurator koleksi sejarah alam di Museum Bergen. Pada tahun 1888, bersama dengan kelompoknya, beliau membuat sebuah memorabilia perjalanan melintasi Greenlad dengan ski, yang dijelaskannya dalam First Crossing of Greenland (1890).

Beliau memiliki angan-angan atau cita-cita yang cukup aneh yaitu mencapai kutub utara dengan “menumpang” di es yang mengapung di kutub. Untuk itu, beliau melakukan pelayaran ke Artik pada tahun 1893 di dalam kapal Fram yang didesain khusus untuk tahan terhadap benturan es (ekspedisi Fram). Fram tersebut ditambatkan pada es yang mengapung pada posisi 83o59′ LU, menuju 85o57′ LU, dan pada tahun 1896 kembali dengan selamat (meskipun tidak mencapai kutub) di Norwegia, seperti yang sudah diperkirakan Nansen sebelumnya. Pada tahun 1895 beliau meninggalkan kapalnya tersebut dan mengatur rencana baru untuk melengkapi perjalanannya ke kutub dengan menggunakan sledge (apa ya bahasa Indonesianya?). Namun demikian beliau hanya bisa mencapai posisi 86o14′ LU akibat kondisi es yang membelok.

Meskipun beliau ataupun kapalnya tidak bisa mencapai kutub, namun ekspedisi yang telah dilakukannya memberikan informasi yang sangat berharga bagi dunia tentang Artik dan membuat beliau terkenal di seluruh dunia. Beliau telah membuktikan bahwa laut yang membeku berada di sekitar kutub dan memenuhi basin kutub.

Dengan informasi oseanografi, meteorologi, diet dan nutrisi yang sangat lengkap ini, Nansen telah meletakkan dasar bagi kegiatan di Artik pada masa selanjutnya. Farthest North, laporan penjelajahannya yang brilian, hadir dalam terjemahan bahasa Inggris pada tahun 1897. Bahan-bahan ilmiah ekspedisinya dipublikasikan pada The Norwegian North Polar Expedition (diedit oleh Nansen, 6 volume, 1900-1906). The Nansen Fund untuk riset saintifik didirikan untuk menghormatinya. Di Universitas Royal Frederick, Christiania (sekarang Oslo), beliau menjabat sebagai profesor zoologi (1897) dan oseanografi (1908).

Karir beliau dalam bidang kenegaraan dimulai tahun 1905, ketika beliau bekerja dalam rangka pemisahan Norwegia dari Swedia secara damai. Berkat jasanya, beliau diangkat menjadi menteri pertama Norwegia untuk Inggris Raya (1906-1908). Pada tahun 1910 beliau diangkat menjadi direktur pada komisi internasional untuk mempelajari laut dan beliau membuat beberapa perjalanan ilmiah, terutama di Antlantik Utara (1910-1914).

Kegiatan humanitar beliau dimulai pasca perang dunia ke-1. Ditunjuk sebagai komisi tinggi untuk pengungsi Liga Bangsa-bangsa (kini PBB), mengantarnya menerima hadiah Nobel pada tahun 1922. Liga Bangsa-bangsa sendiri memberinya penghormatan dengan mendirikan Nansen International Office for Refugees pada tahun 1931 yang kemudian mengantarnya kembali untuk menerima hadiah Nobel dalam bidang perdamaian pada tahun 1938. Sebagai penghormatan terhadap ayahnya, Odd Nansen mendirikan The Nansen Help pada tahun 1937.

Beliau wafat pada tanggal 13 Mei 1930 dan dikebumikan tepat pada hari kemerdekaan Norwegia, 17 Mei.

bahan bacaan:

**catatan: artikel ini juga dimuat di blog lautanku.

Pemanasan Global dan Membekunya Eropa

Ada sebuah artikel menarik dari Science Daily yang pernah saya baca yang membahas tentang dampak dari pemanasan global di Eropa. Artikel ini ditulis berdasarkan pada hasil simulasi numerik jangka panjang tentang apa yang akan terjadi jika laju penambahan gas rumah kaca terus bertambah di atmosfer Bumi. Dalam jangka panjang, ternyata Eropa akan semakin dingin jika pemanasan global terus berlangsung. Pertanyaannya adalah: “Apa yang menyebabkan Eropa akan semakin dingin?”

Untuk membahas masalah ini, sebelumnya anda perlu tahu tentang apa yang disebut dengan Great Ocean Conveyor Belt, yaitu sebuah sirkulasi laut global yang di dalam sirkulasi tersebut terjadi pemindahan energi panas yang diserap oleh laut dari daerah tropis -yang mengalami radiasi matahari yang relatif tetap sepanjang tahun- ke daerah lintang menengah dan tinggi yang menerima energi radiasi matahari yang berbeda pada saat musim dingin dan panas (akibat sumbu rotasi bumi yang membentuk sudut 23.5 derajat terhadap garis edarnya).

Akibat suhu yang dingin di sekitar kutub utara (Greenland), maka akan terjadi pembekuan air laut. Pembekuan air laut ini akan melepaskan garam yang terkandung di dalam air laut tersebut (oleh sebab itu, kenapa es di kutub tidak berasa asin karena garamnya tidak ikut membeku). Pelepasan garam ini akan menjadikan salinitas air laut menjadi lebih tinggi sehingga densitas air laut di sana pun menjadi lebih tinggi pula, akibatnya massa air laut akan turun (dikenal sebaga fenome sinking atau downwelling atau bisa juga disebut sebagai arus laut yang bergerak ke kedalaman). Kekosongan akibat turunnya massa air laut yang memiliki densitas yang besar tersebut akan diisi oleh massa air laut di sekitarnya, yaitu dari daerah lintang yang lebih rendah atau daerah tropis. Air laut di tropis yang hangat inilah yang menjadikan iklim di lintang menengah dan tinggi tetap cukup hangat.

Pemanasan global akan menyebabkan terjadinya pencairan es di kutub. Hal ini menyebabkan bertambahnya jumlah air, sehingga terjadi pengenceran air laut. Akibatnya, densitas air laut menjadi berkurang sehingga proses sinking atau downwelling pun akan melemah. Melemahnya proses ini akan mengurangi jumlah air hangat yang masuk dari daerah tropis. Akibat selanjutnya, iklim di lintang menengah dan tinggi tidak lagi sehangat sebelumnya, dan ini yang akan memicu terjadinya Eropa yang membeku dalam jangka panjang.

Nah, kalau Eropa akan membeku dalam jangka panjang akibat pemanasan global, lalu apa yang akan terjadi dengan daerah tropis? Mungkin lain kali saya akan bahas hal ini.

** catatan: artikel ini sudah dimuat juga di blog saya lainnya.