CN-SEO

Meskipun suhu di permukaan bumi dan atmosfer bagian bawah meningkat, atmosfer bagian atas planet ini telah mendingin secara dramatis. Pola paradoks ini merupakan tanda terkenal mengenai dampak iklim yang ditimbulkan oleh manusia—namun hingga saat ini, faktor fisika yang mendasarinya masih menjadi misteri.

Dalam sebuah studi baru, para peneliti dari Universitas Columbia menjelaskan mekanisme fenomena tersebut, menjelaskan bagaimana hal ini sangat ditentukan oleh cara karbon dioksida (CO2) berinteraksi dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda.

“Ini menggambarkan sebuah fenomena yang merupakan ciri-ciri perubahan iklim, yang telah diketahui terjadi selama beberapa dekade dan belum dipahami,” katanya Robert Pincusseorang profesor riset fisika kelautan dan iklim di Lamont-Doherty Earth Observatory, yang merupakan bagian dari Columbia Climate School, dan rekan penulis studi yang dipublikasikan dalam Geosains Alam.

Di atmosfer bagian bawah, molekul CO2 memerangkap panas yang seharusnya dilepaskan ke luar angkasa. Namun, semakin tinggi atmosfernya, dinamikanya berubah. Di stratosfer—lapisan atmosfer yang terbentang sekitar 11 km hingga 50 km di atas permukaan bumi—molekul CO2 bertindak hampir seperti radiator, menyerap energi inframerah dari bawah dan memancarkan sebagian energi tersebut ke luar angkasa. Semakin banyak CO2 yang ditambahkan, stratosfer memancarkan panas lebih efisien dan menjadi dingin.

Hal ini telah diprediksi pada tahun 1960-an oleh ahli iklim pemenang Hadiah Nobel, Syukuro Manabe, yang membuat model iklim bumi dan pemanasan global yang disebabkan oleh CO2. Stratosfer telah mendingin sekitar 2 derajat Celcius sejak pertengahan tahun 1980an. Jumlah tersebut diperkirakan 10 kali lebih besar dibandingkan jumlah pendinginan yang terjadi jika tidak ada emisi CO2 yang disebabkan oleh aktivitas manusia.

Namun, meskipun prinsip dasar pendinginan stratosfer telah dipahami, rinciannya masih belum jelas. “Teori yang ada saat ini sangat mendalam, namun saat ini kita kekurangan teori kuantitatif mengenai pendinginan stratosfer yang disebabkan oleh CO2,” kata Sean Cohenadalah ilmuwan peneliti pascadoktoral di Lamont-Doherty Earth Observatory, yang merupakan bagian dari Columbia School of Climate, dan penulis utama studi tersebut.

Cohen, Pincus, dan Lorenzo Polvaniseorang ahli geofisika di Departemen Fisika Terapan dan Matematika Terapan Teknik Columbia, mengembangkan teori mereka melalui metode berulang untuk mengidentifikasi proses utama yang terlibat dalam pendinginan stratosfer, memberinya nilai matematika, membandingkan hasil model pena dan kertas dengan simulasi komprehensif dan data dunia nyata, serta memodifikasi persamaannya. Selama beberapa bulan mereka menyimpulkan persamaan yang paling sesuai.

Para peneliti sampai pada sebuah faktor kunci: bagaimana molekul CO2 berinteraksi dengan cahaya, dan khususnya inframerah—juga dikenal sebagai cahaya gelombang panjang. Tidak semua panjang gelombang inframerah melewatinya dengan cara yang sama. Beberapa panjang gelombang berkontribusi terhadap pendinginan lebih dari yang lain, dan tim menentukan bahwa panjang gelombang di “zona Goldilocks” tertentu sangat efisien. Ketika CO2 menumpuk di atmosfer, zona tersebut meluas.

“Perubahan efisiensi itulah yang pada akhirnya akan mendorong pendinginan stratosfer,” kata Cohen.

Para peneliti juga mengukur peran ozon dan uap air. Karbon ini terlibat dalam proses yang mirip dengan CO2—mereka juga dapat memerangkap panas di atmosfer bagian bawah namun berkontribusi terhadap pendinginan di stratosfer dengan memancarkan panas—namun pengaruhnya tampaknya kecil dibandingkan dengan CO2.

Persamaan para peneliti ini cocok dengan tiga fenomena yang telah dijelaskan dengan baik: Bagaimana pendinginan stratosfer bervariasi menurut ketinggian, dengan pendinginan paling sedikit terjadi di tingkat terendah dan paling banyak di tingkat tertinggi; bagaimana setiap penggandaan CO2 menghasilkan pendinginan sebesar 8 derajat Celsius di stratopause, atau puncak stratosfer; dan bagaimana stratosfer yang lebih dingin memungkinkan lebih sedikit energi inframerah yang keluar ke luar angkasa, sehingga meningkatkan efek memerangkap panas CO2. Dengan kata lain: CO2 membuat stratosfer lebih baik dalam memancarkan radiasi, sehingga mendinginkannya—tetapi seiring dengan pendinginan, sistem bumi kehilangan lebih sedikit panas ke ruang angkasa secara keseluruhan, sehingga memperkuat pemanasan di bawahnya.

“Ini adalah proses yang telah kami ketahui selama lebih dari 50 tahun, dan kami memiliki pemahaman kualitatif yang cukup baik tentang cara kerjanya. Namun, kami tidak memahami rincian tentang apa yang sebenarnya mendorong proses tersebut secara mekanis,” kata Cohen.

Cohen dan Pincus mengatakan bahwa implikasi dari penelitian ini bukan sekedar menambah bukti lain yang mendukung pemanasan global—yang kenyataannya sudah jelas—tetapi mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme yang terlibat dalam pendinginan stratosfer. “Hal ini benar-benar memberi tahu kita apa yang penting,” kata Pincus, dan hal ini dapat memberi informasi pada penelitian masa depan mengenai proses tersebut. Penemuan ini juga dapat membantu para ilmuwan mempelajari kondisi di luar Bumi.

“Mungkin kita bisa lebih memahami apa yang terjadi di stratosfer planet lain di tata surya kita atau exoplanet,” kata Cohen.