Global Warming - Apa dan mengapa

Sejak dikenalnya ilmu mengenai iklim, para ilmuwan telah mempelajari bahwa ternyata iklim di Bumi selalu berubah. Dari studi tentang jaman es di masa lalu menunjukkan bahwa iklim bisa berubah dengan sendirinya, dan berubah secara radikal. Apa penyebabnya? Meteor jatuh? Variasi panas Matahari? Gunung meletus yang menyebabkan awan asap? Perubahan arah angin akibat perubahan struktur muka Bumi dan arus laut? Atau karena komposisi udara yang berubah? Atau sebab yang lain?

Sampai baru pada abad 19, maka studi mengenai iklim mulai mengetahui tentang kandungan gas yang berada di atmosfer, disebut sebagai gas rumah kaca, yang bisa mempengaruhi iklim di Bumi. Apa itu gas rumah kaca?

Sebetulnya yang dikenal sebagai ‘gas rumah kaca’, adalah suatu efek, dimana molekul-molekul yang ada di atmosfer kita bersifat seperti memberi efek rumah kaca. Efek rumah kaca sendiri, seharusnya merupakan efek yang alamiah untuk menjaga temperatur permukaaan Bumi berada pada temperatur normal, sekitar 30°C, atau kalau tidak, maka tentu saja tidak akan ada kehidupan di muka Bumi ini.

Pada sekitar tahun 1820, bapak Fourier menemukan bahwa atmosfer itu sangat bisa diterobos (permeable) oleh cahaya Matahari yang masuk ke permukaan Bumi, tetapi tidak semua cahaya yang dipancarkan ke permukaan Bumi itu bisa dipantulkan keluar, radiasi merah-infra yang seharusnya terpantul terjebak, dengan demikian maka atmosfer Bumi menjebak panas (prinsip rumah kaca).

Tiga puluh tahun kemudian, bapak Tyndall menemukan bahwa tipe-tipe gas yang menjebak panas tersebut terutama adalah karbon-dioksida dan uap air, dan molekul-molekul tersebut yang akhirnya dinamai sebagai gas rumah kaca, seperti yang kita kenal sekarang. Arrhenius kemudian memperlihatkan bahwa jika konsentrasi karbon-dioksida dilipatgandakan, maka peningkatan temperatur permukaan menjadi sangat signifikan.

Semenjak penemuan Fourier, Tyndall dan Arrhenius tersebut, ilmuwan semakin memahami bagaimana gas rumah kaca menyerap radiasi, memungkinkan membuat perhitungan yang lebih baik untuk menghubungkan konsentrasi gas rumah kaca dan peningkatan Temperatur. Jika konsentrasi karbon-dioksida dilipatduakan saja, maka temperatur bisa meningkat sampai 1°C.

Tetapi, atmosfer tidaklah sesederhana model perhitungan tersebut, kenyataannya peningkatan temperatur bisa lebih dari 1°C karena ada faktor-faktor seperti, sebut saja, perubahan jumlah awan, pemantulan panas yang berbeda antara daratan dan lautan, perubahan kandungan uap air di udara, perubahan permukaan Bumi, baik karena pembukaan lahan, perubahan permukaan, atau sebab-sebab yang lain, alami maupun karena perbuatan manusia. Bukti-bukti yang ada menunjukkan, atmosfer yang ada menjadi lebih panas, dengan atmosfer menyimpan lebih banyak uap air, dan menyimpan lebih banyak panas, memperkuat pemanasan dari perhitungan standar.

Sejak tahun 2001, studi-studi mengenai dinamika iklim global menunjukkan bahwa paling tidak, dunia telah mengalami pemanasan lebih dari 3°C semenjak jaman pra-industri, itu saja jika bisa menekan konsentrasi gas rumah kaca supaya stabil pada 430 ppm CO2e (ppm = part per million = per satu juta ekivalen CO2 - yang menyatakan rasio jumlah molekul gas CO2 per satu juta udara kering). Yang pasti, sejak 1900, maka Bumi telah mengalami pemanasan sebesar 0,7°C.

Lalu, jika memang terjadi pemanasan, sebagaimana disebut; yang kemudian dikenal sebagai pemanasan global, (atau dalam istilah populer bahasa Inggris, kita sebut sebagai Global Warming): Apakah merupakan fenomena alam yang tidak terhindarkan? Atau ada suatu sebab yang signfikan, sehingga menjadi ‘populer’ seperti sekarang ini? Apakah karena Al Gore dengan filmnya “An Inconvenient Truth” yang mempopulerkan global warming? Tentunya tidak sesederhana itu.

Perlu kerja-sama internasional untuk bisa mengatakan bahwa memang manusia-lah yang menjadi penyebab utama terjadinya pemanasan global. Laporan IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) tahun 2007, menunjukkan bahwa secara rata-rata global aktivitas manusia semenjak 1750 menyebabkan adanya pemanasan. Perubahan kelimpahan gas rumah kaca dan aerosol akibat radiasi Matahari dan keseluruhan permukaan Bumi mempengaruhi keseimbangan energi sistem iklim. Dalam besaran yang dinyatakan sebagai Radiative Forcing sebagai alat ukur apakah iklim global menjadi panas atau dingin (warna merah menyatakan nilai positif atau menyebabkan menjadi lebih hangat, dan biru kebalikannya), maka ditemukan bahwa akibat kegiatan manusia-lah (antropogenik) yang menjadi pendorong utama terjadinya pemanasan global (Gb.1).

Hasil perhitungan perkiraan agen pendorong terjadinya pemanasan global dan mekanismenya (kolom satu), berdasarkan pengaruh radiasi (Radiative Forcing), dalam satuan Watt/m^2, untuk sumber antropogenik dan sumber yang lain, tanda merah dan nilai positif dari kolom dua dan tiga berarti sumbangan pada pemanasan, sedangkan biru adalah efek kebalikannya. Kolom empat menyatakan dampak pada skala geografi, sedangkan kolom kelima menyatakan tingkat pemahaman ilmiah (Level of Scientific Understanding), Sumber: Laporan IPCC, 2007.
Hasil perhitungan perkiraan agen pendorong terjadinya pemanasan global dan mekanismenya (kolom satu), berdasarkan pengaruh radiasi (Radiative Forcing), dalam satuan Watt/m^2, untuk sumber antropogenik dan sumber yang lain, tanda merah dan nilai positif dari kolom dua dan tiga berarti sumbangan pada pemanasan, sedangkan biru adalah efek kebalikannya. Kolom empat menyatakan dampak pada skala geografi, sedangkan kolom kelima menyatakan tingkat pemahaman ilmiah (Level of Scientific Understanding), Sumber: Laporan IPCC, 2007.

Dari gambar terlihat bahwa karbon-dioksida adalah penyumbang utama gas kaca. Dari masa pra-industri yang sebesar 280 ppm menjadi 379 ppm pada tahun 2005. Angka ini melebihi angka alamiah dari studi perubahan iklim dari masa lalu (paleoklimatologi), dimana selama 650 ribu tahun hanya terjadi peningkatan dari 180-300 ppm. Terutama dalam dasawarsa terakhir (1995-2005), tercatat peningkatan konsentrasi karbon-dioksida terbesar pertahun (1,9 ppm per tahun), jauh lebih besar dari pengukuran atmosfer pada tahun 1960, (1.4 ppm per tahun), kendati masih terdapat variasi tahun per tahun.

Sumber terutama peningkatan konsentrasi karbon-dioksida adalah penggunaan bahan bakar fosil, ditambah pengaruh perubahan permukaan tanah (pembukaan lahan, penebangan hutan, pembakaran hutan, mencairnya es). Peningkatan konsentrasi metana (CH4), dari 715 ppb (part per billion= satu per milyar) di jaman pra-industri menjadi 1732 ppb di awal 1990-an, dan 1774 pada tahun 2005. Ini melebihi angka yang berubah secara alamiah selama 650 ribu tahun (320 - 790 ppb). Sumber utama peningkatan metana pertanian dan penggunaan bahan bakar fosil. Konsentrasi nitro-oksida (N2O) dari 270 ppb - 319 ppb pada 2005. Seperti juga penyumbang emisi yang lain, sumber utamanya adalah manusia dari agrikultural. Kombinasi ketiga komponen utama tersebut menjadi penyumbang terbesar pada pemanasan global.

Kontribusi antropogenik pada aerosol (sulfat, karbon organik, karbon hitam, nitrat and debu) memberikan efek mendinginkan, tetapi efeknya masih tidak dominan dibanding terjadinya pemanasan, disamping ketidakpastian perhitungan yang masih sangat besar. Demikian juga dengan perubahan ozon troposper akibat proses kimia pembentukan ozon (nitrogen oksida, karbon monoksida dan hidrokarbon) berkontribusi pada pemanasan global. Kemampuan pemantulan cahaya Matahari (albedo), akibat perubahan permukaan Bumi dan deposisi aerosol karbon hitam dari salju, mengakibatkan perubahan yang bervariasi, dari pendinginan sampai pemanasan. Perubahan dari pancaran sinar Matahari (solar irradiance) tidaklah memberi kontribusi yang besar pada pemanasan global.

Dengan demikian, maka dapat dipahami bahwa memang manusia yang berperanan bagi nasibnya sendiri, karena pemanasan global terjadi akibat perbuatan manusia sendiri. Lalu bagaimana dampak Global Warming bagi kehidupan? Alur waktu prediksi dan dampak dari perspektif sains dapat dibaca pada bagian kedua tulisan ini.

Es di Greenland dan Global Warming

Credit: NASA/Robert Simmon and Marit Jentoft-Nilsen. Foto satelit yang menunjukkan jumlah hari terjadinya proses pelelehan di tahun 2006. Warna biru gelap menunjukkan area yang memiliki hari pelelehan terbesar.
Credit: NASA/Robert Simmon and Marit Jentoft-Nilsen. Foto satelit yang menunjukkan jumlah hari terjadinya proses pelelehan di tahun 2006. Warna biru gelap menunjukkan area yang memiliki hari pelelehan terbesar.
Tahun 2006, Greenland mengalami hari-hari mencairnya salju pada ketinggian yang lebih tinggi dibanding ketinggian rata-rata selama 18 tahun. Hasil pengamatan harian menunjukkan mencairnya salju di lapisan es Greenland mengalami peningkatan setiap harinya.

Monitoring terhadap pelelehan saju di lapisan es Greenland secara harian dilakukan dengan Special Sensor Microwave Imaging radiometer (SSM/I) yang berada di pesawat ruang angkasa Defense Meteorological Satellite Program. Sensor akan mengukur sinyal elektromagnetik yang dipancarkan lapisan es dan mendeteksi lelehan salju yang terjadi lebih dari 10 hari lebih lama dari rata-rata yang terjadi pada area tertentu di Greenland.

Dengan adanya hasil pengamatan satelit secara periodik memberikan data dan informasi yang akan membantu para peneliti untuk mengetahui kecepatan alir glacier, banyaknya air dari salju yang mencair dan bergabung dengan lautan disekitarnya, juga untuk mengetahui seberapa banyak radiasi Matahari yang akan dipantulkan kembali ke atmosfer.

Jumlah hari dimana terjadi pelelehan di tahun 2006 berada di atas rata-rata proses pelelehan di tahun 1988-2005. Area merah gelap mingindikasikan anomali jumlah hari yang berada di atas rata-rata. Credit: NASA/Robert Simmon and Marit Jentoft-Nilsen
Jumlah hari dimana terjadi pelelehan di tahun 2006 berada di atas rata-rata proses pelelehan di tahun 1988-2005. Area merah gelap mingindikasikan anomali jumlah hari yang berada di atas rata-rata. Credit: NASA/Robert Simmon and Marit Jentoft-Nilsen
Salju kering dan basah memang terlihat sama jika dilihat untuk pertama kalinya. Tapi salju yang basah dan salju yang mengalami pembekuan kembali, memiliki tingkat penyerapan radiasi sinar Matahari yang lebih tinggi, dan hanya memantulkan 50-60 persen ke atmosfer. Sedangkan salju kering, memantulkan kembali 85 % radiasi Matahari. Dengan kata lain, salju yang meleleh akan menyerap 3-4 kali energi yang sama dibanding salju kering. Ini tentu akan memberi pengaruh yang besar pada persediaan energi di Bumi.

Mencairnya salju di Greenland memberi pengaruh yang sangat besar terhadap luas lapisan es yang terus berkurang dan terhadap tinggi dan dalam lautan diseluruh dunia. Sebagian air yang dihasilkan dari salju yang mencair juga akan mengalir kedalam glacier melalui patahan-patahan dan alur lubang vertikal (moulin), kemudian mencapai lapisan batuan dibawahnya dan melubrikasi (meminyaki, mencairkan) lapisan es diatasnya.

Pengamatan dan studi yang dilakukan sebelumnya oleh Jay Zwally dan Waleed Abdalati dari NASA Goddard menunjukkan, air yang mencair pada musim panas pada dasar lapisan es bisa meningkatkan gerak es dan menyebabkan terjadinya peningkatan level lautan (tinggi dan dalamnya) dengan sangat cepat. Fenomena ini akan mempercepat terjadinya pemanasan global.

Gambar skematik permukaan glacial yang mengilustrasikan bagaimana moulins mentransport air ke dasar glacier. credit : NASA.
Gambar skematik permukaan glacial yang mengilustrasikan bagaimana moulins mentransport air ke dasar glacier. credit : NASA.

sumber : NASA