বইগুলো এখনো বাংলা ভাষায় পাওয়া যায় না — Bahasa Indonesia সংস্করণ দেখানো হচ্ছে।

Ilmu Kebumian dan Antariksa Sekolah Menengah Atas · শ্রেণি 10–12

28Perubahan Iklim: Pengamatan, Penyebab, dan Proyeksi

Tinggi di lereng utara Mauna Loa, sebuah gunung api di tengah Samudra Pasifik, sekelompok bangunan putih berdiri di atas lava yang gundul, $3397\,\mathrm{m}$ di atas permukaan laut. Di atas sana, di atas lapisan udara yang dicemari oleh pulau di bawahnya dan ribuan kilometer dari kota besar mana pun, udaranya kira-kira sebersih dan setercampur atmosfer seluruh planet. Sejak Maret 1958, karbon dioksidanya telah diukur hampir tanpa putus. Rekaman itu bermula sebagai proyek seorang ahli kimia; kini rekaman itu telah menjadi kurva yang paling terkenal dalam ilmu kebumian. Bab ini membaca kurva itu dan rekaman-rekaman iklim yang lain, menjelaskan bagaimana perubahan di udara mengubah neraca energi planet, bagaimana para ilmuwan memutuskan apa yang menyebabkan pemanasan yang mereka amati, dan apa yang mereka proyeksikan untuk dekade-dekade mendatang.

Observatorium Mauna Loa, Hawaii, di atas aliran lava tua yang tinggi di lereng utara gunung api itu. Foto: Brian Vasel, NOAA (domain publik).

Yang sudah kamu ketahui

Bumi menerima energi dari Matahari sebagai cahaya dan rata-rata kehilangan jumlah yang sama ke angkasa sebagai radiasi inframerah; bagian sinar Matahari yang dipantulkan adalah albedo (Bab 3). Gas rumah kaca — uap air, karbon dioksida, metana — menyerap sebagian inframerah yang dipancarkan permukaan dan mengirim sebagian kembali ke bawah; efek rumah kaca ini menjaga permukaan jauh lebih hangat daripada seandainya tanpa efek itu (buku-buku kimia, dan Buku 1, kelas 9). Inti es menyimpan gelembung udara purba dan merekam siklus-siklus glasial selama 800 000 tahun terakhir (Bab 27).

28.1 Rekaman-rekaman

Kadar karbon dioksida udara di Mauna Loa: rata-rata bulanan (garis) dan rata-rata tahunan (titik), dalam bagian per juta (ppm) udara kering. Data: NOAA Global Monitoring Laboratory dan Scripps Institution of Oceanography.

Proposisi 28.1 (Rekaman karbon dioksida)

Di Mauna Loa, konsentrasi karbon dioksida rata-rata tahunan naik dari $316.0\,\mathrm{ppm}$ pada 1959 menjadi $427.4\,\mathrm{ppm}$ pada 2025, dan kenaikannya makin cepat: konsentrasi itu bertambah sekitar $0.9\,\mathrm{ppm}$ per tahun pada dasawarsa 1960-an dan sekitar $2.6\,\mathrm{ppm}$ per tahun antara 2015 dan 2025. Setiap tahun konsentrasi itu juga berayun sekitar $7\,\mathrm{ppm}$ : paling tinggi pada bulan Mei dan paling rendah pada bulan September.

Catatan 28.2 (Mengapa kurva itu bergerigi)

Ayunan tahunan itu adalah napas vegetasi Belahan Bumi Utara, tempat sebagian besar tumbuhan darat berada. Pada musim semi dan musim panas, tumbuhan menyerap lebih banyak karbon dioksida melalui fotosintesis daripada yang dilepaskan oleh tumbuhan itu sendiri dan tanah; pada musim gugur dan musim dingin, pembusukan dan respirasi yang menang. Kenaikan dari tahun ke tahun adalah cerita yang lain: itulah karbon bahan bakar fosil dan hutan yang dibuka, yang menumpuk di udara.

Proposisi 28.3 (Lebih tinggi daripada setidaknya selama dua juta tahun)

Selama 800 000 tahun terakhir, gelembung udara es Antarktika merekam konsentrasi karbon dioksida antara sekitar $174\,\mathrm{ppm}$ , pada periode glasial yang paling dingin, dan $299\,\mathrm{ppm}$ , pada interglasial yang paling hangat. Nilai sekarang terletak lebih dari $100\,\mathrm{ppm}$ di atas nilai tertinggi itu. Penilaian-penilaian menyatakan bahwa konsentrasi pada 2019 lebih tinggi daripada kapan pun dalam setidaknya dua juta tahun (keyakinan tinggi).

Karbon dioksida dalam es Antarktika selama 800 000 tahun: siklus-siklus glasial menggerakkannya antara sekitar 180 dan 300\, ppm. Paku tipis di ujung kanan adalah es termuda, yang merekam awal kenaikan sekarang, sampai tahun 2001. Data: Bereiter dan kawan-kawan (2015), NOAA Paleoclimatology. — Karbon dioksida dalam es Antarktika selama 800 000 tahun: siklus-siklus glasial menggerakkannya antara sekitar 180 dan $300\,\mathrm{ppm}$ . Paku tipis di ujung kanan adalah es termuda, yang merekam awal kenaikan sekarang, sampai tahun 2001. Data: Bereiter dan kawan-kawan (2015), NOAA Paleoclimatology.

Suhu permukaan rata-rata global, sebagai selisih dari rata-ratanya selama 1951–1980. Data: NASA GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP v4).

Proposisi 28.4 (Pemanasan global yang teramati)

Setiap dari empat dekade terakhir lebih hangat daripada dekade mana pun sebelumnya sejak 1850. Suhu permukaan global 2011–2020 $1.09{}^{\circ}\mathrm{C}$ lebih tinggi daripada suhu 1850–1900 (sangat mungkin antara 0.95 dan $1.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ ), dengan pemanasan yang lebih besar di atas daratan ( $1.59{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) daripada di atas samudra ( $0.88{}^{\circ}\mathrm{C}$ ).

Proposisi 28.5 (Permukaan laut naik makin cepat)

Permukaan laut rata-rata global naik sekitar $0.20\,\mathrm{m}$ antara 1901 dan 2018. Lajunya sekitar $1.3\,\mathrm{mm}$ per tahun dari 1901 sampai 1971, $1.9\,\mathrm{mm}$ per tahun dari 1971 sampai 2006, dan $3.7\,\mathrm{mm}$ per tahun dari 2006 sampai 2018 (keyakinan tinggi). Satelit, yang mengukur tinggi permukaan laut sejak 1993, mendapati rata-rata $3.2\,\mathrm{mm}$ per tahun selama 1993–2025. Laut naik karena samudra yang menghangat memuai dan karena gletser serta lapisan es kehilangan es ke dalamnya.

Permukaan laut rata-rata global yang diukur dari angkasa, kira-kira setiap sepuluh hari (sinyal musiman dihilangkan), terhadap titik nol yang dipilih sembarang. Data altimetri disediakan oleh NOAA Laboratory for Satellite Altimetry.

Data tahun 2025

Konsentrasi karbon dioksida rata-rata tahunan di Mauna Loa pada 2025 adalah $427.35\,\mathrm{ppm}$ . Dalam rekaman suhu NASA, tahun terhangat sejauh ini adalah 2024, $1.28{}^{\circ}\mathrm{C}$ di atas rata-rata 1951–1980.

28.2 Gaya radiatif

Definisi 28.6 (Gaya radiatif)

Yang disebut gaya radiatif sebuah perubahan dalam sistem iklim — lebih banyak gas rumah kaca, lebih banyak partikel aerosol, Matahari yang lebih terang — adalah perubahan yang ditimbulkannya pada aliran bersih energi yang memasuki sistem iklim di puncak atmosfer, sebelum suhu permukaan sempat menanggapinya. Gaya radiatif diukur dalam watt per meter persegi ( $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ) permukaan Bumi. Gaya yang positif membuat planet memperoleh energi dan menghangat; gaya yang negatif membuatnya kehilangan energi dan mendingin.

Catatan 28.7 (Gaya efektif)

Penilaian-penilaian memakai gaya radiatif efektif, yang juga memperhitungkan penyesuaian cepat atmosfer (misalnya awan-awannya) yang terjadi sebelum permukaan menghangat. Semua gaya dalam bab ini adalah gaya efektif.

Proposisi 28.8 (Gaya sejak 1750)

Kegiatan manusia telah menghasilkan gaya radiatif total sebesar $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ pada 2019 dibandingkan dengan 1750 (sangat mungkin antara 1.96 dan $3.48\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ). Gas rumah kaca memberikan gaya yang positif, dipimpin oleh karbon dioksida ( $2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ); partikel aerosol, yang memantulkan sinar Matahari dan membuat awan lebih terang, memberikan gaya yang negatif (seluruhnya sekitar $-1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ). Perubahan kecerahan Matahari selama periode yang sama hanya memberikan $0.01\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Gaya-gaya radiatif efektif utama dari 1750 sampai 2019, dengan rentang sangat mungkin masing-masing (garis galat). Nilai: Laporan Penilaian Keenam IPCC, Kelompok Kerja I, Tabel 7.8.

Proposisi 28.9 (Karbon dioksida: setiap penggandaan menambahkan gaya yang sama)

Dengan pendekatan yang baik, gaya karbon dioksida bertambah menurut logaritma konsentrasinya: setiap penggandaan menambahkan gaya yang sama, $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ untuk penggandaan dari konsentrasi tahun 1750, $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$ . Gaya untuk konsentrasi $C$ dengan demikian adalah

F = F_{2\times}\,\frac{\ln (C/C_0)}{\ln 2}.

Contoh 28.10 (Menguji hukum itu terhadap penilaian)

Pada 2019 konsentrasinya $410\,\mathrm{ppm}$ . Hukum itu memberikan $F = 3.93 \times \ln(410/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.561 \approx 2.20\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ , berselisih kurang dari 2 % dengan $2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ yang diberikan penilaian untuk karbon dioksida selama 1750–2019.

Proposisi 28.11 (Ke mana energi tambahan itu pergi)

Karena gayanya positif, sistem iklim memperoleh energi: rata-rata sekitar $0.79\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ selama 2006–2018, naik dari $0.50\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ selama 1971–2006 (keyakinan tinggi). Samudra menyerap 91 % energi ini; daratan 5 %, es yang mencair 3 %, dan atmosfer hanya 1 %.

28.3 Umpan balik dan sensitivitas iklim

Ketika permukaan menghangat, permukaan memancarkan lebih banyak energi ke angkasa, yang cenderung mengembalikan planet ke dalam keseimbangan. Tetapi pemanasan itu juga mengubah hal-hal lain — uap air di udara, salju dan es di tanah, awan — dan perubahan-perubahan ini pada gilirannya mengubah neraca energi.

Definisi 28.12 (Umpan balik iklim)

Yang disebut umpan balik iklim adalah perubahan dalam sistem iklim, yang disebabkan oleh perubahan suhu, yang mengubah neraca energi dan dengan demikian perubahan suhu itu sendiri. Umpan balik positif memperkuat perubahan awalnya; umpan balik negatif meredamnya.

Contoh 28.13 (Tiga umpan balik)

Uap air (positif). Udara yang lebih hangat menampung lebih banyak uap air, sebuah gas rumah kaca, yang menambah pemanasan.
Salju dan es (positif). Salju dan es memantulkan sinar Matahari; ketika mencair, daratan dan laut yang lebih gelap di bawahnya menyerap lebih banyak sinar itu, dan pemanasan bertambah.
Radiasi ke angkasa (negatif). Permukaan dan atmosfer yang lebih hangat memancarkan lebih banyak inframerah ke angkasa. Tanggapan dasar ini selalu menang pada akhirnya: itulah sebabnya iklim menetap pada keseimbangan baru yang lebih hangat, alih-alih menghangat tanpa batas.

Dua umpan balik positif (lingkaran merah) memperkuat pemanasan; inframerah tambahan yang dipancarkan planet yang lebih hangat (biru) adalah umpan balik negatif yang membatasinya.

Proposisi 28.14 (Pemanasan pada kesetimbangan)

Setelah iklim mencapai keseimbangan baru, pemanasan $\Delta T$ yang disebabkan oleh gaya $F$ yang tetap adalah

\Delta T = \frac{F}{\lambda},

dengan $\lambda$ , parameter umpan balik iklim, yaitu energi tambahan yang hilang dari planet ke angkasa untuk setiap derajat pemanasan. Penilaian-penilaian menggabungkan radiasi ke angkasa ( $3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ ) dengan umpan balik positif uap air dan profil suhu ( $1.30$ ), albedo permukaan ( $0.35$ ), dan awan ( $0.42$ , dalam satuan yang sama) menjadi $\lambda \approx 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ .

Bukti sebagian. Pada keseimbangan baru, sistem iklim kembali kehilangan energi ke angkasa sebanyak yang diperolehnya, sehingga kehilangan tambahan akibat pemanasan, $\lambda\,\Delta T$ , harus mengimbangi gaya itu: $\lambda\,\Delta T = F$ . Bahwa kehilangan tambahan itu sebanding dengan $\Delta T$ adalah sebuah pendekatan, yang baik untuk pemanasan beberapa derajat, dan di sini diterima tanpa bukti. ∎

Definisi 28.15 (Sensitivitas iklim kesetimbangan)

Yang disebut sensitivitas iklim kesetimbangan adalah pemanasan permukaan Bumi, setelah keseimbangan baru tercapai, sesudah konsentrasi karbon dioksida digandakan dari kadarnya pada tahun 1750.

Proposisi 28.16 (Seberapa peka iklim itu?)

Dengan menggabungkan semua jalur bukti — fisika umpan balik, pemanasan yang teramati, iklim masa lalu — penilaian-penilaian memberikan perkiraan terbaik $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ untuk sensitivitas iklim kesetimbangan, mungkin antara 2.5 dan $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ (keyakinan tinggi), dan sangat mungkin antara 2 dan $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

28.4 Siapa yang bertanggung jawab?

Metode 28.17 (Membaca pernyataan penilaian)

Penilaian-penilaian internasional tentang ilmu iklim memberi tingkat pada setiap temuan dengan kosakata yang tetap, yang dicetak miring:

kemungkinan, yaitu peluang suatu hasil: hampir pasti 99–100 %, amat sangat mungkin 95–100 %, sangat mungkin 90–100 %, mungkin 66–100 %, sama mungkinnya dengan tidak 33–66 %, kecil kemungkinannya 0–33 %, sangat kecil kemungkinannya 0–10 %;
keyakinan, yaitu kekuatan bukti dan kesepakatan di balik suatu temuan: sangat rendah, rendah, sedang, tinggi, sangat tinggi.

Rentang yang ditulis $[x \text{ sampai } y]$ adalah rentang sangat mungkin: ada peluang 90 % bahwa nilai sebenarnya terletak di dalamnya. Untuk membaca sebuah pernyataan, kenali besarannya, perkiraan terbaiknya, rentangnya, dan kemungkinan atau keyakinan yang menyertainya.

Definisi 28.18 (Atribusi)

Yang disebut atribusi adalah penilaian seberapa besar suatu perubahan yang teramati disebabkan oleh masing-masing penyebabnya yang mungkin, beserta kemungkinan hasilnya.

Proposisi 28.19 (Pengaruh manusia)

Tidak diragukan lagi bahwa pengaruh manusia telah menghangatkan atmosfer, samudra, dan daratan. Antara 1850–1900 dan 2010–2019, permukaan global menghangat sekitar $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Kegiatan manusia menyebabkan pemanasan $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ sampai $1.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (rentang mungkin), dengan perkiraan terbaik $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$ : gas rumah kaca yang tercampur baik mungkin menghangatkan permukaan 1.0 sampai $2.0{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan pengaruh manusia yang lain, terutama aerosol, mungkin mendinginkannya 0 sampai $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Matahari dan gunung api hanya mengubahnya $-0.1$ sampai $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan fluktuasi alami iklim $-0.2$ sampai $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Apa yang menyebabkan pemanasan yang teramati: rentang mungkin setiap sumbangan, dengan perkiraan terbaik bila penilaian memberikannya (titik); untuk pemanasan yang teramati, rentang sangat mungkinnya. Nilai: Laporan Penilaian Keenam IPCC, Kelompok Kerja I, Ringkasan untuk Pembuat Kebijakan, A.1.3.

28.5 Skenario dan proyeksi

Definisi 28.20 (Skenario dan proyeksi)

Yang disebut skenario emisi adalah cerita yang konsisten tentang bagaimana emisi gas rumah kaca dan aerosol dapat berkembang pada masa depan. Yang disebut proyeksi adalah tanggapan iklim yang dihitung oleh model untuk suatu skenario tertentu. Proyeksi bukan ramalan: proyeksi mengatakan apa yang akan terjadi bila skenario itu menjadi kenyataan.

Proposisi 28.21 (Proyeksi pemanasan dan kenaikan permukaan laut)

Penilaian-penilaian memakai lima skenario utama, dari emisi yang sangat rendah (SSP1-1.9) sampai emisi yang sangat tinggi (SSP5-8.5). Untuk 2081–2100, dibandingkan dengan 1850–1900, penilaian itu memproyeksikan pemanasan di bawah ini (perkiraan terbaik dan rentang sangat mungkin, dalam ${}^{\circ}\mathrm{C}$ ), dan, sampai 2100, kenaikan permukaan laut rata-rata global yang mungkin dibandingkan dengan 1995–2014. Dalam setiap skenario laut terus naik sepanjang abad ini (hampir pasti). Terakhir kali permukaan global bertahan $2.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ atau lebih di atas 1850–1900 adalah lebih dari tiga juta tahun yang lalu (keyakinan sedang).

skenario	emisi	pemanasan 2081–2100 ( ${}^{\circ}\mathrm{C}$ )	kenaikan muka laut sampai 2100 (m)
SSP1-1.9	sangat rendah	1.4 (1.0 sampai 1.8)	0.28 sampai 0.55
SSP1-2.6	rendah	1.8 (1.3 sampai 2.4)	0.32 sampai 0.62
SSP2-4.5	menengah	2.7 (2.1 sampai 3.5)	0.44 sampai 0.76
SSP3-7.0	tinggi	3.6 (2.8 sampai 4.6)	—
SSP5-8.5	sangat tinggi	4.4 (3.3 sampai 5.7)	0.63 sampai 1.01

Proyeksi pemanasan pada akhir abad untuk kelima skenario: rentang sangat mungkin (batang) dan perkiraan terbaik (garis hitam). Nilai: Laporan Penilaian Keenam IPCC, Kelompok Kerja I, Tabel SPM.1.

Catatan 28.22 (Apa yang tidak dikatakan bab ini)

Skenario mana yang akan diikuti dunia bergantung pada emisi masa depan, yaitu pada keputusan-keputusan yang bukan pertanyaan fisika. Ilmu fisika mengatakan bagaimana iklim menanggapi setiap skenario; pilihan di antara skenario-skenario itu menjadi urusan masyarakat, dan biaya serta manfaatnya dikaji oleh ilmu-ilmu lain.

Sejarah — Sebuah kurva yang bermula sebagai proyek seorang ahli kimia

Pada Maret 1958 ahli kimia Charles David Keeling, dari Scripps Institution of Oceanography, mulai mengukur karbon dioksida udara di Mauna Loa dengan sebuah instrumen yang cukup teliti untuk melihat perubahan sepecahan bagian per juta. Dalam beberapa tahun rekamannya menunjukkan napas tahunan vegetasi sekaligus kenaikan yang tetap. Pengukuran itu, yang sejak itu dilanjutkan oleh Scripps dan oleh badan cuaca dan kelautan Amerika Serikat, adalah rekaman langsung terpanjang tentang komposisi atmosfer.

Charles David Keeling (kiri) dan John Chin di Observatorium Mauna Loa pada 1997, di samping plakat yang menamai sebuah gedung dengan nama Keeling. Foto: John Miller, NOAA (domain publik).

28.6 Latihan

Latihan 28.1 ★

Apa gaya radiatif sebuah perubahan dalam sistem iklim? Dalam satuan apa gaya itu diukur, dan apa arti tandanya?

Solusi

Solusi Latihan 28.1.

Perubahan yang ditimbulkannya pada aliran bersih energi yang memasuki sistem iklim di puncak atmosfer, sebelum suhu permukaan menanggapinya; diukur dalam $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . Positif: planet memperoleh energi dan menghangat; negatif: planet kehilangan energi dan mendingin.

Latihan 28.2 ★

Pada bulan apa dalam setahun konsentrasi karbon dioksida di Mauna Loa paling tinggi, dan pada bulan apa paling rendah? Jelaskan ayunan tahunan itu.

Solusi

Solusi Latihan 28.2.

Paling tinggi pada bulan Mei, paling rendah pada bulan September. Pada musim semi dan musim panas, vegetasi Belahan Bumi Utara, tempat sebagian besar tumbuhan darat tumbuh, menyerap lebih banyak karbon dioksida melalui fotosintesis daripada yang dilepaskan tumbuhan dan tanah; pada musim gugur dan musim dingin, pembusukan dan respirasi yang menang, dan konsentrasinya naik lagi.

Latihan 28.3 ★

Dalam kosakata penilaian, peluang berapa yang dimaksud dengan sangat mungkin? Dan mungkin? Apa arti rentang yang ditulis $[0.95 \text{ sampai } 1.20]$ ?

Solusi

Solusi Latihan 28.3.

Sangat mungkin: peluang 90 sampai 100 %; mungkin: 66 sampai 100 %. $[0.95 \text{ sampai } 1.20]$ adalah rentang sangat mungkin: ada peluang 90 % bahwa nilai sebenarnya terletak antara 0.95 dan 1.20.

Latihan 28.4 ★

Dari energi tambahan yang diperoleh sistem iklim dalam dekade-dekade terakhir, berapa bagian yang masuk ke samudra? Mengapa hal ini menjelaskan bahwa permukaan laut naik bahkan tanpa es yang mencair?

Solusi

Solusi Latihan 28.4.

91 %. Air memuai ketika menghangat: samudra yang lebih hangat menempati volume yang lebih besar, sehingga permukaannya naik walaupun tidak ada air yang ditambahkan (es darat yang mencair menambahkan air di atas kenaikan ini).

Latihan 28.5 ★

Berikan dua umpan balik iklim positif dan tanggapan negatif yang membatasi pemanasan. Jelaskan masing-masing dalam satu kalimat.

Solusi

Solusi Latihan 28.5.

Uap air: udara yang lebih hangat menampung lebih banyak uap air, sebuah gas rumah kaca, yang menambah pemanasan. Salju dan es: pencairannya menyingkapkan permukaan yang lebih gelap, yang menyerap lebih banyak sinar Matahari. Tanggapan negatifnya: planet yang lebih hangat memancarkan lebih banyak inframerah ke angkasa, yang mengembalikannya ke dalam keseimbangan.

Latihan 28.6 ★★

Konsentrasi karbon dioksida rata-rata tahunan di Mauna Loa adalah $315.98\,\mathrm{ppm}$ pada 1959 dan $427.35\,\mathrm{ppm}$ pada 2025. Berapa ppm, dan berapa persen, kenaikannya? Berapa pertambahan rata-rata per tahun selama seluruh periode itu?

Solusi

Solusi Latihan 28.6.

$427.35 - 315.98 = 111.37\,\mathrm{ppm}$ ; $111.37/315.98 \approx 0.352$ , sebuah kenaikan sekitar 35 %. Selama 66 tahun: $111.37/66 \approx 1.7\,\mathrm{ppm}$ per tahun secara rata-rata.

Latihan 28.7 ★★

Gunakan hukum logaritmik dalam bab ini, dengan $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ dan $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$ , untuk menghitung gaya karbon dioksida pada $427.35\,\mathrm{ppm}$ , rata-rata tahunan 2025.

Solusi

Solusi Latihan 28.7.

$F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.4300/0.6931 \approx 2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Latihan 28.8 ★★

Dengan laju $3.7\,\mathrm{mm}$ per tahun, laju 2006–2018, berapa permukaan laut akan naik dalam 30 tahun? Berapa kali lebih cepat laju ini daripada laju 1901–1971, $1.3\,\mathrm{mm}$ per tahun?

Solusi

Solusi Latihan 28.8.

$3.7 \times 30 = 111\,\mathrm{mm}$ , sekitar $11\,\mathrm{cm}$ . $3.7/1.3 \approx 2.8$ : hampir tiga kali lebih cepat.

Latihan 28.9 ★★

Dengan $\Delta T = F/\lambda$ dan $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ , hitung pemanasan kesetimbangan yang akan dihasilkan oleh gaya manusia total pada 2019, $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . Pemanasan yang teramati akibat manusia hanya sekitar $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Berikan alasan utama perbedaannya.

Solusi

Solusi Latihan 28.9.

$\Delta T = 2.72/1.16 \approx 2.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Iklim belum berada dalam kesetimbangan: samudra, yang menyerap sekitar 90 % energi tambahan itu, menghangat dengan lambat, sehingga permukaan belum menyusul gayanya (sistem itu masih memperoleh sekitar $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ).

Latihan 28.10 ★★

Matahari dan gunung api mengubah suhu global antara 1850–1900 dan 2010–2019 sebesar $-0.1$ sampai $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ , sedangkan pemanasan yang teramati sekitar $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Apa kesimpulanmu? Penyebab alami lain apa yang juga harus disingkirkan, dan apa kata penilaian tentangnya?

Solusi

Solusi Latihan 28.10.

Matahari dan gunung api paling banyak menjelaskan $0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ dari pemanasan $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ : keduanya tidak mungkin menjadi penyebabnya. Penyebab alami yang lain adalah variabilitas internal iklim (fluktuasi alaminya, seperti pertukaran panas antara samudra dan atmosfer); penilaian menempatkan sumbangannya pada $-0.2$ sampai $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ , juga jauh terlalu kecil.

Latihan 28.11 ★★

Dengan tabel proyeksi, dalam skenario mana pemanasan 2081–2100 sangat mungkin tetap di bawah $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? Dalam skenario mana pemanasan itu sangat mungkin melampaui $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 28.11.

Sangat mungkin di bawah $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ : hanya SSP1-1.9 (rentang sangat mungkin 1.0 sampai 1.8). Sangat mungkin di atasnya: SSP2-4.5 (2.1 sampai 3.5), SSP3-7.0 (2.8 sampai 4.6), dan SSP5-8.5 (3.3 sampai 5.7). Untuk SSP1-2.6 (1.3 sampai 2.4) tidak satu pun dari keduanya sangat mungkin.

Latihan 28.12 ★★★

Aerosol menghasilkan gaya sekitar $-0.22$ dan $-0.84\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ (melalui sinar Matahari dan melalui awan). Bila semua aerosol dihilangkan dari udara sementara segala hal lain tetap seperti pada 2019, menjadi berapa gaya manusia total? Berapa pemanasan kesetimbangan akan bertambah, dengan $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 28.12.

Gaya aerosol adalah $-0.22 - 0.84 = -1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ; tanpa gaya itu totalnya menjadi $2.72 + 1.06 = 3.78\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . Pemanasan kesetimbangan bertambah $1.06/1.16 \approx 0.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Latihan 28.13 ★★★

Tunjukkan, dari hukum logaritmik, bahwa kenaikan dari $278\,\mathrm{ppm}$ ke $556\,\mathrm{ppm}$ dan kenaikan dari $556\,\mathrm{ppm}$ ke $1112\,\mathrm{ppm}$ menambahkan gaya yang sama. Berapa gaya total pada $1112\,\mathrm{ppm}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 28.13.

Karena $\ln(2C) - \ln C = \ln 2$ berapa pun $C$ ,

F(556) - F(278) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}, \qquad F(1112) - F(556) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}:

gaya yang sama untuk setiap penggandaan. Total pada $1112\,\mathrm{ppm}$ : $2 \times 3.93 = 7.86\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Latihan 28.14 ★★★

Turunkan hukum logaritmik terhadap $C$ . Berapa gaya yang ditambahkan satu ppm karbon dioksida tambahan pada $280\,\mathrm{ppm}$ , dan berapa pada $420\,\mathrm{ppm}$ ? Berikan komentar.

Solusi

Solusi Latihan 28.14.

$\dfrac{\dd F}{\dd C} = \dfrac{F_{2\times}}{C \ln 2}$ . Pada $280\,\mathrm{ppm}$ : $3.93/(280 \times 0.6931) \approx 0.0202\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ per ppm; pada $420\,\mathrm{ppm}$ : $\approx 0.0135\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ per ppm. Setiap ppm tambahan menambahkan gaya yang makin kecil ketika konsentrasinya bertambah (1.5 kali lebih kecil pada 420 daripada pada 280), tetapi konsentrasinya terus naik, sehingga gayanya tetap bertambah.

Latihan 28.15 ★★★

Tanpa umpan balik apa pun kecuali radiasi tambahan ke angkasa, $\lambda_0 = 3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . Hitung pemanasan untuk penggandaan karbon dioksida ( $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ) dengan $\lambda_0$ , lalu dengan $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . Dengan faktor berapa umpan balik memperkuat pemanasan itu?

Solusi

Solusi Latihan 28.15.

$3.93/3.22 \approx 1.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ tanpa umpan balik; $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ dengan umpan balik. Faktor penguatannya: $3.22/1.16 \approx 2.8$ .

28.7 Soal: Kurva Keeling dalam Angka

Soal 28.1

Soal akhir pekan — dari napas tahunan vegetasi sampai tahun tercapainya penggandaan

Seorang siswa mengunduh rekaman Mauna Loa dan mengolahnya dengan lembar kerja. Selama 2015–2024, konsentrasi bulanan rata-rata terletak $3.37\,\mathrm{ppm}$ di atas tren yang dihaluskan pada bulan Mei dan $3.51\,\mathrm{ppm}$ di bawahnya pada bulan September. Rata-rata tahunannya $316.91\,\mathrm{ppm}$ pada 1960, $325.68\,\mathrm{ppm}$ pada 1970, $401.01\,\mathrm{ppm}$ pada 2015, dan $427.35\,\mathrm{ppm}$ pada 2025. Konsentrasi pada 1750 adalah $278\,\mathrm{ppm}$ . Gunakan hukum logaritmik dengan $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Bagian I — Napas vegetasi.

Berapa amplitudo puncak-ke-lembah siklus tahunan itu?
Jelaskan mengapa konsentrasinya paling tinggi pada bulan Mei dan paling rendah pada bulan September.
Siklus itu jauh lebih lemah di udara Belahan Bumi Selatan. Kemukakan alasannya.
Mengapa observatorium itu dibangun setinggi $3397\,\mathrm{m}$ , di atas sebuah gunung api di tengah Pasifik?

Bagian II — Trennya.

Hitung pertambahan rata-rata, dalam ppm per tahun, selama 1960–1970.
Hitung pertambahan itu selama 2015–2025.
Dengan faktor berapa laju pertambahan itu meningkat?
Berapa persen konsentrasi itu naik antara 1750 dan 2025?
Inti es tidak pernah menunjukkan lebih dari sekitar $300\,\mathrm{ppm}$ selama 800 000 tahun terakhir. Berapa ppm nilai 2025 melampauinya?

Bagian III — Gayanya.

Hitung gaya karbon dioksida pada 2025.
Hitung gaya itu pada 1960, dan kenaikan gaya antara 1960 dan 2025.
Konsentrasi berapa yang akan menambahkan $1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ pada gaya tahun 2025?
Dengan laju pertambahan 2015–2025, berapa tahun yang diperlukan untuk itu?

Bagian IV — Penggandaan.

Berapa konsentrasi penggandaan nilai tahun 1750? Berapa gaya yang dihasilkannya?
Dengan perkiraan terbaik sensitivitas iklim kesetimbangan, berapa pemanasan kesetimbangan yang akan ditimbulkannya? Berikan rentang mungkinnya.
Parameter umpan balik $\lambda$ berapa yang tersirat dari sensitivitas $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? Bandingkan dengan nilai $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ yang diperoleh dengan menjumlahkan umpan balik-umpan baliknya.
Mengapa permukaan tidak akan mencapai pemanasan ini pada hari penggandaan itu tercapai?
Mengapa perhitungan yang sekadar memperpanjang laju pertambahan sekarang adalah sebuah skenario, dan bukan proyeksi seperti yang dibuat oleh penilaian-penilaian?
Bila laju pertambahan 2015–2025 tetap sama, pada tahun berapa penggandaan konsentrasi tahun 1750 akan tercapai?

Solusi

Solusi Soal 28.1.

1. $3.37 + 3.51 = 6.88\,\mathrm{ppm}$ , sekitar $7\,\mathrm{ppm}$ .

2. Dari musim semi sampai akhir musim panas, tumbuhan Belahan Bumi Utara menarik karbon dioksida dari udara melalui fotosintesis lebih cepat daripada respirasi dan pembusukan mengembalikannya: konsentrasinya turun sampai bulan September. Pada musim gugur dan musim dingin neracanya berbalik, dan konsentrasinya naik kembali ke maksimumnya pada bulan Mei.

3. Belahan Bumi Selatan memiliki daratan yang jauh lebih sedikit, dan dengan demikian vegetasi yang jauh lebih sedikit, daripada Belahan Bumi Utara; sebagian besar permukaannya adalah samudra.

4. Karena tinggi, observatorium itu terletak di atas lapisan udara tercemar di dekat tanah; jauh dari benua dan kota, udara yang dicuplikinya tercampur baik dan mewakili seluruh atmosfer, bukan sumber setempat.

5. $(325.68 - 316.91)/10 \approx 0.88\,\mathrm{ppm}$ per tahun.

6. $(427.35 - 401.01)/10 \approx 2.63\,\mathrm{ppm}$ per tahun.

7. $2.634/0.877 \approx 3.0$ : laju pertambahannya menjadi tiga kali lipat.

8. $(427.35 - 278)/278 \approx 0.537$ : sekitar 54 %.

9. $427.35 - 300 \approx 127\,\mathrm{ppm}$ .

10. $F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 \approx 2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

11. $F(316.91) = 3.93 \times \ln(316.91/278)/\ln 2 \approx 0.74\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ; kenaikannya $2.44 - 0.74 \approx 1.70\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

12. Satu $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ lagi mengalikan konsentrasinya dengan $2^{1/3.93} \approx 1.193$ : $427.35 \times 1.193 \approx 510\,\mathrm{ppm}$ .

13. $(509.8 - 427.35)/2.634 \approx 31$ tahun.

14. $2 \times 278 = 556\,\mathrm{ppm}$ ; gayanya $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

15. Menurut definisi sensitivitas itu, $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (mungkin 2.5 sampai $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ ).

16. $\lambda = 3.93/3 \approx 1.31\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . Jumlah umpan balik-umpan baliknya, $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ , memberikan $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ , sedikit lebih besar; perkiraan terbaik penilaian menggabungkan fisika ini dengan pemanasan yang teramati dan iklim masa lalu, dan kedua nilai itu terletak di dalam rentang mungkin.

17. Samudra menyimpan sebagian besar energi tambahan itu dan menghangat dengan lambat: permukaan baru mencapai pemanasan kesetimbangannya setelah beberapa dekade sampai beberapa abad.

18. Perhitungan itu mengandaikan satu cerita tentang emisi masa depan (pertambahan sepuluh tahun terakhir dipertahankan selamanya): itulah sebuah skenario. Sebuah proyeksi menghitung tanggapan iklim dan siklus karbon terhadap suatu skenario emisi dengan model-model fisika, dan memberikan rentang serta kemungkinan.

19. $(556 - 427.35)/2.634 \approx 48.8$ tahun setelah 2025: sekitar 2074.

এই অধ্যায়ে সংজ্ঞায়িত পরিভাষা-শব্দ

পরিভাষায় সব 957 টি শব্দ দেখো