CN-SEO

Highlight

• Peneliti Lamont-Doherty dan MIT menemukan bahwa pemanasan dapat sedikit meningkatkan pasokan radikal hidroksil di atmosfer, molekul kunci yang membantu memecah metana.
• Sedangkan huap air yang lebih tinggi meningkatkan radikal ini, peningkatan emisi dari pepohonan dan tanaman lain berdampak sebaliknya, sehingga dampak keseluruhannya menjadi lebih kompleks.
• Radikal hidroksil juga membantu menghilangkan ozon dan polutan udara lainnya, jadi temuan ini penting untuk iklim dan kualitas udara.

Metana merupakan gas rumah kaca terkuat kedua setelah karbon dioksida dalam mendorong suhu global. Namun deterjen tidak bertahan lama di atmosfer berkat molekul yang disebut radikal hidroksil, yang dikenal sebagai “deterjen atmosfer” karena kemampuannya memecah metana. Namun, seiring dengan pemanasan bumi, tidak jelas bagaimana reaksi agen pembersih udara.

Para peneliti dari Lamont-Doherty Earth Observatory dan Massachusetts Institute of Technology kini menjelaskan hal tersebut. Tim telah mengembangkan model baru untuk mempelajari berbagai proses yang mengontrol bagaimana tingkat radikal hidroksil akan berubah seiring dengan suhu pemanasan.

Mereka menemukan bahwa gambarannya rumit. Ketika suhu meningkat, uap air di atmosfer juga meningkat, yang pada gilirannya meningkatkan konsentrasi molekul. Namun kenaikan suhu juga akan meningkatkan “emisi senyawa organik biogenik yang mudah menguap” – gas yang dilepaskan secara alami oleh beberapa tanaman dan pohon. Pelepasan alami ini dapat mengurangi radikal hidroksil dan meredam efek stimulasi uap air.

Secara khusus, tim menemukan bahwa jika suhu rata-rata planet ini naik sebesar 2 derajat Celcius, peningkatan uap air yang menyertainya akan meningkatkan kadar radikal hidroksil sekitar 9 persen. Namun peningkatan emisi biogenik pada gilirannya akan menurunkan tingkat radikal hidroksil sebesar 6 persen. Perhitungan terakhir ini bisa berarti peningkatan kecil, sekitar 3 persen, pada kemampuan atmosfer untuk memecah metana dan senyawa kimia lainnya seiring pemanasan planet.

“Radikal hidroksil penting dalam menentukan umur metana dan gas rumah kaca reaktif lainnya, serta gas yang mempengaruhi kesehatan masyarakat, termasuk ozon dan polutan udara tertentu lainnya,” kata penulis utama Qindan Zhu, yang memimpin pekerjaan pascadoktoral di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer, dan Planet MIT.

“Ada berbagai alasan lingkungan mengapa kita ingin memahami apa yang terjadi dengan molekul-molekul ini,” tambah Arlene Fiore dari MIT. “Kami ingin memastikan teknologi ini ada untuk menghilangkan semua gas dan polutan ini secara kimiawi.” Fiore adalah asisten ilmuwan peneliti senior di Lamont-Doherty Earth Observatory, yang merupakan bagian dari Sekolah Iklim Kolumbia, dan pernah menjadi profesor di Departemen Ilmu Bumi dan Lingkungan Kolumbia.

Studi baru muncul dalam Jurnal Kemajuan dalam Pemodelan Sistem Bumi (JAMES). Rekan penulis studi ini termasuk Robert Pincus dari Lamont-Doherty, seorang profesor riset di bidang fisika kelautan dan iklim.

Penetral Alami

Radikal hidroksil, yang secara kimia dikenal sebagai OH, terdiri dari satu atom oksigen dan satu atom hidrogen, serta elektron yang tidak berpasangan. Konfigurasi ini membuat molekul menjadi sangat reaktif. Seperti penyedot debu kimia, OH dengan mudah menarik elektron atau atom hidrogen dari molekul lain, memecahnya menjadi bentuk yang lebih lemah dan lebih larut dalam air. Dengan cara ini, OH mengurangi berbagai macam bahan kimia, termasuk beberapa polutan udara, patogen, dan ozon. Dan perubahan OH merupakan pengaruh yang kuat terhadap metana.

“Untuk metana, reaksi dengan OH dianggap sebagai jalur kehilangan yang paling penting,” kata Zhu. “Sekitar 90 persen metana yang dilepaskan dari atmosfer disebabkan oleh reaksi dengan OH.”

Memang benar, akibat dari reaksi dengan radikal hidroksil adalah metana hanya dapat bertahan di atmosfer selama sekitar satu dekade—jauh lebih pendek dibandingkan karbon dioksida, yang dapat bertahan selama 1.000 tahun atau lebih. Namun meskipun OH memecah metana yang sudah ada di atmosfer, lebih banyak metana yang terus terakumulasi. Meningkatnya konsentrasi metana, selain emisi karbon dioksida antropogenik, juga mendorong pemanasan global, dan tidak jelas bagaimana kekuatan OH dalam mengumpulkan metana akan bersaing.

“Pertanyaan yang kami selidiki di sini adalah: Apa saja proses utama yang mengendalikan konsentrasi OH? Dan bagaimana respons OH terhadap perubahan iklim?” kata Fiore.

Planet Air Udara

Untuk studi mereka, para peneliti mengembangkan model baru untuk mensimulasikan tingkat OH di atmosfer berdasarkan skenario iklim global saat ini, dibandingkan dengan iklim masa depan yang lebih hangat. Model mereka, yang diberi nama “AquaChem,” merupakan perluasan dari model sederhana yang merupakan bagian dari seperangkat alat yang dikembangkan oleh proyek Community Earth System Model (CESM). Model yang dipilih tim untuk dibuat adalah model yang mewakili Bumi sebagai “planet air” yang disederhanakan dengan permukaan yang seluruhnya tertutup lautan.

“Masalah ideal seperti studi tentang aquaplanet adalah bagian dari cara para ilmuwan bumi membangun pemahaman, karena mereka memungkinkan kita untuk melihat sistem paling sederhana di mana fenomena muncul,” kata Pincus.

Model Aquaplanet memungkinkan para ilmuwan mempelajari interaksi terperinci di atmosfer sebagai respons terhadap perubahan suhu permukaan, tanpa harus menghabiskan waktu dan menghitung energi untuk mensimulasikan dinamika kompleks antara daratan, air, dan lapisan es di kutub.

Pada model aquaplanet, Zhu menambahkan komponen kimia atmosfer yang mensimulasikan reaksi kimia terperinci di atmosfer sesuai dengan suhu permukaan yang diterapkan. Reaksi kimia yang dimodelkan mewakili reaksi yang diketahui mempengaruhi konsentrasi OH.

OH diproduksi terutama ketika ozon berinteraksi dengan sinar matahari dengan adanya uap air. Misalnya, para ilmuwan menemukan bahwa tingkat OH dapat bervariasi tergantung pada emisi antropogenik dan alami tertentu, yang semuanya digabungkan oleh Zhu secara terpisah dan bersama-sama ke dalam model AquaChem untuk mengisolasi dampak setiap proses terhadap OH.

Emisi khususnya mencakup karbon monoksida, metana, nitrogen oksida, dan senyawa organik yang mudah menguap (VOC), beberapa di antaranya dihasilkan melalui aktivitas manusia, dan lainnya dihasilkan melalui proses alami. Salah satu jenis VOC yang terjadi secara alami adalah emisi “biogenik” – gas, seperti isoprena, yang dikeluarkan beberapa tanaman dan pohon melalui pori-pori kecil yang disebut stomata selama transpirasi.

Ke dalam model AquaChem, Zhu memasukkan data yang tersedia untuk setiap jenis emisi dari tahun 2000 – tahun yang umumnya dianggap mewakili iklim saat ini dalam bentuk yang disederhanakan. Dia menetapkan suhu permukaan laut aquaplanet ke rata-rata tahunan zona pada tahun itu, dan menemukan bahwa model tersebut secara akurat mereproduksi sensitivitas utama kimia OH terhadap pemrosesan kimia dasar seperti yang disimulasikan dalam model iklim kimia yang lebih kompleks.

Kemudian, Zhu menjalankan model tersebut berdasarkan skenario pemanasan global kedua. Dia memperkirakan suhu permukaan laut di planet ini akan menghangat sebesar 2 derajat Celcius (pemanasan yang mungkin terjadi kecuali emisi karbon antropogenik global dikurangi). Tim mengamati bagaimana pemanasan ini akan mempengaruhi berbagai jenis emisi dan proses kimia, dan bagaimana perubahan ini pada akhirnya akan mempengaruhi tingkat OH di atmosfer.

Pada akhirnya, mereka menemukan bahwa dua pendorong terbesar kadar OH adalah peningkatan uap air dan emisi biogenik. Mereka menemukan bahwa pemanasan global akan meningkatkan jumlah uap air di atmosfer, yang pada gilirannya akan meningkatkan produksi OH sebesar 9 persen. Namun, tingkat pemanasan yang sama juga akan meningkatkan emisi biogenik seperti isoprena, yang bereaksi dengan dan memecah OH, sehingga menurunkan kadarnya sebesar 6 persen.

Tim menyadari bahwa ada banyak faktor lain yang mempengaruhi respons emisi isoprena terhadap pemanasan permukaan. Peningkatan CO₂tidak dipertimbangkan dalam penelitian ini, dapat mengurangi respons yang didorong oleh suhu ini. Dari semua faktor yang dapat mengubah tingkat OH akibat pemanasan global, para peneliti memperingatkan bahwa emisi biogenik adalah faktor yang paling tidak pasti, meskipun tampaknya mempunyai pengaruh yang besar. Ke depannya, para ilmuwan berencana memperbarui AquaChem untuk mempelajari lebih lanjut bagaimana emisi biogenik, serta proses dan skenario iklim lainnya, dapat memengaruhi konsentrasi OH.

“Kita tahu bahwa perubahan OH di atmosfer, meski hanya beberapa persen, sebenarnya penting untuk menafsirkan bagaimana metana dapat terakumulasi di atmosfer,” kata Zhu. “Memahami tren OH di masa depan akan memungkinkan kita menentukan tren metana di masa depan.”

Rekan penulis penelitian ini adalah Nicole Neumann, George Milly dan Clare E. Singer dari Lamont-Doherty, Jian Guan dan Paolo Giani dari MIT, dan Brian Medeiros dari National Center for Atmospheric Research.

Pekerjaan ini sebagian didukung oleh Spark Climate Solutions dan National Oceanic and Atmospheric Administration.

Diadaptasi dari a siaran pers oleh Jennifer Chu dari Institut Teknologi Massachusetts