Rekonstruksi Iklim Purba: Sumbangan Geosains bagi Studi Perubahan Iklim

Oleh: Bosman Batubara

Akhirnya konsep perubahan iklim telah bertransformasi dari ‘macan konsep’ ke dalam bentuk yang riil dalam kehidupan kita. Hampir semua riset dalam pelbagai lapangan ilmu pengetahuan tak luput dari perubahan sehubungan dengan munculnya publikasi-publikasi mengenai perubahan iklim. Sektor energi, kebijakan publik, transportasi dan politik internasional adalah bidang-bidang yang dengan sangat cepat menyerap perubahan paradigma ini menjadi bagian dari dirinya. Geosains (earth and marine) berperan penting dalam studi perubahan-perubahan global secara keseluruhan dengan sumbangannya berupa studi perubahan iklim purba.

Di bidang kebijakan, banyak negara yang sudah menyiapkan infrastruktur birokrasinya sampai ke tingkat sub-nasional dalam kerangka perubahan iklim. China misalnya, negara yang banyak disebut-sebut sebagai kandidat serius pesaing Amerika Serikat dalam perpolitikan internasional, telah merancang sebuah birokrasi yang bertugas menerjemahkan traktat-traktat di tingkatan internasional ke dalam kebijakan konkrit di tingkatan lokal. China mengkerangkai banyak instrumen birokrasi sub-nasional tersebut dalam dua aras kebijakan utama: penghematan energi (energy saving) dan pengurangan polusi (pollution reduction). Dalam dua kerangka utama kebijakan tersebut, tercatat selama rentang waktu 2006 sampai dengan 2007, telah terbentuk sebanyak 26 instrumen birokrasi tingkat lokal di pelbagai daerah di China (provinsi dan prefektur), (Ye Qi dkk., 2008). Secara politik, China tertolong oleh sistem pemerintahan á la komunis yang bersifat satu komando. Begitu pemerintah pusat mengeluarkan kebijakan tentang pentingnya instrumen birokrasi untuk menghemat energi dan mengurangi polusi, maka berbondong-bondong pulalah pemerintah lokal mengimplementasikan kebijakan ini, meski tetap diragukan apakah para pemerintah lokal itu memiliki kesadaran dari dalam diri mereka sendiri tentang kondisi iklim dunia yang sedang berubah.

Jerman, adalah salah satu negara maju yang dengan cepat melakukan adaptasi teknologi di bidang energi, dari energi yang non-renewable ke energi yang renewable. Di Jerman telah diberlakukan pula pelbagai macam kebijakan publik dalam rangka mengurangi emisi Gas Rumah Kaca (GRK). Selain di bidang sumber energi, beberapa kebijakan utama sepanjang tahun 1995 sampai dengan 2007 di Jerman meliputi bidang transportasi dan properti. Di bidang transportasi diberlakukan kebijakan pajak khusus untuk emisi GRK (lazim disebut dengan eco-tax) dan juga penurunan pajak dan subsidi untuk pemakaian biofuel (Biofuel Tax Breaks). Di bidang properti juga diberlakukan kebijakan-kebijakan yang tujuan akhirnya adalah memacu masyarakat Jerman untuk mengurangi emisi GRK-nya, seperti aturan mengenai penghematan energi bagi bangunan-bangunan baru, penggunan panel solar (energi matahari) dan kebijakan subsidi untuk mewujudkan bangunan yang hemat energi. Hasilnya, tahun 2008 Jerman berhasil menekan emisi CO2-nya ke level sekira 50% di bawah level tahun 1990-an, meski dengan catatan, bahwa reduksi emisi Jerman ini juga dipengaruhi oleh keruntuhan yang cepat dari ekonomi sosialis yang sebelumnya menjadi tulang punggung Jerman Timur, (Weidner et al. 2008).

Di sektor politik inernasional telah terjadi juga pergeseran yang sangat signifikan dengan adanya perubahan paradigma ini. Amerika Serikat yang pada dekade-dekade sebelumnya memegang kepemimpinan dunia, sekarang secara perlahan mulai tergerus posisinya oleh kehadiran Uni Eropa. Ditengarai salah satu kunci keberhasilan Uni Eropa dalam proses pengambilalihan kepemimpinan global dari AS adalah keterlambatan AS meratifikasi Protokol Kyoto. Sementara itu, di sisi lain, Uni Eropa adalah salah satu pelopor dan suporter terkuat Protokol Kyoto. Banyak kalangan yang berfikir ketika Amerika, yang merupakan negara penghasil GRK terbesar se-dunia, menolak meratifikasi Protokol Kyoto, maka Protokol itu akan mandeg. Kenyataannya, Uni Eropa dengan gigih melobi pihak-pihak lain hingga pada akhirnya, Amerika Serikat sendiri pun tak kuasa untuk tidak meratifikasi Protokol Kyoto, (Skodvin, 2003).

Lantas dimana posisi geosicence (terutama earth dan marine) dalam perubahan ini? Geosains menyumbangkan peran dalam bidang studi dan rekonstruksi iklim purba, sebuah tema yang banyak digeluti oleh para pakar pada rentang waktu antara satu sampai tiga dekade belakangan ini. Studi ini memiliki wilayah cakupan yang sangat luas, bahkan tak terbatas. Secara spatial, wilayah yang dapat dieksplorasi adalah seluruh permukaan bumi dengan fokus pada suhu permukaan air laut (Sea Surface Temperature—SST). Muka air laut menjadi fokus studi karena lautan dan atmosfer adalah dua reservoir utama bagi GRK. Kedua reservoir utama ini kemudian berinteraksi pada permukaan air laut. Dinamika interaksi inilah yang berpengaruh besar bagi iklim global, (Kucera dkk., 2005).

Secara temporal, wilayah studi iklim purba menyakup masa kini dan masa lalu hingga waktu yang tak terbatas. Cakupan studi semakin luas apabila sudah berbicara mengenai prediksi ke depan. Hal ini bisa saja dilakukan sepanjang sarana pendekatan (proxy) yang ada dalam geosains mampu melakukan rekonstruksi dan prediksi.

Salah satu interval waktu yang menjadi sasaran para peneliti adalah Late Glacial Maximum (LGM), yaitu interval waktu sekira 21.000 tahun yang lalu. LGM menjadi sasaran para peneliti karena pelbagai alasan. Pertama,  LGM menghadirkan sebuah drama perubahan iklim yang bertolak belakang dengan trend yang ada sekarang. LGM ditandai dengan suhu yang dingin, sementara trend modern adalah pemanasan. Karena itu, LGM menyediakan banyak rekaman yang menunjukkan sensivitas bumi terhadap perubahan. Kedua, kondisi perbatasan-perbatasan utama pada iklim LGM seperti kontinen, konfigurasi orbit dan kandungan CO₂ atmosfer sudah lumayan banyak diketahui. Hal-hal lain seperti permukaan air laut, area yang tertutup oleh es dan tebal lembaran-lembaran es itu sendiri, dengan adanya serangkaian riset dalam skala global, diperkirakan akan segera diketahui. Dan yang tak kalah penting, ketiga, interval LGM berada dalam range yang bisa dijangkau oleh metode dating 14C dan U-Th, (Mix, dkk., 2001).   

Ada beberapa proxy yang telah dikembangkan dalam studi rekonstruksi iklim purba, misalnya rasio perbandingan Mg/Ca dalam shell foraminifera planktonik, penghitungan kelimpahan foraminifera planktonik dalam sedimen untuk mengetahui kondisi air permukaan tempat mereka hidup, metode perbandingan komposisi isotop Oksigen (¹⁸O/¹⁶O) dan juga metode paleobiomarker, seperti dengan menggunakan rantai alkenon. 

 Salah satu metode rekonstruksi iklim purba yang banyak dilakukan adalah dengan cara mengukur rasio Mg/Ca pada shell foraminifera planktonik. Logika dasar dari palaeotermometer ini berdasarkan pada keberadaan kation Mg²⁺ yang bisa menyubstitusi Ca selama masa pembentukan kalsium karbonat biogenik. Peristiwa bergabungnya (incorporation) Mg²⁺ ke dalam kalsit foraminifera dipengaruhi oleh temperatur air keliling dan salinitas selama pertumbuan foraminifera. Tentu saja studi ini masih menyisakan banyak lubang, katakanlah misalnya, apa pengaruh persis dissolusi dan diagenesa bagi rasio Mg/Ca ini, adalah studi yang masih dapat dikembangkan lebih jauh kasus per kasus.  

Meskipun demikian, Nurnberg dkk. (1995), telah melakukan eksperimen budidaya (culturing experiment) di laboratorium yang sangat menarik untuk mengetahui hubungan pasti antara temperatur dan salinitas air laut dengan perbandingan Mg/Ca dalam mineral kalsit yang ada pada shell foraminifera planktonik. Percobaan mereka didasarkan pada fakta bahwa Mg adalah elemen konservatif, artinya rasio Mg/Ca di dalam air laut adalah konstan.

Mereka menggunakan spesies foraminifera planktonik Globigerinoides sacculifer yang biasanya hidup di lautan pada arena tropis dan sub-tropis.  G. sacculifer diambil oleh tim penyelam dua mil dari garis Pantai Barbados pada kedalaman 3 — 8 m dari permukaan air laut. Di laboratrium, dengan perlakuan yang sangat khusus dan ketat, dilakukan pengukuran terhadap semua kenampakan fisik spesies yang diambil, meliputi pengukuran diameter test, panjang shell dan sebagainya.

Spesies-spesies yang diambil kemudian dibudidayakan dalam gelas percobaan. Untuk mengetahui hubungan antara temperatur dan salinitas air dengan perbandingan Mg/Ca dalam mineral kalsit yang terdapat dalam shell foraminifera tersebut, maka suhu dan salinitas air dalam gelas percobanan diatur sedemikian rupa. Percobaan dilakukan dalam dua jenis. Pertama, dengan temperatur yang berubah dan salinitas yang tetap. Kedua, salinitas yang berubah tapi temperatur tetap. Hasilnya, mereka mendapatkan satu formula khusus yang menjelaskan hubungan ini. Intinya, suhu air memiliki hubungan yang linier dengan rasio Mg/Ca pada mineral kalsit yang ada pada shell G. sacculifer. Semakin tinggi suhu dalam gelas percobaan maka semakin tinggi pula rasio Mg/Ca, dan sebaliknya. Adapun untuk salinitas, mereka mendapatkan pola yang sama dengan efek yang timbul akibat perubahan temperatur.

Berdasarkan formula yang ditemukan melalui percobaan tersebut maka dilakukanlah rekonstruksi terhdap suhu muka air laut LGM di pelbagai tempat di dunia. Dari sekian banyak rekonstruksi iklim purba LGM yang telah dilakukan di seluruh dunia, maka Barker dkk. (2004) membuat sebuah model kompilasi berupa suhu permukaan air laut global pada LGM. Meskipun banyak perbedaan dan diskrepansi dari banyak penelitian yang telah dilakukan, tetapi secara general kompilasi mereka menunjukkan bahwa temperatur tropis pada LGM lebih dingin sekitar 2.0 — 3.5⁰ C dari temperatur modern. Di daerah equatorial didapatkan bahwa temperatur muka air laut LGM lebih dingin sekira 2.5⁰ C. Di daerah Laut Sulu lebih dingin 2.3⁰ C, dan 2.5^{0 C} di Laut Mindanao. Lebih detail tentang suhu muka air laut LGM dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1: Peta Suhu Permukaan Air Laut (Sea Surface Temperature—SST) LGM pada beberapa lokasi di dunia. Dari hasil perbandingan dengan temperatur modern maka didapatkan bahwa temperatur LGM lebih dingin dari temperatur modern, (Barker, dkk., 2004).

Gambar 2:Late Glacial Maximum World Ocean Atlas (LGM WOA) yang dibangun berdasarkan hasil data pengeboran di 756 titik di lautan di seluruh dunia. Titik yang berwarna hitam adalah lokasi pengeboran. Garis kontur merupakan suhu muka air laut LGM, dengan interval kontur 20 C. Bagian peta yang berwana abu-abu adalah lokasi-lokasi yang masih kekurangan data untuk membuat peta kontur, (Paul, dkk. 2004).

Bahan Bacaan:

Ye Qi, Li Ma, Huanbo Zhang and Huimin Li, 2008. Translating a Global Issues Into Local Priority: China’s Local Government Response to Climate Change. The Journal of Environment Development. 17, 379-400.

Weidner, H. an Mez, L., 2008. German Climate Change Policy: A Success Story with Some Flaws. The Journal of Environment Development. 17, 356-377

 Hovi, J., Skodvin, T. and Andersen, S., 2003. The Persistence of the Kyoto Protocol: Why Other Annex I Countries Move on Without the United States. Global Environmental Politics, 3, 4

Kucera, M., Rossel-Mellé, A, Schneider, R., Waelbroeck, C., and Weinelt, M., 2005. Multiproxy approach for the glacial ocean surface (MARGO). Quarternary Science Review. 24, 813-819.

Mix, A.C., Bard, E. and Schneider R., 2001. Environmental processes of the ice age: land, oceans, glaciers (EPILOG). Quarternary Science Reviews. 20, 627-657.

Nurnberg, D., Bijma, J., and Hemleben, C., 1995. Assessing the realibility of magnesium in foraminiferal calcite as a proxy for water mass temperatures. Geochimica at Cosmochimica Acta. 60, 803-814.

Barker, S., Cacho, I., Benway, H., and Tachikawa, K., 2004. Planktonic foraminiferal Mg/Ca as a proxy for past oceanic temperatures: a methodological overview and data compilation for the Last Glacial Maximum. Quarternary Science Reviews. 24, 821-834.

Paul, A., and Schafer-Neth, C., 2004. How to combine sparse proxy data and coupled climate models. Quaternary Science Reviews. 24, 1095-1107. 

Informasi detil mengenai MARGO project klik: http://margo.pangaea.de/