Musim panas ini, Alex Anesio akan menghabiskan tiga minggu dikelilingi oleh ribuan lubang di lapisan es Kutub Utara. Dia dan timnya akan berkemah bermil-mil dari permukiman terdekat, dikelilingi oleh lanskap yang terkoyak oleh celah-celah besar yang tidak stabil. Satu-satunya jalan masuk atau keluar adalah dengan helikopter. Soundscape para ilmuwan akan direduksi menjadi crampon crampon melintasi es, aliran sungai es dan erangan sesekali lapisan es besar yang menata ulang dirinya sendiri.
Konten terkait
- Dikonfirmasi: Antartika dan Greenland Kehilangan Es
"Ini seperti berada di planet lain, " kata Anesio, seorang ahli biogeokimia di Universitas Bristol di Inggris yang telah bekerja di Kutub Utara selama sekitar 15 tahun. "Satu-satunya yang kamu lihat di sekitarmu adalah es."
Dia dan timnya akan menghabiskan berminggu-minggu di sepetak es Greenland yang terisolasi ini untuk memantau genangan air yang mungkin memiliki kekuatan untuk memanipulasi iklim Bumi.
Diameter lubang cyroconite bervariasi dalam ukuran dari sekitar lebar pensil dengan tutup kaleng sampah. (Joseph Cook) Kemampuan untuk bermain-main dengan iklim planet kita tidak terisolasi untuk genangan Arktik. Mikroba di dalam kolam-kolam kecil ini, dan bersarang di endapan danau yang terkubur beberapa mil di bawah lapisan es Antartika, dapat menampung kemampuan untuk secara serius mengubah siklus karbon global, serta iklim. Dan para peneliti baru saja mulai menavigasi dunia yang sangat kecil ini.
Genangan air yang dipelajari Anesio disebut lubang cryoconite— "cryo" yang berarti es dan "conite" yang berarti "debu." Mereka berkembang ketika tumpukan puing yang tertiup angin mengendap di permukaan gletser atau lapisan es putih yang reflektif. Lebih gelap dari salju dan es, puing-puing ini menyerap lebih banyak panas dari matahari daripada sekitarnya dan menyebabkan es di bawahnya meleleh ke dalam lubang silinder hingga sekitar satu kaki dalam.
Para ilmuwan pernah berpikir lubang ini tidak memiliki kehidupan. Tetapi para peneliti sekarang menemukan bahwa mereka sebenarnya mengandung ekosistem mikroba yang kompleks seperti bakteri, ganggang dan virus.
Jutaan lubang ini, umumnya mulai dari lebar pensil hingga lebar tempat sampah, menutupi bopeng es dengan pola mirip keju Swiss di seluruh dunia. Tim Anesio memperkirakan bahwa, secara global, luas permukaan lubang ini mencapai sekitar 9.000 mil persegi. Itu sedikit lebih kecil dari negara bagian New Hampshire.
Saat ekosistem yang gelap dan berliku ini meluas melintasi es, mereka dapat menyebabkan apa yang seharusnya menjadi permukaan reflektif dan dingin untuk menyerap lebih banyak panas dari matahari. Ini berpotensi mempercepat pencairan lapisan es Greenland, tim melaporkan pada bulan Maret di jurnal Geochemical Perspective Letters .
Tetapi tim Anesio juga menemukan bahwa organisme di lubang ini dapat memiliki efek pendinginan pada planet ini dengan secara aktif menyedot karbon dioksida keluar dari atmosfer melalui fotosintesis. Faktanya, ketika mikroorganisme mengambil cukup gas rumah kaca ini dari atmosfer, lubang-lubang itu berperilaku seperti penyerap karbon.
Apakah lubang-lubang ini membantu mendinginkan atau menghangatkan planet ini masih harus dilihat. Tetapi karena iklim yang lebih hangat menciptakan lebih banyak lubang, keseimbangan tampaknya mengarah pada pemanasan netto daripada efek pendinginan di atmosfer.
Anesio dan timnya akan bekerja musim panas ini untuk memantau sifat kimia dan fisik dari lubang-lubang ini dalam detail yang menyiksa untuk lebih memahami bagaimana mereka dapat mempengaruhi perilaku gletser dan perubahan iklim Bumi.
Ketika debu yang cukup menumpuk di lapisan es, lubang cryoconite bergabung dan berubah menjadi danau, seperti yang ada di Greenland. (Joseph Cook) Gagasan bahwa mikroorganisme dapat hidup di gletser dan lapisan es — apalagi berkembang dalam skala yang signifikan secara global — masih relatif baru bagi sains. Sampai akhir 1990-an, para peneliti umumnya menganggap es di kedua kutub sebagai lingkungan yang kurang lebih steril.
"Ketika Anda melihat gletser atau lapisan es, Anda tidak melihat apa pun yang dapat memberi Anda petunjuk apakah ada kehidupan di sana, " kata Jemma Wadham, seorang kolega Anesio di University of Bristol. Ahli biologi belum benar-benar mempelajari lingkungan gletser sampai akhir 1990-an ketika bukti pertama kehidupan mikroba muncul.
Kurangnya minat sebelumnya bukan karena keterbatasan teknologi, Wadham menjelaskan. Yang dibutuhkan untuk menemukan kehidupan hanyalah mengumpulkan air lelehan dari depan gletser dan mencari tanda-tanda mikroorganisme aktif. "Tidak ada yang melakukan itu, " kata Wadham. "Kedengarannya agak gila, tapi kurasa begitulah terkadang berkembang."
Sejak tahun 90-an, ada lonjakan penelitian yang mengeksplorasi mikroba yang hidup di permukaan atau di bawah gletser dan lapisan es. Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menemukan bahwa mikroba ini jauh dari dorman. Faktanya, tim Anesio melaporkan dalam sebuah studi tahun 2009 bahwa mikroba di beberapa lubang cryoconite adalah aktif secara biologis seperti yang ditemukan di tanah yang lebih hangat sejauh selatan ke Mediterania.
"Itu benar-benar mengejutkan mengingat suhu rendah dan kondisi nutrisi yang rendah [dari lingkungan], " kata Joseph Cook, seorang peneliti lubang cryoconite di Universitas Sheffield, yang tidak terlibat dalam penelitian itu.
Selama setahun, kegiatan ini secara kumulatif dapat menyedot sebanyak sekitar 63.000 ton karbon dioksida kekaisaran, tim Anesio melaporkan dalam makalah 2009. Itu sebanding dengan emisi dari sekitar 13.500 mobil pada tahun tertentu, katanya.
"[Penelitian Anesio] benar-benar merupakan upaya pertama untuk mengukur jumlah karbon yang masuk dan keluar dari sistem ini, yang merupakan langkah besar dan sangat penting, " kata Cook.
Alex Anesio dan timnya tidur di tenda di atas es selama studi lapangan mereka. Beberapa es di bawah tenda mencair, tetapi tenda tersebut kemudian bertindak sebagai insulator dan membuat sebagian besar pangkalan tetap beku, kata Anesio. (Chris Bellas) Temuan Anesio belum tentu seperti yang Anda harapkan dari badan air tawar. Sebagian besar kolam dan danau umumnya melepaskan lebih banyak karbon dioksida ke atmosfer melalui dekomposisi bahan organik daripada menyerap melalui fotosintesis.
Ini karena sebagian besar kolam dan danau duduk di hutan dan menerima aliran tetap hewan dan tumbuhan dari hutan itu melalui air tanah. Akibatnya, kolam dan danau sering mengandung banyak bahan yang dapat terurai, dan penguraian sering terjadi lebih umum daripada fotosintesis, Anesio menjelaskan.
Lubang cryoconite, di sisi lain, diisolasi dari hutan - kadang-kadang dengan puluhan ratus mil - dan menerima sebagian besar bahan organik mereka melalui flek puing-puing udara. Tidak ada banyak bahan untuk dipecah, sehingga organisme fotosintesis cenderung mendominasi, kata Anesio.
Namun, tidak perlu banyak untuk membalik skenario itu. Jika sedimen di dalam lubang menjadi terlalu tebal, sinar matahari tidak bisa mencapai bagian bawah. Ini membatasi fotosintesis dan laju dekomposisi mulai mengambil alih.
"Semua dinamika ini sangat tergantung pada pergerakan es dan pelepasan es, " kata Anesio. Ini dapat berubah setiap hari dan musim ke musim. "Kadang-kadang kamu memiliki banyak pencairan dan kamu mendistribusikan kembali butiran-butiran di lapisan yang lebih tipis, atau kadang-kadang mereka menumpuk di bagian-bagian tertentu dari gletser."
Tim Anesio akan mencoba menjawab pertanyaan tentang bagaimana lubang-lubang ini berubah seiring waktu dengan tidur di sebelah mereka dan memantau aktivitas mereka siang dan malam musim panas ini.
Suara crampon dan air deras adalah satu-satunya suara yang akan Anda dengar di lingkungan ini, kata Anesio. (Chris Bellas) Bepergian ke ujung dunia yang berlawanan dari situs lapangan Anesio, dan Anda akan menemukan fitur gletser lain yang dapat memainkan peran penting dalam iklim Bumi: danau besar, terkubur di bawah es Antartika sejauh 2, 5 mil.
Danau tersembunyi ini, beberapa ukurannya sebanding dengan Great Lakes di Amerika Utara, telah menarik perhatian para peneliti seperti Anesio dan Wadham dalam beberapa tahun terakhir karena beberapa alasan. Untuk satu, danau-danau ini mengandung air yang telah terperangkap selama jutaan tahun, menyimpan kehidupan ekstrem yang tidak pernah terpapar pengaruh manusia.
Danau juga dapat menyimpan volume besar dari gas metana rumah kaca yang potensial, dibekukan dalam bentuk yang disebut metana hidrat. Jika lapisan es Antartika runtuh, itu akan mengekspos hidrat ini, membanjiri mereka dengan air laut saat lautan menyapu sebagian benua. Hidrat yang tidak stabil akan berubah menjadi gelembung gas metana dan menghangatkan atmosfer, Wadham dan rekannya melaporkan dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Nature pada 2012.
Menggunakan radar udara dan pencitraan satelit, para peneliti telah menemukan lebih dari 400 danau sub-glasial di bawah lapisan es Antartika selama 50 tahun terakhir. Tetapi baru pada tahun 2013 tim peneliti internasional yang ambisius berhasil mengebor lubang bor sepanjang hampir setengah mil ke permukaan salah satu danau ini untuk pertama kalinya.
Mereka berhasil mengebor lagi pada tahun 2015 di lokasi terdekat, mencapai zona landasan lapisan es untuk pertama kalinya. Zona landasan adalah area di mana lapisan es kehilangan kontak dengan tanah dan mengapung ke laut.
Sampel sedimen dan air yang dikumpulkan oleh peneliti dari zona landasan akan memberi tim wawasan baru mengenai stabilitas Lapisan Es Antartika Barat dan potensinya untuk meningkatkan permukaan laut global jika runtuh. Tim ini juga akan mengukur aktivitas mikroba dalam sedimen ini untuk lebih memahami peran mikroba yang terkubur ini dalam siklus karbon global.
Slawek Tulaczyk, seorang peneliti di University of California, Santa Cruz yang merupakan salah satu ilmuwan terkemuka dalam pencapaian tonggak sejarah ini, menggambarkan ketegangan menunggu peralatan mereka tiba di lokasi latihan mereka pada tahun 2013, setelah lebih dari lima tahun perencanaan dengan sekitar 50 kolaborator internasional.
Para peneliti mengatur peralatan mereka — secara kumulatif berbobot sekitar 300.000 pound — untuk melakukan perjalanan dalam 12 kontainer pengiriman melintasi 800 mil lapisan es untuk mencapai Danau Whillans subglacial di Antartika barat daya. Lebih tangguh daripada danau sub-glasial lainnya, Whillans memberi para peneliti peluang yang layak untuk sukses karena aksesibilitas relatifnya dibandingkan dengan danau lain yang terkubur di bawah mil es.
Butuh pengemudi truk dua minggu untuk mengangkut peralatan — sebagian sangat rumit — ke lokasi latihan. Yang bisa dilakukan para ilmuwan adalah menunggu di Stasiun Penelitian McMurdo dan mendengarkan ketika operator truk memanggil dengan laporan mereka.
"Kami mendengar beberapa cerita horor, " kata Tulaczyk, menjelaskan bahwa pengemudi menelepon untuk melaporkan barang yang rusak dan meminta pasokan las tambahan. Untungnya, sebagian besar kerusakan diisolasi ke kontainer pengiriman dan bukan isinya.
"Ketika kami terbang, apa yang ada di dalam wadah bertahan cukup baik bagi kami untuk menggunakannya, tetapi wadah itu sendiri cukup terpukul dan tampak seperti mereka mengalami banyak hal, " kata Tulaczyk.
Tulaczyk dan rekannya membuat sesuatu yang disebut bor air panas untuk mengakses Danau Whillans. Selama 24 jam, para peneliti bosan lubang dengan diameter sekitar satu kaki dengan memompa air panas dengan paksa ke bawah dan mengedarkannya sehingga, ketika diperdalam, lubang itu tidak membeku dengan sendirinya.
Begitu mereka berhasil mencapai permukaan danau, para peneliti mengirim probe ke lubang untuk mengumpulkan data dan sampel. Tetapi mereka harus melakukannya dengan hati-hati dan bersih. Jika mereka mencemari peralatan mereka, mereka berisiko mengumpulkan mikroba modern yang akan membingungkan temuan mereka dan merusak habitat yang masih asli.
Untuk kegembiraan dan kelegaan mereka, tim menemukan bukti mikroba yang hidup di air, kata Tulaczyk. Ada saat-saat di sepanjang jalan bahwa tim khawatir mereka telah menghabiskan banyak tahun perencanaan dan menghabiskan jutaan dolar dalam upaya untuk mencapai kekosongan tak bernyawa.
Temuan mereka membantu mendukung gagasan bahwa volume besar hidrat metana yang diturunkan secara mikroba dapat duduk di bawah lapisan es Antartika. Mikroba dapat memproduksi metana ini dengan membusuk hutan kuno dan bahan organik lainnya di bawah es, Wadham, Anesio, Tulaczyk dan rekannya mengusulkan dalam laporan Nature 2012 mereka.
Para peneliti yang mempelajari lubang cryoconite terkadang harus mengenakan pakaian bersih untuk mencegah kontaminasi sampel mikroba mereka. (Alex Anesio) Dengan menggunakan perkiraan berdasarkan pengukuran dari sedimen yang dikumpulkan di bawah lapisan es Greenland — analog yang sebanding tetapi jauh lebih tipis dengan lapisan es Antartika — tim menghitung bahwa ada sebanyak 3, 9 juta ton metana imperial yang tersembunyi di bawah es Antartika.
Mengingat potensi metana sebagai gas rumah kaca, ini bisa menjadi masalah bagi atmosfer Bumi jika sebagian besar lapisan es mencair. Dan, menurut perkiraan oleh para peneliti di University of Massachusetts, Amherst dan Pennsylvania State University, ini bisa terjadi pada akhir abad ini.
Martin Siegert, ahli glasiologi di Imperial College London, adalah bagian dari tim yang menggambarkan danau sub-glasial untuk pertama kalinya pada tahun 1996. Dia mengatakan bahwa perkiraan berapa banyak metana yang berada di bawah es Antartika secara teori masuk akal.
Namun, para peneliti perlu mengukur aktivitas mikroba dalam sedimen basah di bawah lapisan es untuk menguatkan hipotesis mereka, kata Siegert. "Ini sangat sederhana, jenis ilmu yang perlu Anda lakukan, kesulitannya adalah sampai di sana dan pengeboran air panas."
Bahkan jika perkiraan lapisan es yang runtuh pada akhir abad ini benar, namun, kemungkinan akan memakan waktu lebih lama dari itu untuk efek hidrat metana menjadi terdeteksi di atmosfer, kata Alexey Portnov, seorang peneliti di Kutub Utara. Universitas Tromso di Norwegia. Portnov mempelajari sisa-sisa hidrat metana yang terpapar pada akhir zaman es terakhir di Arktik, serta metana hidrat yang saat ini mencair dari lapisan es Kutub Utara hari ini. Dia mengatakan bahwa bahkan jika metana hidrat sedang beristirahat di bawah Lapisan Es Antartika, dan mereka menjadi tidak stabil dan mulai menggelembungkan metana melalui air laut ke permukaan, akan dibutuhkan ratusan tahun bagi cadangan metana ini untuk memiliki dampak yang dapat terdeteksi pada iklim global.
"Tutup es runtuh lebih cepat dan lebih cepat dalam beberapa tahun terakhir, " kata Portnov. "Tapi tetap saja, untuk mendapatkan jumlah metana dari gas hidrat itu entah bagaimana mengubah iklim, itu akan memakan waktu cukup lama."
Sementara itu, metana hidrat yang mencair dari lapisan es dan di sepanjang dasar laut yang dangkal sudah melepaskan gas rumah kaca ini ke atmosfer dengan laju yang signifikan, kata Portnov. Lapisan es hanyalah salah satu dari banyak toko metana beku yang mencair.
Langkah selanjutnya untuk pekerjaan hidrat metana subglacial adalah mengamankan lebih banyak dana untuk memulai ekspedisi pengeboran lain ke danau yang lebih dalam. Upaya sebelumnya - seperti upaya jutaan dolar untuk menggali Danau Ellsworth pada 2012 - gagal. Jadi, sebelum mencoba mengakses danau yang lebih dalam dengan peralatan yang ada, peneliti dan insinyur harus berkolaborasi untuk mengembangkan teknik baru untuk proyek yang lebih dalam.
“Kami hanya harus sampai di sana dan mengambil sampelnya, ” kata Wadham. "Itu salah satu tantangan dalam dua dekade mendatang."
Hamparan besar cryoconite - atau debu es - menutupi Greenland Ice Sheet dan gletser lain di seluruh dunia, menggelapkan permukaannya dan menyebabkan mereka menyerap panas dari matahari. (Joseph Cook) Sementara gletser dan lapisan es secara fisik dapat menyumbat simpanan metana hidro yang terkubur atau menarik karbon dioksida keluar dari atmosfer melalui jutaan lubang kecil, dampaknya mencapai lebih jauh daripada jejak fisik mereka.
Misalnya, ketika lubang cryoconite meleleh cukup dalam untuk mengalirkan dasar gletser, isinya akhirnya dapat mencapai lautan, membuang nutrisi ke ekosistem laut. Ini dapat menyebabkan ganggang berskala besar yang dapat menarik karbon dioksida keluar dari atmosfer dalam proporsi yang secara signifikan lebih besar daripada apa pun yang bisa ditarik oleh mikroba di lubang itu, kata Anesio.
“Itu akan memiliki dampak global yang lebih kuat karena fiksasi karbon di lautan memiliki dampak yang luar biasa pada siklus karbon global, ” katanya.
Meskipun gambaran lengkap tentang bagaimana mikroba gletser mempengaruhi iklim Bumi adalah beberapa tahun lagi, Anesio dan rekan-rekan peneliti kutubnya mendorong maju. Berurusan dengan masalah teknologi dan lingkungan yang keras sering kali berarti terobosan mereka cocok dan mulai. Tapi tantangannya, baik intelektual dan fisik, yang menarik para ilmuwan ke lanskap beku ini.
“Sangat indah berada di sana, luar biasa, ” kata Anesio. “Dimensi dan skala hal-hal begitu besar, sungai dan air serta bentuk es. Saya benar-benar berharap untuk pergi ke sana. "
Cook, di Universitas Sheffield, setuju. Dia menemukan bidang lubang cryoconite sejauh mata bisa melihat gambar yang cukup mencolok.
"Melihat ke dalam lubang cryoconite anehnya indah, " kata Cook. “Ini sangat tenang dan luar biasa melihat sesuatu yang sangat sederhana di permukaannya sehingga memungkiri kerumitan luar biasa dari apa yang sedang terjadi. Ini semacam hipnotis. "
Lubang bor di Danau Whillans, yang membutuhkan koordinasi antara sekitar 50 kolaborator dari seluruh dunia. (JT Thomas)
