Mekanisme umpan balik dan sensitivitas iklim
Ada sejumlah proses umpan balik yang penting bagi sistem iklim secara global, khususnya respons Bumi terhadap pemancaran radiasi eksternal. Mekanisme umpan balik yang paling mendasar melibatkan hilangnya radiasi gelombang panjang ke luar angkasa dari permukaan.
Karena kehilangan radiasi meningkat dengan meningkatnya suhu permukaan menurut hukum Stefan-Boltzmann, hal ini mewakili faktor penstabil (yaitu, umpan balik negatif) sehubungan dengan suhu udara di dekat permukaan.
Sensitivitas iklim dapat didefinisikan sebagai jumlah pemanasan global yang dihasilkan dari setiap watt tambahan per meter persegi gaya radiasi.
Sebagai alternatif, kadang-kadang didefinisikan sebagai pemanasan yang akan dihasilkan dari penggandaan konsentrasi CO2 dan penambahan terkait radiasi gaya 4 watt per meter persegi.
Jika tidak ada umpan balik tambahan, sensitivitas iklim akan menjadi sekitar 0,25 °C (0,45 °F) untuk setiap watt tambahan per meter persegi gaya radiasi.
Dinyatakan sebagai alternatif, jika konsentrasi CO2 di atmosfer yang ada pada awal era industri (280 ppm) digandakan (menjadi 560 ppm), tambahan 4 watt per meter persegi gaya radiasi yang dihasilkan akan diterjemahkan menjadi 1 °C (1,8 °F) peningkatan suhu udara.
Namun, ada umpan balik tambahan yang memberikan pengaruh destabilisasi, daripada menstabilkan dan umpan balik ini cenderung meningkatkan sensitivitas iklim ke suatu tempat antara 0,5 dan 1,0 °C (0,9 dan 1,8 °F) untuk setiap watt tambahan per meter persegi gaya radiasi.
Baca juga: Perbedaan Pemanasan Global dan Perubahan Iklim
Umpan balik uap air
Tidak seperti konsentrasi gas rumah kaca lainnya, konsentrasi uap air di atmosfer tidak dapat berubah secara bebas. Sebaliknya, faktor itu ditentukan oleh suhu atmosfer dan permukaan yang lebih rendah melalui hubungan fisik yang dikenal sebagai persamaan Clausius-Clapeyron, dinamai dari fisikawan Jerman abad ke-19 Rudolf Clausius dan insinyur Prancis abad ke-19 Émile Clapeyron.
Dengan asumsi adanya permukaan air cair dalam kesetimbangan dengan atmosfer, hubungan ini menunjukkan bahwa peningkatan kapasitas udara untuk menahan uap air merupakan fungsi dari peningkatan suhu volume udara tersebut.
Asumsi ini relatif baik di lautan, di mana air melimpah, tetapi tidak di seluruh benua. Karena alasan ini, kelembapan relatif (persentase uap air yang dikandung udara relatif terhadap kapasitasnya) kira-kira 100 persen di atas wilayah samudra dan jauh lebih rendah di wilayah benua (mendekati 0 persen di wilayah kering).
Tidak mengherankan jika kelembapan relatif rata-rata atmosfer bumi yang lebih rendah mirip dengan sebagian kecil permukaan bumi yang ditutupi oleh lautan (kira-kira 70 persen). Kuantitas ini diperkirakan akan tetap konstan saat suhu Bumi menghangat atau mendingin.
Baca juga: Manfaat Penggunaan Radioisotop beserta Contohnya
Sedikit perubahan pada kelembapan relatif global dapat disebabkan oleh perubahan penggunaan lahan oleh manusia, seperti penggundulan hutan tropis dan irigasi, yang dapat memengaruhi kelembapan relatif di wilayah daratan hingga skala regional.
Jumlah uap air di atmosfer akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu atmosfer akibat pemanasan global. Karena uap air adalah gas rumah kaca yang sangat kuat, bahkan lebih kuat daripada CO2, efek rumah kaca netto sebenarnya menjadi lebih kuat saat permukaan memanas yang mengarah pada pemanasan yang lebih besar.
Umpan balik positif tersebut dikenal sebagai “umpan balik uap air”. Inilah alasan utama bahwa sensitivitas iklim secara substansial lebih besar daripada nilai teoritis yang dinyatakan sebelumnya sebesar 0,25 °C (0,45 °F) untuk setiap peningkatan gaya radiasi 1 watt per meter persegi.
Umpan balik awan
Secara umum beberapa teori meyakini bahwa saat permukaan bumi menghangat dan kandungan uap air di atmosfer meningkat, tutupan awan global juga meningkat. Namun, efek pada suhu udara dekat permukaan cukup rumit diperhitungkan.
Dalam kasus awan rendah, seperti awan stratus laut, fitur radiasi dominan dari awan tersebut adalah albedonya. Di sini, setiap peningkatan tutupan awan rendah bertindak dengan cara yang sama seperti peningkatan tutupan es permukaan, yakni lebih banyak radiasi matahari yang masuk dipantulkan dan permukaan bumi menjadi dingin.
Di sisi lain, awan tinggi, seperti awan kumulus yang menjulang tinggi dan membentang hingga batas antara troposfer dan stratosfer, memiliki dampak yang cukup berbeda pada keseimbangan radiasi permukaan.
Puncak awan kumulus jauh lebih tinggi di atmosfer dan lebih dingin daripada bagian bawahnya. Puncak awan kumulus memancarkan radiasi gelombang panjang yang lebih sedikit ke luar angkasa daripada yang dipancarkan oleh dasar awan hangat ke bawah menuju permukaan.
Hasil akhir dari pembentukan awan kumulus tinggi adalah pemanasan yang lebih besar di permukaan hingga mencakup peristiwa pemanasan global.
Oleh karena itu, umpan balik bersih awan pada kenaikan suhu permukaan agak tidak pasti. Hal ini mewakili persaingan antara dampak awan tinggi dan rendah, dan keseimbangan keduanya masih sulit ditentukan.
Meskipun demikian, sebagian besar perkiraan menunjukkan bahwa awan secara keseluruhan mewakili umpan balik positif dan dengan demikian mereka akan menambah pemanasan.
Umpan balik albedo es
Umpan balik iklim positif penting lainnya adalah apa yang disebut umpan balik albedo es. Umpan balik ini muncul dari fakta sederhana bahwa es lebih reflektif (yaitu, memiliki albedo yang lebih tinggi) daripada permukaan tanah atau air.
Oleh karena itu, seiring dengan berkurangnya lapisan es global, reflektifitas permukaan bumi berkurang, lebih banyak radiasi matahari yang masuk diserap oleh permukaan, dan permukaan menjadi hangat.
Umpan balik tersebut jauh lebih penting ketika ada tutupan es global yang relatif luas, seperti selama puncak zaman es terakhir, sekitar 25.000 tahun yang lalu.
Dalam skala global, pentingnya umpan balik albedo es berkurang saat permukaan bumi menghangat dan relatif lebih sedikit es yang tersedia untuk dicairkan.
Umpan balik siklus karbon
Serangkaian umpan balik iklim penting lainnya melibatkan siklus karbon global. Secara khusus, dua reservoir utama karbon dalam sistem iklim adalah lautan dan biosfer terestrial. Keduanya secara historis dapat menyerap emisi CO2 dari aktivitas manusia dalam jumlah besar.
Sekitar 50–70 persen dibuang oleh lautan, sedangkan sisanya diambil oleh biosfer terestrial. Pemanasan global, bagaimanapun, dapat menurunkan kapasitas reservoir ini untuk menyerap CO2 di atmosfer.
Penurunan laju serapan karbon oleh reservoir ini akan meningkatkan laju penumpukan CO2 di atmosfer dan mewakili umpan balik positif lain yang mungkin untuk peningkatan konsentrasi gas rumah kaca.
Di lautan, efek umpan balik tersebut mungkin melalui beberapa jalur. Pertama, karena air permukaan menghangat, mereka akan menahan lebih sedikit CO2 terlarut.
Kedua, jika lebih banyak CO2 ditambahkan ke atmosfer dan diserap oleh lautan, ion bikarbonat (HCO3–) akan berlipat ganda dan keasaman laut akan meningkat.
Karena kalsium karbonat (CaCO3) dipecah oleh larutan asam, peningkatan keasaman akan mengancam fauna penghuni laut yang menggunakan CaCO3 ke dalam kerangka atau cangkangnya.
Karena semakin sulitnya organisme ini untuk menyerap karbon, maka akan terjadi penurunan efisiensi pompa biologis yang membantu menjaga lautan sebagai penyerap karbon.
Ketiga, kenaikan suhu permukaan akibat pemanasan global dapat menyebabkan perlambatan yang disebut sirkulasi termohalin, yakni pola global aliran samudera yang sebagian mendorong tenggelamnya air permukaan di dekat kutub dan bertanggung jawab atas banyak tenggelamnya daratan.
Perlambatan aliran ini karena masuknya air tawar yang mencair ke dalam kondisi yang biasanya air asin juga dapat menyebabkan pompa kelarutan. Kemudian beberapa agen mentransfer CO2 dari perairan dangkal ke perairan yang lebih dalam, menjadi kurang efisien.
Memang, diperkirakan bahwa jika pemanasan global berlanjut hingga titik tertentu, lautan akan berhenti menjadi penyerap bersih CO2 dan akan menjadi laut bersih.
Karena sebagian besar hutan tropis hilang karena pemanasan global dan pengeringan di daerah, seperti Amazonia, kapasitas keseluruhan tanaman untuk menyerap CO2 di atmosfer akan berkurang. Akibatnya, biosfer terestrial, meskipun saat ini merupakan penyerap karbon, akan menjadi sumber karbon.
Suhu lingkungan juga merupakan faktor penting yang memengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan dan banyak spesies tumbuhan yang beradaptasi dengan baik dengan kondisi iklim yang telah memaksimalkan laju fotosintesisnya.
Ketika suhu meningkat dan kondisi mulai melebihi kisaran suhu optimal untuk fotosintesis dan respirasi tanah, laju fotosintesis akan menurun. Saat tanaman mati membusuk, aktivitas metabolisme mikroba (sumber CO2) akan meningkat dan pada akhirnya melampaui fotosintesis.
Di bawah kondisi pemanasan global yang memadai, metana yang tenggelam di lautan dan biosfer terestrial juga dapat menjadi sumber metana.
Emisi tahunan metana oleh lahan basah dapat meningkat atau menurun, tergantung pada suhu dan kandungan nutrisi, serta kemungkinan lahan basah yang beralih dari satu sumber ke sumber lainnya.
Ada juga potensi peningkatan pelepasan metana sebagai akibat dari pemanasan permafrost Arktik (di darat) dan pelepasan metana lebih lanjut di tepi benua lautan (beberapa ratus meter di bawah permukaan laut).
Konsentrasi metana di atmosfer rata-rata saat ini sebesar 1.750 ppb setara dengan 3,5 gigaton (3,5 miliar ton) karbon.
Setidaknya ada 400 gigaton setara karbon yang disimpan di permafrost Arktik dan sebanyak 10.000 gigaton (10 triliun ton) setara karbon terperangkap di tepi benua samudra dalam bentuk kristal terhidrasi yang dikenal sebagai clathrate.
Dipercaya bahwa sebagian kecil dari metana yang terperangkap ini dapat menjadi tidak stabil dengan tambahan pemanasan, meskipun jumlah dan laju potensi emisi tetap sangat tidak pasti.
Salam sukses, Angphotorion!
Salam Angphot! Kamu bisa belajar bersama kami dalam link whatsapp Angphotorion dan Channel Telegram Angphot untuk belajar cara menanam dan merawat anggrek dan tanaman hias lain bersama sekaligus melakukan jual beli dengan aman. Kamu dapat mengajukan pertanyaan serta berkonsultasi gratis bersama kami.
Kami juga menyediakan kesempatan sebagai reseller dan mitra dalam naungan Angphotorion. Selengkapnya lihat ketentuan dalam halaman kami. Katalog anggrek, aglonema, produk makanan sehat dan hidroponik, buku, serta karya kreatif bisa kamu lihat di Katalog Angpot.