Flamboyan


Pohon Bisa Mengubah Iklim Lebih Daripada Yang Dipikirkan Para Ilmuwan

Ketika Abigail Swann memulai karirnya di pertengahan tahun 2000-an, ia adalah salah satu dari segelintir ilmuwan yang mengeksplorasi gagasan yang berpotensi radikal: bahwa tanaman hijau yang hidup di permukaan Bumi dapat memiliki pengaruh besar pada iklim planet ini. Selama beberapa dekade, sebagian besar ilmuwan atmosfer telah memfokuskan model cuaca dan iklim mereka pada angin, hujan, dan fenomena fisik lainnya. Namun dengan model komputer yang kuat yang dapat mensimulasikan bagaimana tanaman menggerakkan air, karbon dioksida, dan bahan kimia lainnya antara tanah dan udara, Swann telah menemukan bahwa vegetasi dapat mengendalikan pola cuaca di jarak yang sangat jauh. Penghancuran atau perluasan hutan di satu benua dapat meningkatkan curah hujan atau menyebabkan kekeringan di belahan dunia. "Tidak ada ilmuwan atmosfer yang berpikir tentang" bagaimana tanaman dapat mempengaruhi curah hujan, kata Swann, meskipun petunjuk telah muncul dalam literatur ilmiah selama beberapa dekade. . Dia berada di barisan depan sekelompok kecil ilmuwan yang sedang tumbuh mempelajari bagaimana tanaman membentuk cuaca dan iklim Bumi. Swann sekarang menjadi profesor di Universitas Washington, di mana dia menjalankan Lab Ecoclimate.Perpecahan antara atmosfer dan ilmu kehidupan yang dihadapi Swann adalah peninggalan dari akhir 1800-an, ketika pemerintah AS menyatakan bahwa menanam tanaman dan pohon akan mengubah Great Plains yang basah menjadi basah. Didorong oleh klaim optimis tetapi meragukan, ribuan calon petani menuju ke barat, hanya untuk menemukan bahwa penghijauan tanah tidak, pada kenyataannya, membuatnya hujan. Pemerintah telah menganut teori yang meragukan didorong oleh spekulator tanah dan menolak nasihat salah satu ilmuwan top negara, John Wesley Powell. Banyak yang berjuang untuk mengikis mata pencaharian dari tanah kering, dan eksperimen pertanian yang salah dipahami akhirnya berkontribusi pada Dust Bowl yang menghancurkan. "Banyak dari pembahasannya, sayangnya, belum sepenuhnya bersifat ilmiah," tulis salah seorang di tahun 1888 dalam sains. Ahli meteorologi awal, berharap untuk menyelamatkan kredibilitas ladang mudanya, menolak anggapan bahwa hutan mempengaruhi cuaca. Sementara itu, menyisihkan air, memanen dan memanipulasi energi matahari, dan menyatukan hidrogen, oksigen, dan karbon untuk menghasilkan gula dan pati — sumbernya dari hampir semua makanan untuk kehidupan Bumi. Ilmuwan atmosfer — dan semua orang lainnya — dapat dimaafkan karena memikirkan pohon yang berdiri tegak atau ladang gandum yang bergelombang dengan lembut sebagai tindakan pasif menerima sinar matahari, angin, dan hujan. Mereka memompa air dari tanah melalui jaringan mereka ke udara, dan mereka memindahkan karbon ke arah yang berlawanan, dari udara ke jaringan ke tanah.Antonio Nobre, seorang ilmuwan iklim di National Institute for Space Research Brasil, telah memperkirakan, misalnya, bahwa hutan hujan Amazon melepaskan sekitar 20 triliun liter air per hari — kira-kira 17 persen lebih banyak daripada Sungai Amazon yang perkasa. Tetapi dengan miliaran stomata yang beraksi bersama, satu pohon dapat menguapkan ratusan liter air sehari — cukup untuk mengisi beberapa bathtub. Hutan-hutan utama dunia, yang berisi ratusan miliar pohon, dapat memindahkan air pada skala yang hampir tak terbayangkan besar. Stomata pada dasarnya adalah mulut mikroskopis yang secara bersamaan mengambil karbon dioksida dari udara dan mengeluarkan air. Seperti yang dicatat Swann, pertukaran gas dari setiap stoma — dan memang dari setiap daun — adalah, dengan sendirinya, kecil. Ilmuwan telah mengetahui sejak akhir 1970-an bahwa hutan hujan Amazon — yang terbesar di dunia, seluas 5,5 juta kilometer persegi — membuatnya sendiri badai. Penelitian yang lebih baru mengungkapkan bahwa setengah atau lebih curah hujan di atas interior benua berasal dari tanaman yang mengalirkan air dari tanah ke atmosfer, tempat arus angin yang kuat dapat mengangkutnya ke tempat yang jauh. Daerah pertanian yang beragam seperti Midwest AS, Lembah Nil, dan India, serta kota-kota besar seperti São Paulo, mendapatkan banyak hujan dari "sungai terbang" yang digerakkan oleh hutan ini. Tidak berlebihan untuk mengatakan bahwa sebagian besar dari makanan umat manusia disebabkan, setidaknya sebagian, oleh curah hujan yang didorong oleh hutan.Biasanya, kita dapat berasumsi bahwa "hutan ada di sana karena basah, daripada basah karena ada hutan," kata Douglas Sheil, seorang ilmuwan lingkungan di kampus Universitas Ilmu Pengetahuan Norwegia di luar Oslo. Hasil seperti itu juga menyiratkan pembalikan mendalam dari apa yang biasanya kita pertimbangkan sebab dan akibat. Model yang dia kerjakan adalah yang paling canggih pada saat itu, tetapi, seperti rekan-rekannya di lembaga penelitian lain, itu hanya bisa mewakili biosfer secara sederhana. Pada 1980-an, Fung telah membantu membuka jalan bagi model iklim yang mencakup vegetasi realistis dan fluks karbon dioksida yang terkait. Swann tiba di UC Berkeley pada tahun 2005 untuk melakukan pekerjaan doktoralnya dengan Inez Fung, seorang ilmuwan atmosfer. Peneliti lain sebelumnya telah melihat ke dalam efek potensial dari perluasan hutan pohon cemara utara; tidak mengherankan, mereka menemukan bahwa Kutub Utara kemungkinan akan menjadi lebih hangat karena daun pohon-pohon itu gelap dan akan menyerap lebih banyak sinar matahari daripada hampir semua tundra, es, dan semak yang mungkin mereka ganti. Pohon mengkolonisasi garis lintang yang lebih tinggi saat bola bumi menghangat, jadi sepertinya masuk akal untuk bertanya apa dampaknya terhadap iklim kawasan. Swann memutuskan untuk melihat apa yang akan terjadi jika hutan perambahan adalah pohon gugur dengan daun berwarna lebih terang, seperti birch atau aspen. Pada pertengahan 2000-an, model telah cukup membaik sehingga para ilmuwan dapat lebih tepatnya mempelajari peran yang mungkin dimainkan tanaman dalam sistem iklim.Swann menetapkan bahwa hutan tiruannya memancarkan banyak uap air, yang, seperti karbon dioksida, adalah gas rumah kaca yang menyerap radiasi infra merah dari Bumi dan mengarahkan sebagiannya ke bawah. Uap itu kemudian menyebabkan es mencair di darat dan di laut, memperlihatkan permukaan yang lebih gelap yang menyerap lebih banyak sinar matahari dan tumbuh lebih hangat. Dalam modelnya, Arktik masih hangat — sekitar 1 derajat Celcius, yang lebih dari yang dia harapkan. Hutan-hutan baru telah memulai putaran umpan balik, memperkuat dampak perubahan iklim. Lagi pula, latihan ini melebih-lebihkan sesuatu yang sudah terjadi di dunia nyata: Data satelit telah menunjukkan bahwa benua-benua ini menghijau ketika bekas lahan pertanian kembali ke hutan, mungkin dibantu oleh peningkatan karbon dioksida atmosfer dan musim tumbuh lebih lama. Dalam sebuah studi terpisah, Swann mengubah semua area yang bervegetasi di Amerika Utara yang beriklim sedang, Eropa, dan Asia menjadi hutan. Efek ini disebabkan oleh reposisi sel Hadley — sabuk konveyor besar udara yang naik dari garis khatulistiwa, membuang hujannya ke atas daerah tropis, dan turun lagi sebagai udara kering di sekitar 30 derajat lintang utara dan selatan, tempat sebagian besar gurun dunia berada. Seperti dalam studi Arktik, pohon-pohon baru menyerap sinar matahari dan menghangatkan, menambah energi ke sistem iklim.Dalam peristiwa El Nino berkala, yang telah dipahami sejak 1920-an, air permukaan yang luar biasa hangat di Samudra Pasifik timur memicu hujan lebat di Amerika Selatan bagian barat dan Afrika serta kekeringan di Asia Tenggara dan Australia. Swann tampaknya telah mengungkap "teleconnection" yang tersembunyi - suatu wilayah yang bergoyang jauh dari yang jauh melalui mekanisme atmosfer yang halus. Fung tidak mengejutkan: para ilmuwan atmosfer telah merasa nyaman dengan pengaruh yang begitu jauh. Sebuah studi baru-baru ini di Nature melaporkan bahwa dalam tiga setengah dekade terakhir, tutupan pohon telah meningkat lebih dari 2 juta kilometer persegi di wilayah ini. Skenario seperti Kutub Utara yang hijau atau zona beriklim sedang tidak terlalu jauh kelihatannya. Selama kira-kira periode yang sama ketika pohon-pohon beriklim dan boreal naik ke permukaan, sekitar 20 persen hutan hujan Amazon ditebang. Sejak 2010, hampir 130 juta pohon telah mati di California saja, sebagian besar karena kekeringan dan kebakaran hutan.
Berdasarkan kekeringan parah yang terjadi pada tahun 2005, 2010, dan 2015, beberapa ilmuwan percaya Amazon mungkin mendekati titik kritis yang akan menyebabkan banyak hutan hujannya beralih ke sabana, dengan konsekuensi yang berpotensi menghancurkan untuk penyimpanan karbon, keanekaragaman hayati, dan iklim lokal . Beberapa ilmuwan meramalkan bahwa banyak hutan di Barat Daya bisa menjadi sabana atau padang rumput, dan setidaknya satu - Nate McDowell di Laboratorium Nasional Los Alamos - telah dikutip mengatakan bahwa sebagian besar pohon di wilayah itu bisa mati. Sebuah makalah dari akhir 2017 memberikan bukti bahwa pemanasan di masa depan akan membuat kekeringan lebih mematikan bagi hutan-hutan di Amerika Barat Daya. Studi-studi dari masing-masing daun menunjukkan bahwa ketika tanaman dimandikan dalam karbon dioksida, mereka tidak perlu membuat sebanyak stomata per daun, dan mereka menutup yang mereka lakukan membuat lebih banyak waktu. Awal tahun ini, dua kelompok ilmuwan, yang keduanya termasuk Swann, menulis studi tentang bagaimana transportasi air yang digerakkan hutan akan berubah ketika tingkat karbon dioksida naik. Terlebih lagi, ketika tanaman tumbuh, mereka mendinginkan permukaan bumi dan menghangatkan udara, sama seperti penguapan keringat mendinginkan tubuh Anda di hari yang panas. Perubahan-perubahan ini membantu tanaman hutan menghemat air untuk bertahan hidup, tetapi mereka mengurangi uap air yang tersedia untuk turun sebagai hujan di benua sekitarnya. Perubahan tingkat daun, ditingkatkan di seluruh benua, dapat merampas atmosfer kelembaban dan menghangatkan permukaan planet. Untuk Michael Pritchard, seorang klimatologis di University of California di Irvine, hasil Swann "sangat provokatif ...Pengetahuan itu mengilhami dia untuk bergabung dengan sebuah kelompok yang dipimpin oleh Gabriel Kooperman, seorang ilmuwan iklim saat itu di UC Irvine, menyelidiki efek masa depan dari peningkatan karbon dioksida di tiga wilayah hutan tropis utama — Amazon, Afrika Tengah, dan Asia Tenggara. Dalam sebuah penelitian diterbitkan dalam Nature Climate Change pada bulan April, para peneliti menemukan bahwa penutupan stomata akan menyebabkan setengah dari perubahan curah hujan yang akan dilihat oleh daerah pada tahun 2100. Selain itu, Amazon - rumah bagi hutan hujan yang paling kaya karbon dan keanekaragaman hayati di dunia - akan terkena dampaknya. penurunan paling parah. Dalam sebuah makalah 2016, ia melaporkan bahwa memusnahkan hutan di Amerika Utara bagian barat membuat hutan di Amerika Selatan bagian timur tumbuh lebih kuat, sekaligus mengurangi pertumbuhan di Eropa. Dalam modelnya, ia membunuh hutan di 13 daerah berhutan lebat yang National Science Foundation telah mengidentifikasi sebagai berbeda secara ekologis. Dalam beberapa tahun terakhir, Pasifik Barat Daya, pada kenyataannya, telah kehilangan sekitar 100 juta pohon, sebagian besar karena kekeringan dan serangga yang rakus. Dan dalam sebuah penelitian yang diterbitkan pada bulan Mei, ia menyelidiki bagaimana kerusakan hutan A.S. akan mempengaruhi hutan di tempat lain di negara ini. Ketika dia memusnahkan pohon-pohon di Pasifik Barat Daya, hutan di Midwest dan Amerika Serikat bagian timur menderita.Swann menekankan bahwa ini tidak berarti orang harus menebangi hutan, yang memberikan manfaat yang tak terhitung jumlahnya di luar pengaruhnya terhadap wilayah lain, termasuk penyimpanan karbon, habitat satwa liar, dan penyaringan air. Tetapi dia mencatat bahwa kelompok lingkungan sering menanam pohon sebagai solusi iklim tanpa mempertimbangkan apakah pohon dapat merusak hutan di tempat lain — atau menghangatkan planet dengan menyerap energi matahari. Dalam studi Swann, menghilangkan pohon dari pertengahan Atlantik benar-benar membantu hutan di tempat lain, dengan membuat musim panas di kawasan itu lebih dingin atau lebih basah. "Yang ingin kami katakan adalah, jika Anda menanam pohon sebanyak ini, Anda akan melihat ini pengurangan pemanasan planet, "kata Bonan. Penanaman pohon besar-besaran yang disponsori pemerintah telah terjadi di Cina dan Sahel Afrika, misalnya. "Semakin kecil skala kita, saya pikir akan semakin sulit untuk mengidentifikasi respons iklim ini dan respons hutan selanjutnya," katanya. Dia berpikir model iklim tidak mewakili biologi tanaman dan fisika pergerakan udara dan curah hujan cukup akurat untuk mengatakan sesuatu yang bermakna tentang dunia biologis nyata. Dia mencatat, misalnya, bahwa model iklim yang berbeda diberi input yang sama sering membuat prediksi yang berbeda.Biasanya, para ilmuwan iklim tidak yakin bahwa suatu fenomena itu nyata sampai mereka melihatnya dalam keluaran berbagai model; misalnya, laporan Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim berikutnya akan memasukkan hasil dari lebih dari 30 model. Yang lain menunjukkan bahwa para peneliti ekoklimat sangat bergantung pada satu model, Community Earth System Model, atau CESM. Situasi ini mengingatkan kita pada kupu-kupu hipotetis yang mengepakkan sayapnya di Brasil dan memicu tornado di Texas: Swann dan rekan-rekannya dapat mengatur kupu-kupu berkibar dan melihat tornado terbentuk, tetapi mereka tidak sepenuhnya memahami apa yang terjadi di antaranya. Swann menambahkan kritiknya sendiri: Dia dan rekan-rekannya tidak selalu dapat menyatukan seluruh rantai sebab-akibat fisik yang melaluinya hutan mempengaruhi daerah yang jauh dalam model-modelnya. Dalam makalahnya baru-baru ini tentang hutan A.S., misalnya, ada terlalu banyak mekanisme yang berbeda untuk menyelidiki satu per satu, katanya. Kebanyakan model, tidak seperti CESM, hanya dapat dijalankan di pusat pemodelan oleh segelintir ilmuwan yang menciptakannya. Orang-orang itu sibuk menjalankan simulasi untuk laporan Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim berikutnya, yang akan keluar pada tahun 2022.Model-model berbeda secara liar pada seberapa banyak awan akan berkontribusi pada pendinginan dan pemanasan di masa depan, dan dengan demikian apakah penggandaan karbon dioksida atmosfer akan menjadi masalah tetapi dapat dikelola, atau menjadi bencana besar. Awan mendinginkan planet dengan memantulkan sinar matahari yang masuk, tetapi mereka juga menghangatkan planet karena terbuat dari uap air, gas rumah kaca. Selama lebih dari satu dekade, ahli iklim telah melihat awan sebagai sumber ketidakpastian terbesar dalam model. Tetapi berapa banyak hujan akan turun di suatu wilayah, dan kapan, dan seberapa banyak hujan akan bervariasi dari musim ke musim dan dari tahun ke tahun akan membuat semua perbedaan dalam menentukan tempat mana yang akan tetap layak huni dan tempat mana yang tidak. Dan hasil Swann dan Fung membuka setidaknya kemungkinan bahwa tanaman dapat memiliki efek sebanyak fisika awan pada jawaban atas pertanyaan seperti itu. Dengan jumlah itu, dia mungkin memiliki alat yang bahkan lebih kuat untuk meyakinkan peneliti lain bahwa ekologi dan sains atmosfer tidak dapat dipisahkan. Itu sebabnya Swann memulai proyek baru: untuk mencoba menghitung berapa banyak tanaman berkontribusi pada ketidakpastian dalam hasil model iklim.Dia dan David Breshears, seorang ahli ekologi di University of Arizona dan salah satu rekan penulisnya di koran hutan AS, juga mengeksplorasi bagaimana hilangnya hutan barat daya di masa depan akan mempengaruhi iklim Midwest, keranjang roti nasional dan salah satu yang paling produktif. area pertanian di Bumi. Namun, Swann mengakui bahwa dia "sedikit di sisi yang lebih skeptis" bahwa sinyal seperti itu akan muncul di tengah banyak dorongan dan tarikan yang dialami hutan. Proyek potensial lainnya melibatkan melihat data hutan untuk bukti pengamatan dari telekonneksi yang ditemukan dalam studi pemodelan. Dalam lebih dari satu dekade, telekomunikasi jarak jauh telah berubah dari yang tidak dikenal menjadi muncul sebagai topik diskusi yang sering di pertemuan ilmiah besar seperti Masyarakat Ekologi dari Amerika dan Uni Geofisika Amerika. (source)