27Membaca Iklim Masa Lalu

Di Dome C, $3233\,\mathrm{m}$ di atas permukaan laut pada lapisan es Antarktika Timur, suhu udara rata-rata setahun sekitar $-55{}^{\circ}\mathrm{C}$. Sebuah bor yang bekerja di sana berhenti pada kedalaman $3260\,\mathrm{m}$, sekitar $15\,\mathrm{m}$ di atas batuan di bawah es. Es terdalam yang diangkatnya mengandung gelembung-gelembung udara kecil yang berumur sekitar $800\,000$ tahun: sampel atmosfer dari masa jauh sebelum para petani pertama. Bab ini membaca iklim masa lalu di dalam es, di dalam lumpur danau dan dasar samudra, dan di dalam batuan, lalu menanyakan apa yang dikatakannya tentang masa kini.

Yang sudah kamu ketahui

Gletser adalah massa es yang bertahan dari tahun ke tahun dan mengalir oleh beratnya sendiri; lapisan es menutupi sebagian besar sebuah benua; zaman es adalah masa dingin yang panjang ketika lapisan es menyebar jauh melampaui kutub (Buku 1, kelas 8). Di dalam inti es Antarktika, salju merekam suhu udara dan gelembung-gelembungnya menyimpan udara itu sendiri, dan kedua rekaman itu naik dan turun bersama (Buku 1, kelas 9). Atom-atom satu unsur dapat berbeda jumlah neutronnya: isotop-isotop ini berperilaku sama secara kimia tetapi berbeda massanya (buku-buku fisika). Karbon dioksida adalah gas rumah kaca (buku-buku kimia). Zaman Kuarter dimulai 2.58 juta tahun yang lalu (Buku 1, kelas 7).

27.1 Arsip dan proksi

Tidak ada yang mengukur suhu udara $20\,000$ tahun yang lalu. Tetapi Bumi menyimpan catatan tanpa sengaja: lapisan es dan lumpur, cangkang dan batang pohon, yang masing-masing berubah mengikuti iklim tempat ia terbentuk.

Definisi 27.1 (Arsip iklim; proksi)

Yang disebut arsip iklim adalah bahan alami yang diendapkan dalam lapisan-lapisan, satu demi satu, yang menyimpan jejak iklim pada masa pembentukannya: es kutub, sedimen danau dan dasar samudra, lingkaran tahun pohon, koral, endapan gua. Yang disebut proksi adalah besaran yang diukur dalam sebuah arsip yang mewakili suatu variabel iklim yang tidak diukur: bagian isotop berat dalam salju tua untuk suhu udara, bagian setiap jenis polen dalam lumpur danau untuk vegetasi dan dengan demikian untuk iklim.

arsip	proksi	memberi tahu tentang
es kutub	isotop berat es	suhu udara di atas es
	udara dalam gelembung	karbon dioksida, metana
sedimen danau, gambut	polen	vegetasi, lalu iklim
sedimen samudra	isotop oksigen cangkang	volume es, suhu air dalam
lingkaran tahun pohon	lebar lingkaran	kondisi tumbuh, dari tahun ke tahun
koral, endapan gua	isotop, pita pertumbuhan	suhu laut atau udara, hujan

Setiap proksi memerlukan dua hal sebelum dapat dibaca. Proksi itu memerlukan jam: umur setiap lapisan, dari penghitungan lapisan tahunan bila lapisan itu dapat dilihat, dari penanggalan radiometrik (Bab 25), atau dari pencocokan rekaman itu dengan rekaman lain yang sudah ditanggali. Dan proksi itu memerlukan kalibrasi: hubungan antara apa yang diukur dan variabel iklimnya, yang ditentukan sekarang, ketika keduanya dapat diukur bersama.

Metode 27.2 (Membaca rekaman proksi)

1. Temukan arsip dan proksinya: apa yang diukur, dan di dalam apa?
2. Tentukan ke arah mana waktu berjalan pada sumbu, dan dalam satuan apa; periksalah apakah sumbu proksinya dibalik.
3. Terjemahkan proksinya: apakah nilai yang lebih tinggi berarti lebih hangat atau lebih dingin, lebih banyak es atau lebih sedikit?
4. Perhatikan jarak antarsampel: rekaman yang titik-titiknya berjarak $2000$ tahun tidak dapat menunjukkan perubahan yang berlangsung seabad.
5. Bacalah nilai-nilai pada tanggal yang ditanyakan, atau rata-rata selama suatu selang, lalu hitung perubahan dan lajunya.
6. Katakan apa yang ditunjukkan rekaman itu di tempatnya, dan baru sesudah itu apakah rekaman itu mewakili seluruh Bumi.

27.2 Inti es

Definisi 27.3 (Inti es)

Yang disebut inti es adalah silinder es yang dibor dari lapisan es atau gletser. Kedalamannya memberikan umur es, makin dalam makin tua; es itu merekam suhu udara tempat saljunya jatuh, dan gelembung-gelembungnya menyimpan sampel udara pada masa itu.

Salju segar sebagian besar terdiri dari udara. Terkubur di bawah salju tahun-tahun berikutnya, salju itu tertekan menjadi firn, salju yang memadat yang pori-porinya masih dapat dilalui udara. Pada massa jenis sekitar 820 sampai $830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, yang tercapai 50 sampai $120\,\mathrm{m}$ di bawah permukaan, pori-pori itu menutup dan udaranya terkurung dalam gelembung. Karena itu es menyimpan dua rekaman yang berbeda. Udara dalam gelembung adalah sampel atmosfer, yang karbon dioksida dan metananya diukur di laboratorium. Es itu sendiri menyimpan suhu: molekul air yang mengandung isotop berat (deuterium atau oksigen-18) lebih mudah mengembun daripada yang ringan, sehingga makin dingin udara dalam perjalanannya ke kutub, makin miskin salju itu akan isotop berat.

Deuterium inti Dome C telah diubah menjadi suhu di atas es, yang dinyatakan sebagai perubahan dibandingkan dengan rata-rata seribu tahun terakhir. Karbon dioksidanya berasal dari gelembung beberapa inti Antarktika, yang digabungkan menjadi satu rekaman. Keduanya digambarkan di bawah pada satu sumbu waktu.

Kedua kurva itu mempunyai satu pola yang sama: luncuran yang lambat dan tersendat ke arah dingin selama puluhan ribu tahun, lalu pendakian yang cepat kembali ke kehangatan, lalu luncuran lagi.

Definisi 27.4 (Periode glasial; interglasial; siklus glasial)

Yang disebut periode glasial adalah selang dingin dalam sebuah zaman es, ketika lapisan es tumbuh jauh melampaui ukurannya sekarang. Yang disebut interglasial adalah selang hangat di antara dua periode glasial, dengan lapisan es yang mendekati ukuran sekarang atau lebih kecil; kita hidup dalam salah satunya, yang dimulai sekitar $11\,000$ tahun yang lalu. Yang disebut siklus glasial adalah satu periode glasial bersama interglasial yang mengakhirinya.

Di sepanjang rekaman, suhu di Dome C berkisar dari $-10.6{}^{\circ}\mathrm{C}$, sekitar $24\,000$ tahun yang lalu, sampai $+5.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, sekitar $129\,000$ tahun yang lalu; karbon dioksidanya, dari $174\,\mathrm{ppm}$ sampai $299\,\mathrm{ppm}$. Gambar itu, yang dirata-ratakan dalam $2000$ tahun, sedikit menghaluskan nilai-nilai ekstrem ini. Hitungan puncak-puncak hangat memberikan delapan atau sembilan siklus glasial, dan irama terkuat rekaman suhu itu, yang dihitung dari datanya, mempunyai periode sekitar $98\,000$ tahun.

Proposisi 27.5 (Suhu dan karbon dioksida berubah bersama)

Selama $800\,000$ tahun terakhir, suhu Antarktika dan karbon dioksida udara berubah bersama. Memasangkan setiap pengukuran dari 1639 pengukuran karbon dioksida yang lebih tua dari $2000$ tahun dengan suhu Dome C pada umur yang sama memberikan koefisien korelasi $r = 0.92$, dan garis kuadrat terkecil

$$\mathrm{CO_2} \approx 267\,\mathrm{ppm} + 7.8\,\mathrm{ppm}/{}^{\circ}\mathrm{C} \times \Delta T ,$$

dengan $\Delta T$ perubahan suhu di Dome C.

Korelasi tidak mengatakan mana yang berubah lebih dahulu, atau apakah ada penyebab ketiga yang menggerakkan keduanya: koefisiennya akan sama saja bila suhu menggerakkan karbon dioksida, bila karbon dioksida menggerakkan suhu, atau bila masing-masing mendorong yang lain. Apa yang menetapkan irama sekitar $100\,000$ tahun itu diceritakan dalam subbab tentang samudra di bawah, dan bagaimana karbon dioksida bekerja terhadap suhu dalam Bab 28.

27.2.1 Maksimum Glasial Terakhir

Definisi 27.6 (Maksimum Glasial Terakhir)

Yang disebut Maksimum Glasial Terakhir adalah masa, sekitar $23\,000$ sampai $19\,000$ tahun yang lalu, ketika lapisan es periode glasial terakhir mencapai ukuran terbesarnya.

Pada Maksimum Glasial Terakhir, lapisan es menutupi sebagian besar Amerika Utara dan Eurasia barat laut, dan iklimnya lebih kering dan lebih berdebu daripada sekarang. Penilaian-penilaian memperkirakan bahwa suhu permukaan global $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ sampai $7{}^{\circ}\mathrm{C}$ lebih rendah daripada pada 1850–1900 (keyakinan sedang), dengan karbon dioksida 188 sampai $194\,\mathrm{ppm}$. Air yang terkunci di dalam lapisan es berasal dari samudra: permukaan laut rata-rata global berada 125 sampai $134\,\mathrm{m}$ di bawah permukaan laut sekarang.

Laut yang lebih rendah menyingkapkan dasar yang dangkal di sekeliling benua. Peta di bawah menurunkan permukaan laut $130\,\mathrm{m}$, nilai tengah rentang itu, di atas dasar laut Asia Tenggara seperti keadaannya sekarang.

Kalimantan, Sumatra, dan Jawa menyatu dengan Semenanjung Malaya dan Indocina menjadi satu daratan: Paparan Sunda, yang kini berada di bawah laut dangkal, dahulu merupakan daratan kering. Pada peta itu, penurunan hanya sekitar $36\,\mathrm{m}$ sudah cukup untuk menyatukan Kalimantan dengan Asia, dan Sumatra dan Jawa menyatu lebih awal lagi. Pada peta itu, daratan di atas permukaan laut bertambah dari 4.11 menjadi 7.16 juta kilometer persegi, 1.74 kali lipat. Di seluruh Bumi, penurunan $130\,\mathrm{m}$ yang sama menaikkan bagian permukaan yang berada di atas laut dari $29.0\,\%$ menjadi $33.5\,\%$, sekitar 23 juta kilometer persegi daratan baru.

Contoh 27.7 (Deglasiasi terakhir)

Pemanasan yang menyusul Maksimum Glasial Terakhir disebut transisi deglasial terakhir; penilaian-penilaian menempatkannya antara sekitar $18\,000$ dan $11\,000$ tahun yang lalu. Dalam rekaman Dome C, suhu rata-rata Maksimum Glasial Terakhir ($23\,000$ sampai $19\,000$ tahun yang lalu) adalah $-9.4{}^{\circ}\mathrm{C}$; rata-rata selang berikutnya, $11\,000$ sampai $9000$ tahun yang lalu, adalah $-0.4{}^{\circ}\mathrm{C}$. Udara di atas Antarktika menghangat $9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$, sementara karbon dioksidanya naik dari $190\,\mathrm{ppm}$ menjadi $264\,\mathrm{ppm}$, sebesar $74\,\mathrm{ppm}$. Di seluruh Bumi, pemanasannya adalah pendinginan hasil penilaian, 5 sampai $7{}^{\circ}\mathrm{C}$, sekitar $6{}^{\circ}\mathrm{C}$, yang tersebar selama $7000$ tahun transisi itu:

$$\frac{6{}^{\circ}\mathrm{C}}{7000\ \text{tahun}} \approx 0.86{}^{\circ}\mathrm{C} \text{ per seribu tahun.}$$

Sementara itu permukaan laut naik dari sekitar $-120\,\mathrm{m}$ menjadi $-50\,\mathrm{m}$, rata-rata sekitar $10\,\mathrm{mm}$ setahun.

27.3 Polen

Setiap musim semi, tumbuhan melepaskan awan polen. Sebagian besar hilang, tetapi sebagian jatuh di danau dan rawa, tenggelam, dan terkubur di dalam lumpur, tempat polen itu menyimpan rekaman vegetasi yang tumbuh di sekitarnya. Dan butir-butir setiap jenis tumbuhan mempunyai bentuk dan ukurannya sendiri.

Definisi 27.8 (Analisis polen)

Yang disebut analisis polen adalah pembacaan vegetasi masa lalu dari polen yang terawetkan dalam sedimen: di setiap lapisan sebuah inti, butir-butirnya dikenali dan dihitung, dan bagian setiap jenis tumbuhan, dalam persen dari butir yang dihitung, diplot terhadap kedalaman dalam sebuah diagram polen.

Penghitungan polen dengan cara ini dimulai oleh ahli geologi Swedia Lennart von Post, yang menyajikan diagram polen modern pertama, dengan angka-angka, pada tahun 1916; diagram seperti itu menunjukkan kedalaman ke arah bawah halaman dan satu kurva untuk setiap jenis tumbuhan. Vegetasi, pada gilirannya, berbicara tentang iklim: rumput dan herba lain yang hampir tanpa pohon berarti bentang alam yang terbuka dan dingin, sedangkan ek dan hazel memerlukan musim panas yang hangat.

Metode 27.9 (Membaca diagram polen)

1. Bacalah sumbu tegaknya: kedalaman, lapisan tertua di bawah; ubahlah kedalaman menjadi umur dengan tanggal-tanggal inti itu.
2. Untuk setiap lapisan, temukan tumbuhan dengan bagian terbesar.
3. Bagilah inti itu menjadi zona-zona, masing-masing dengan kelompok tumbuhan dominannya sendiri; letakkan batas-batasnya di tempat kurva-kurva berubah paling cepat.
4. Namailah vegetasi setiap zona (herba terbuka, hutan birch, hutan pinus, hutan daun lebar) dan iklim yang diperlukannya.
5. Bacalah zona-zona itu dari bawah ke atas sebagai sejarah bentang alam.

Dalam diagram di atas, zona 1 adalah bentang alam herba, dengan sedikit birch: daerah terbuka dan dingin yang ditinggalkan es. Di zona 2, birch menyebar lebih dahulu, sebuah pohon yang tahan; pinus menyusul di zona 3; dan di zona 4 hazel dan ek, yang memerlukan musim panas yang hangat, mengambil alih. Dibaca dari bawah ke atas, inti itu menceritakan berakhirnya periode glasial dan datangnya kehangatan interglasial, ketika hutan kembali menyebar ke daratan.

27.4 Sedimen samudra dan irama astronomis

Di dasar samudra terbuka, lumpur menumpuk perlahan dan tanpa putus, lapis demi lapis, selama jutaan tahun. Lumpur itu penuh dengan cangkang foraminifera: organisme bersel tunggal yang cangkangnya, berukuran sepecahan milimeter, sering terbuat dari kalsit. Sebagian melayang di dekat permukaan; yang lain hidup di dasar laut.

Oksigen sebuah cangkang berasal dari air laut. Air yang tersusun dari isotop ringan oksigen-16 lebih mudah menguap, dan karena itu salju yang membangun lapisan es miskin oksigen-18. Ketika lapisan es tumbuh, lapisan es menyimpan air ringan ini, dan samudra yang tertinggal menjadi lebih kaya oksigen-18; demikian pula cangkang-cangkang yang tumbuh di dalamnya, terlebih lagi bila airnya lebih dingin. Bagian oksigen-18 dalam cangkang foraminifera dasar laut, yang ditulis $\delta^{18}\mathrm{O}$ dan dinyatakan dalam bagian per seribu, dengan demikian merupakan proksi volume es di daratan dan suhu samudra dalam: makin tinggi nilainya, makin banyak es dan makin dingin airnya.

Rekaman di bawah, yang disebut LR04, menumpuk pengukuran 57 inti dari semua samudra menjadi satu kurva sepanjang 5.3 juta tahun.

Dibaca dengan metode di atas, rekaman itu mengatakan tiga hal.

• Bumi telah mendingin dan esnya telah bertambah. Nilai rata-ratanya naik dari $3.03\,\text{‰}$ antara 5.3 dan 3 juta tahun yang lalu menjadi $4.15\,\text{‰}$ selama sejuta tahun terakhir.
• Ayunannya telah membesar. Masa glasial dan interglasial bergantian di sepanjang rekaman, tetapi ayunannya makin lebar: pada Maksimum Glasial Terakhir nilainya $4.92\,\text{‰}$, dibandingkan dengan $3.23\,\text{‰}$ sekarang.
• Iramanya telah berubah. Antara 2.6 dan 1.3 juta tahun yang lalu, periode terkuat rekaman itu, yang dihitung dari datanya, adalah $41\,000$ tahun; selama $700\,000$ tahun terakhir periode itu sekitar $98\,000$ tahun, irama inti es. Perubahan itu terjadi antara sekitar 1.25 dan 0.7 juta tahun yang lalu.

Periode-periode ini bukan kebetulan. Pada tahun 1976, James Hays, John Imbrie, dan Nicholas Shackleton menemukan dalam sedimen samudra selatan tiga irama, $23\,000$, $42\,000$, dan sekitar $100\,000$ tahun, yang merupakan periode perubahan lambat orbit dan sumbu Bumi: presesi sumbu, kemiringan sumbu (sekitar $41\,000$ tahun), dan bentuk orbit (sekitar $100\,000$ tahun). Perubahan-perubahan ini menggeser sinar Matahari yang diterima setiap lintang pada setiap musim, dan perubahan itu menetapkan tempo siklus-siklus glasial. Bagaimana hal itu terjadi, dan mengapa irama lambat $100\,000$ tahun mengambil alih, adalah pokok bahasan kuliah di universitas.

Data tahun 2025

Pada Januari 2025, proyek Beyond EPICA mengumumkan bahwa sebuah inti yang dibor di Little Dome C, sekitar $35\,\mathrm{km}$ dari stasiun Concordia di Dome C, menyimpan rekaman yang tak terputus sampai sekitar 1.2 juta tahun yang lalu dalam $2480\,\mathrm{m}$ bagian atasnya. Rekaman itu meliputi masa ketika irama glasial berubah dari $41\,000$ menjadi $100\,000$ tahun, dan es serta udaranya sedang dianalisis.

27.5 Iklim masa geologi yang jauh

Lebih jauh ke belakang daripada inti es, iklim masa lalu dibaca dari sedimen, daun dan tanah fosil, serta isotop. IPCC telah memilih beberapa periode acuan, yang telah banyak dikaji, yang iklimnya membantu menilai perubahan masa kini dan masa depan. Bagan di bawah memberikan suhu permukaan globalnya, dibandingkan dengan 1850–1900.

periode	suhu (${}^{\circ}\mathrm{C}$)	karbon dioksida (ppm)	permukaan laut (m)
PETM, 56 Ma	$+10$ sampai $+25$	sekitar 900, naik menjadi 2000	—
EECO, 53–49 Ma	$+10$ sampai $+18$	1150 sampai 2500	$+70$ sampai $+76$
MPWP, 3.3–3.0 Ma	$+2.5$ sampai $+4.0$	360 sampai 420	$+5$ sampai $+25$
LIG, 129–116 ka	$+0.5$ sampai $+1.5$	266 sampai 282	$+5$ sampai $+10$
LGM, 23–19 ka	$-7$ sampai $-5$	188 sampai 194	$-134$ sampai $-125$
MH, 6.5–5.5 ka	$+0.2$ sampai $+1.0$	260 sampai 268	$-3.5$ sampai $+0.5$

Maksimum Termal Paleosen–Eosen adalah pemanasan yang mendadak, ketika sejumlah besar karbon secara tiba-tiba mencapai samudra dan udara: samudra menjadi lebih asam dan lebih miskin oksigen, dan banyak spesies laut dalam punah. Pada Optimum Iklim Eosen Awal, karbon dioksida tetap di atas $1000\,\mathrm{ppm}$ selama jutaan tahun, tidak ada es kutub, dan hutan yang mendekati hutan tropis tumbuh pada $70{}^{\circ}$ lintang selatan. Periode Hangat Pliosen tengah adalah masa terakhir ketika karbon dioksida mendekati kadar sekarang: Arktika jauh lebih hangat daripada sekarang, dan permukaan laut lebih tinggi. Pada Interglasial Terakhir, lapisan es Greenland dan Antarktika Barat lebih kecil dan permukaan laut lebih tinggi daripada sekarang, dan kuda nil hidup di Britania.

Arsip-arsip ini menempatkan masa kini dalam perspektif, dan IPCC sendiri membuat perbandingan itu. Pada tahun 2019 karbon dioksida udara lebih tinggi daripada kapan pun dalam setidaknya dua juta tahun (keyakinan tinggi), dan kenaikan karbon dioksida dan metana sejak 1750 jauh melampaui perubahan alami antara periode glasial dan interglasial selama setidaknya $800\,000$ tahun (keyakinan sangat tinggi). Suhu permukaan global telah naik lebih cepat sejak 1970 daripada dalam periode 50 tahun lain mana pun selama setidaknya $2000$ tahun terakhir (keyakinan tinggi). Dekade 2011–2020 lebih hangat daripada abad-abad terhangat interglasial sekarang, sekitar $6500$ tahun yang lalu, dan mendekati kehangatan Interglasial Terakhir, sekitar $125\,000$ tahun yang lalu (keyakinan sedang).

Kecepatan perubahan itu juga dapat dibandingkan. Dari 1970 sampai 2025, tren rekaman suhu global adalah $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade, atau sekitar $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun bila terus berlanjut; pemanasan keluar dari periode glasial terakhir rata-rata sekitar $0.86{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun. Penyebab perubahan masa kini, dan akan menjadi apa perubahan itu, adalah pokok bahasan Bab 28.

27.6 Latihan

Latihan 27.1 ★

Sebutkan istilahnya: (a) besaran yang diukur dalam sebuah arsip yang mewakili suatu variabel iklim yang tidak diukur; (b) silinder es yang dibor dari lapisan es; (c) selang hangat di antara dua periode glasial; (d) pembacaan vegetasi masa lalu dari polen fosil; (e) masa, sekitar $23\,000$ sampai $19\,000$ tahun yang lalu, ketika lapisan es terakhir paling besar.

Solusi

Solusi Latihan 27.1.

(a) proksi; (b) inti es; (c) interglasial; (d) analisis polen; (e) Maksimum Glasial Terakhir.

Latihan 27.2 ★

Untuk setiap proksi, sebutkan arsipnya dan apa yang diberitahukannya: (a) udara dalam gelembung; (b) bagian polen ek; (c) oksigen-18 dalam cangkang foraminifera dasar laut; (d) lebar lingkaran tahun pohon.

Solusi

Solusi Latihan 27.2.

(a) Es kutub: karbon dioksida dan metana udara pada masa itu. (b) Sedimen danau atau gambut: vegetasi, di sini pohon-pohon yang memerlukan musim panas yang hangat. (c) Sedimen samudra: volume es di daratan dan suhu samudra dalam. (d) Pohon: kondisi tumbuh, dari tahun ke tahun.

Latihan 27.3 ★

Selama transisi deglasial terakhir, dari sekitar $18\,000$ sampai $11\,000$ tahun yang lalu, permukaan laut naik dari sekitar $-120\,\mathrm{m}$ menjadi $-50\,\mathrm{m}$. (a) Hitung laju kenaikan rata-ratanya, dalam milimeter per tahun. (b) Dari 2006 sampai 2018, permukaan laut naik $3.7\,\mathrm{mm}$ setahun. Bandingkan.

Solusi

Solusi Latihan 27.3.

(a) $-50 - (-120) = 70\,\mathrm{m}$ dalam $7000$ tahun: $70\,000\,\mathrm{mm}/7000 = 10\,\mathrm{mm}$ setahun. (b) $10/3.7 \approx 2.7$: kenaikan rata-rata selama deglasiasi sekitar 2.7 kali lebih cepat daripada kenaikan pada 2006–2018.

Latihan 27.4 ★

Suhu global naik $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade dari 1970 sampai 2025. Nyatakan laju ini per abad dan per seribu tahun.

Solusi

Solusi Latihan 27.4.

Satu abad adalah sepuluh dekade: $2.0{}^{\circ}\mathrm{C}$ per abad. Seribu tahun adalah seratus dekade: $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun.

Latihan 27.5 ★

Hays, Imbrie, dan Shackleton menemukan tiga irama dalam sedimen samudra: $23\,000$, $42\,000$, dan sekitar $100\,000$ tahun. (a) Pasangkan masing-masing dengan presesi sumbu, kemiringan sumbu, dan bentuk orbit. (b) Berapa siklus $41\,000$ tahun yang muat dalam $1\,000\,000$ tahun? Berapa siklus $100\,000$ tahun?

Solusi

Solusi Latihan 27.5.

(a) $23\,000$ tahun: presesi sumbu; $42\,000$ tahun: kemiringan sumbu; sekitar $100\,000$ tahun: bentuk orbit. (b) $1\,000\,000/41\,000 \approx 24$ siklus; $1\,000\,000/100\,000 = 10$ siklus.

Latihan 27.6 ★★

Garis kuadrat terkecil dalam bab ini adalah $\mathrm{CO_2} \approx 266.6 + 7.83\,\Delta T$ (ppm, dengan $\Delta T$ dalam ${}^{\circ}\mathrm{C}$). (a) Ramalkan karbon dioksida untuk suhu rata-rata Maksimum Glasial Terakhir di Dome C, $-9.4{}^{\circ}\mathrm{C}$, lalu bandingkan dengan $190\,\mathrm{ppm}$ yang terukur. (b) Ramalkan untuk titik terhangat, $+5.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, lalu bandingkan dengan nilai terukur tertinggi, $299\,\mathrm{ppm}$. (c) Gunakan garis itu untuk memperkirakan suhu Dome C yang akan sepadan dengan $427\,\mathrm{ppm}$, nilai tahun 2025 di Mauna Loa. Mengapa penggunaan garis yang terakhir ini tidak dapat dibenarkan?

Solusi

Solusi Latihan 27.6.

(a) $266.6 + 7.83 \times (-9.4) \approx 266.6 - 73.6 = 193\,\mathrm{ppm}$: hanya $3\,\mathrm{ppm}$ di atas $190\,\mathrm{ppm}$ yang terukur. (b) $266.6 + 7.83 \times 5.5 \approx 310\,\mathrm{ppm}$, $11\,\mathrm{ppm}$ di atas nilai terukur tertinggi: titik terhangat terletak di bawah garis. (c) $\Delta T = (427 - 266.6)/7.83 \approx 20{}^{\circ}\mathrm{C}$. Garis itu hanya menggambarkan bagaimana kedua besaran itu berubah bersama, dalam siklus-siklus alami, di dalam rentang datanya ($-11{}^{\circ}\mathrm{C}$ sampai $+6{}^{\circ}\mathrm{C}$, 174 sampai $299\,\mathrm{ppm}$); garis itu bukan hukum, dan nilai yang jauh di luar rentang itu tidak dapat dibaca darinya.

Latihan 27.7 ★★

Gunakan diagram polen danau di Perbukitan Varden. (a) Apa polen yang dominan pada $580\,\mathrm{cm}$, dan bentang alam apa yang ditunjukkannya? (b) Pertanyaan yang sama pada $340\,\mathrm{cm}$. (c) Pohon mana yang menyebar lebih dahulu setelah masa dingin, dan pohon mana yang datang paling akhir? (d) Mengapa datangnya sebuah pohon dapat tertinggal di belakang pemanasan yang memungkinkannya?

Solusi

Solusi Latihan 27.7.

(a) Herba, $84\,\%$: bentang alam terbuka yang hampir tanpa pohon, dingin. (b) Ek ($42\,\%$) dan hazel ($34\,\%$): hutan daun lebar, dengan musim panas yang hangat. (c) Birch menyebar lebih dahulu, lalu pinus; hazel dan ek datang paling akhir. (d) Pohon hanya menyebar secepat bijinya berpindah dan pohon mudanya tumbuh, dari tempat-tempat ia bertahan selama masa dingin; tanah juga harus terbentuk. Hutan dapat tertinggal di belakang iklim.

Latihan 27.8 ★★

Dalam inti yang sama, lumpur pada $600\,\mathrm{cm}$ berumur $14\,000$ tahun dan lumpur pada $300\,\mathrm{cm}$ $6000$ tahun, dengan laju pengendapan yang tetap. (a) Hitung laju ini dalam milimeter per tahun. (b) Tentukan umur batas antara zona 2 dan 3, pada $470\,\mathrm{cm}$. (c) Irisan setebal $1\,\mathrm{cm}$ mewakili berapa tahun?

Solusi

Solusi Latihan 27.8.

(a) $300\,\mathrm{cm}$, yaitu $3000\,\mathrm{mm}$, dalam $8000$ tahun: $3000/8000 = 0.375\,\mathrm{mm}$ setahun. (b) $6000 + (470 - 300)/300 \times 8000 \approx 6000 + 4530 \approx 10\,500$ tahun. (c) $10/0.375 \approx 27$ tahun.

Latihan 27.9 ★★

Pada peta Asia Tenggara, daratan di atas permukaan laut bertambah dari 4.11 menjadi 7.16 juta kilometer persegi bila permukaan laut diturunkan $130\,\mathrm{m}$. (a) Hitung pertambahannya dan persentasenya. (b) Pada peta itu, penurunan sekitar $36\,\mathrm{m}$ sudah cukup untuk menyatukan Kalimantan dengan Asia. Apakah pulau itu menyatu selama seluruh Maksimum Glasial Terakhir? Jelaskan. (c) Mengapa garis pantai pada peta itu hanya perkiraan?

Solusi

Solusi Latihan 27.9.

(a) $7.16 - 4.11 = 3.05$ juta kilometer persegi, dan $3.05/4.11 \approx 74\,\%$ daratan lebih banyak. (b) Ya: pada Maksimum Glasial Terakhir permukaan laut berada 125 sampai $134\,\mathrm{m}$ di bawah permukaan sekarang, jauh lebih dari $36\,\mathrm{m}$ yang menyatukan Kalimantan dengan Asia pada peta itu. (c) Peta itu memakai dasar laut sekarang, yang sejak itu tidak tetap persis sama (sedimen telah diendapkan di atasnya, dan tanahnya sedikit bergerak); kisinya juga kasar, satu titik setiap 0.1 derajat, dan aras laut terendah itu hanya diketahui dengan ketelitian sekitar sepuluh meter.

Latihan 27.10 ★★

Dalam rekaman LR04, nilai pada Maksimum Glasial Terakhir adalah $4.92\,\text{‰}$ dan nilai sekarang $3.23\,\text{‰}$. (a) Mana yang lebih tinggi, dan apakah itu yang kamu harapkan? Jelaskan dengan lapisan es. (b) Mengapa sumbu tegak rekaman itu digambar terbalik?

Solusi

Solusi Latihan 27.10.

(a) Nilai Maksimum Glasial Terakhir, $4.92\,\text{‰}$, yang lebih tinggi. Hal ini memang diharapkan: lapisan es yang besar pada masa itu menyimpan air yang miskin oksigen-18, sehingga samudra, dan cangkang-cangkang yang tumbuh di dalamnya, menjadi lebih kaya oksigen-18; air dalam juga lebih dingin. (b) Agar masa-masa yang dingin dan penuh es terplot di bawah dan masa-masa hangat di atas, seperti pada kurva suhu.

Latihan 27.11 ★★

Seorang teman berkata: “Korelasi 0.92 antara suhu Antarktika dan karbon dioksida membuktikan bahwa karbon dioksida mengendalikan zaman-zaman es.” (a) Apa yang ditunjukkan sebuah korelasi, dan apa yang tidak ditunjukkannya? (b) Berikan dua penjelasan lain yang akan memberikan korelasi yang sama. (c) Informasi seperti apa tentang kedua rekaman itu yang akan membantu memutuskannya?

Solusi

Solusi Latihan 27.11.

(a) Korelasi menunjukkan bahwa kedua rekaman itu naik dan turun bersama, dekat dengan sebuah garis lurus; korelasi tidak menunjukkan mana yang menyebabkan yang mana, atau bahwa salah satunya menjadi penyebab. (b) Iklim yang lebih hangat dapat saja melepaskan karbon dioksida ke udara; atau penyebab ketiga, seperti perubahan orbit Bumi, dapat saja menggerakkan keduanya; atau masing-masing dapat saja mendorong yang lain. (c) Waktu terjadinya perubahan, yaitu mana yang lebih dahulu, dari penanggalan yang teliti atas es dan udaranya; dan pemahaman tentang bagaimana karbon dioksida bekerja terhadap radiasi Bumi (Bab 28).

Latihan 27.12 ★★★

Periode terkuat rekaman LR04 adalah $41\,000$ tahun antara 2.6 dan 1.3 juta tahun yang lalu, dan $98\,500$ tahun selama $700\,000$ tahun terakhir. (a) Berapa siklus yang dimuat setiap jendela itu? (b) Perubahan orbit atau sumbu Bumi mana yang cocok dengan setiap periode? (c) Jelaskan mengapa rekaman dengan satu sampel setiap $2000$ tahun dapat menunjukkan irama-irama ini, tetapi tidak dapat menunjukkan perubahan yang berlangsung seabad.

Solusi

Solusi Latihan 27.12.

(a) $1\,300\,000/41\,000 \approx 32$ siklus antara 2.6 dan 1.3 juta tahun yang lalu; $700\,000/98\,500 \approx 7$ siklus selama $700\,000$ tahun terakhir. (b) $41\,000$ tahun: kemiringan sumbu; sekitar $100\,000$ tahun: bentuk orbit. (c) Satu siklus $41\,000$ tahun disampel sekitar $41\,000/2000 \approx 20$ kali, cukup untuk menggambarkannya; perubahan yang berlangsung seabad jatuh di antara dua sampel, atau di dalam satu sampel, dan hampir tidak meninggalkan jejak.

Latihan 27.13 ★★★

Laju kenaikan karbon dioksida adalah 192 sampai $198\,\mathrm{ppm}$ per abad pada 1995–2014. Selama Maksimum Termal Paleosen–Eosen laju itu 4 sampai $42\,\mathrm{ppm}$ per abad, dan selama transisi deglasial terakhir paling tinggi sekitar $10\,\mathrm{ppm}$ per abad. (a) Berapa kali lebih cepat kenaikan baru-baru ini daripada kenaikan tercepat deglasiasi terakhir? (b) Daripada perkiraan terlambat dan tercepat PETM? (c) Kenaikan PETM berlangsung dari sekitar 900 sampai sekitar $2000\,\mathrm{ppm}$. Berapa lama waktu yang diperlukan dengan laju $42\,\mathrm{ppm}$ per abad, dan dengan laju sekarang?

Solusi

Solusi Latihan 27.13.

(a) $192/10 \approx 19$ dan $198/10 \approx 20$: sekitar 20 kali lebih cepat. (b) Dibandingkan dengan $4\,\mathrm{ppm}$ per abad: $192/4 = 48$ sampai $198/4 \approx 50$ kali; dibandingkan dengan $42\,\mathrm{ppm}$: $192/42 \approx 4.6$ sampai $198/42 \approx 4.7$ kali. Kenaikan sekarang sekitar 5 sampai 50 kali lebih cepat daripada kenaikan PETM. (c) Kenaikannya $2000 - 900 = 1100\,\mathrm{ppm}$: $1100/42 \approx 26$ abad, sekitar $2600$ tahun dengan laju PETM yang tercepat; $1100/195 \approx 5.6$ abad, kurang dari 600 tahun, dengan laju sekarang.

Latihan 27.14 ★★★

IPCC memperkirakan bahwa suhu global naik 1 sampai $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun pada bagian tercepat deglasiasi terakhir, dan bahwa di atas Greenland suhu naik sekitar sepuluh kali lebih cepat pada abad-abad pemanasan yang paling pesat. (a) Berikan laju Greenland dalam ${}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun dan per dekade. (b) Bandingkan dengan laju global sekarang, $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade. (c) Mengapa laju lokal tidak boleh dibandingkan langsung dengan laju global?

Solusi

Solusi Latihan 27.14.

(a) Sepuluh kali 1 sampai $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$: 10 sampai $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun, yaitu 0.10 sampai $0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade. (b) Laju global sekarang, $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade, adalah 1.3 sampai 2 kali pemanasan tercepat di atas Greenland. (c) Satu tempat dapat berubah jauh lebih besar daripada rata-rata seluruh dunia, tempat perubahan di berbagai wilayah sebagian saling meniadakan: laju global dibandingkan dengan laju global.

Latihan 27.15 ★★★

Permukaan laut sekitar $-50\,\mathrm{m}$ $11\,000$ tahun yang lalu; andaikan permukaan laut kemudian naik dengan laju tetap $12\,\mathrm{m}$ per seribu tahun, laju rata-rata deglasiasi utama. (a) Kapan permukaan laut melewati $-36\,\mathrm{m}$, aras yang menyatukan Kalimantan dengan Asia pada peta itu? (b) Setelah waktu itu, dapatkah seseorang berjalan kaki dari Kalimantan ke Semenanjung Malaya? (c) Berapa lama laut akan naik sebesar $36\,\mathrm{m}$ terakhir, bila terus berlanjut dengan kecepatan yang sama?

Solusi

Solusi Latihan 27.15.

(a) $14\,\mathrm{m}$ dengan laju $12\,\mathrm{m}$ per seribu tahun memerlukan $14/12 \approx 1.17$ ribu tahun, sekitar $1170$ tahun: sekitar $9800$ tahun yang lalu. (b) Tidak: permukaan laut harus tetap setidaknya $36\,\mathrm{m}$ di bawah permukaan sekarang untuk menyatukan Kalimantan dengan Asia; begitu melewati $-36\,\mathrm{m}$ jembatan darat itu tenggelam, dan Kalimantan kembali menjadi pulau. (c) $36/12 = 3$ ribu tahun, sekitar $3000$ tahun; sebenarnya kenaikan itu melambat setelah sekitar $8200$ tahun yang lalu, sehingga waktunya lebih lama.

Soal 27.1

Soal akhir pekan — 800 000 tahun es Antarktika

Es Dome C dan udara dalam gelembung-gelembungnya memberikan nilai-nilai berikut. Suhu adalah perubahan di atas es dibandingkan dengan seribu tahun terakhir.

	perubahan suhu (${}^{\circ}\mathrm{C}$)	karbon dioksida (ppm)
nilai terdingin, sekitar $24\,000$ tahun lalu	$-10.6$	—
nilai terhangat, sekitar $129\,000$ tahun lalu	$+5.5$	—
karbon dioksida terendah dan tertinggi	—	174 dan 299
rata-rata, $23\,000$ sampai $19\,000$ tahun lalu	$-9.4$	190
rata-rata, $11\,000$ sampai $9000$ tahun lalu	$-0.4$	264

Periode terkuat rekaman suhu itu sekitar $98\,000$ tahun, dan 1639 pasang nilai memberikan koefisien korelasi 0.92.

Bagian I — Membaca kedua rekaman.

1. Bagian es mana yang merekam suhu, dan bagian mana yang merekam karbon dioksida?
2. Hitung seluruh rentang perubahan suhu di Dome C.
3. Hitung seluruh rentang karbon dioksida.
4. Apa yang dikatakan koefisien korelasi 0.92 tentang kedua rekaman itu?
5. Pada gambar bersumbu waktu dalam bab ini, masa kini berada di sebelah kanan. Mengapa kamu harus memeriksa ke arah mana waktu berjalan sebelum membaca gambar seperti itu?

Bagian II — Nilai glasial dan interglasial.

6. Definisikan periode glasial dan interglasial.
7. Dalam yang mana di antara keduanya kita hidup, dan sejak kapan?
8. Berapa siklus $98\,000$ tahun yang muat dalam $800\,000$ tahun?
9. Perubahan orbit Bumi mana yang periodenya mendekati $100\,000$ tahun?
10. Sebelum sekitar 1.25 juta tahun yang lalu, apa irama utama siklus-siklus glasial?

Bagian III — Deglasiasi terakhir.

11. Berapa kenaikan suhu di atas Dome C antara Maksimum Glasial Terakhir dan $11\,000$ sampai $9000$ tahun yang lalu?
12. Berapa kenaikan karbon dioksida selama selang yang sama?
13. Suhu global Maksimum Glasial Terakhir 5 sampai $7{}^{\circ}\mathrm{C}$ di bawah suhu 1850–1900. Ambillah nilai tengah rentang ini. Apakah perubahan di Antarktika lebih besar atau lebih kecil?
14. Transisi deglasial terakhir berlangsung dari $18\,000$ sampai $11\,000$ tahun yang lalu. Berapa lama itu?
15. Hitung laju rata-rata pemanasan global selama transisi itu, dalam ${}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun.
16. Nyatakan laju ini dalam ${}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade.

Bagian IV — Laju sekarang sebagai pembanding.

17. Dari 1970 sampai 2025 suhu global naik $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade. Nyatakan laju ini per seribu tahun.
18. Berapa kali lebih cepat pemanasan sekarang daripada pemanasan rata-rata deglasiasi terakhir?
19. Pada bagian tercepat deglasiasi, suhu global naik 1 sampai $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun. Berapa kali lebih cepat laju sekarang daripada laju-laju ini?
20. Simpulkan: berapa kali lebih cepat pemanasan global sekarang daripada pemanasan keluar dari zaman es terakhir?

Solusi

Solusi Soal 27.1.

1. Es itu sendiri, melalui isotop beratnya, merekam suhu; udara dalam gelembung-gelembungnya merekam karbon dioksida.

2. $5.5 - (-10.6) = 16.1{}^{\circ}\mathrm{C}$.

3. $299 - 174 = 125\,\mathrm{ppm}$.

4. Titik-titiknya terletak dekat dengan sebuah garis lurus: kedua rekaman itu naik dan turun bersama. Koefisien itu tidak mengatakan mana yang menyebabkan yang mana.

5. Rekaman masa lalu digambar dengan masa tertua di salah satu sisi; bila dibaca ke arah yang salah, pemanasan akan dikira pendinginan.

6. Periode glasial adalah selang dingin dalam sebuah zaman es, ketika lapisan es tumbuh jauh melampaui ukurannya sekarang; interglasial adalah selang hangat di antara dua periode glasial, dengan lapisan es yang mendekati ukuran sekarang atau lebih kecil.

7. Dalam sebuah interglasial, yang dimulai sekitar $11\,000$ tahun yang lalu.

8. $800\,000/98\,000 \approx 8$: sekitar delapan siklus.

9. Bentuk orbit.

10. Irama $41\,000$ tahun, periode kemiringan sumbu.

11. $-0.4 - (-9.4) = 9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

12. $264 - 190 = 74\,\mathrm{ppm}$.

13. $6{}^{\circ}\mathrm{C}$; perubahan di Antarktika, $9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$, lebih besar, sekitar 1.5 kali perubahan global.

14. $18\,000 - 11\,000 = 7000$ tahun.

15. $6/7 \approx 0.86{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun.

16. Seribu tahun adalah seratus dekade: $0.86/100 \approx 0.0086{}^{\circ}\mathrm{C}$ per dekade.

17. $0.20 \times 100 = 20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seribu tahun.

18. $20/0.86 \approx 23$ kali.

19. $20/1.5 \approx 13$ dan $20/1 = 20$: 13 sampai 20 kali.

20. Pemanasan global sekarang sekitar dua puluh kali lebih cepat daripada pemanasan keluar dari zaman es terakhir: 23 kali laju rata-ratanya, 13 sampai 20 kali laju tercepatnya.