Paleoklimatologi merupakan salah satu cabang ilmu yang mempelajari iklim pada masa lalu dan efeknya terhadap kehidupan di bumi. Metode yang digunakan untuk mengetahui paleoklimatologi ada bermacam-macam, salah satunya adalah geokimia (isotop stabil). Metode ini dipercaya memiliki tingkat keberhasilan paling tinggi dalam studi paleoklimatologi. Urey (1947) menjelaskan bahwa komposisi isotop dari karbonat dapat digunakan untuk mengetahui paleotemperatur. Hal tersebut disimpulkan dari perhitungan temperatur yang memengaruhi fraksinasi isotop oksigen antara kalsium karbonat (CaCO3) dan air (H2O). Berikut ini contoh reaksi fraksinasi antara kalsit dan air:
ToC = 16,9 – 4,2∆cal-H2O + 0,13∆2cal-H2O
Sejarah iklim bumi juga dapat diketahui melalui analisis isotop oksigen dari karbonat purba. Namun, pada kenyataannya, hal yang dikemukakan oleh Urey (1947) tidak mudah dilakukan karena komposisi isotop tidak hanya bergantung pada temperatur, tetapi juga bergantung pada tempat organisme yang mensekresikan karbonat itu tumbuh (vital effect). Spesies yang berbeda memiliki kemungkinan untuk memfraksinasi isotop oksigen dengan cara yang berbeda pula. Selain itu, pascapemendaman (post-burial) turut berpengaruh pada pertukaran isotop dengan air yang terkandung dalam pori-pori sedimen.
Emiliani (1955) dalam penelitiannya menemukan 15 siklus perubahan glasial-interglasial (glacial-interglacial) selama kurang lebih 600.000 tahun yang lalu. Fakta penting pertama yang disimpulkannya adalah pendinginan akan selalu terjadi di lintang rendah. Fakta berikutnya, gaya penggerak dasar dari siklus iklim pada umur kuarter adalah variasi dari orbit bumi, dan sebagai konsekuensi dari bervariasinya aliran tenaga matahari (insolasi). Komposisi isotop di lautan sangat bervariasi antara glasial dan interglasial, tepatnya saat air tersimpan di dalam atau membentuk es. Hal inilah yang meningkatkan kandungan isotop oksigen 18 (18O) di lautan.
Faktor temperatur merupakan hal sekunder yang menyebabkan variasi isotop oksigen pada karbonat biogenik, sedangkan faktor utamanya adalah air yang tersimpan di dalam atau membentuk es (Shackleton dan Opdyke, 1973). Jika saja komposisi dan volume es glasial diketahui, maka akan mudah untuk menghitung efek dari pembentukan es kontinental terhadap komposisi isotop lautan.
Penelitian Emiliani (1955) sebelumnya menyimpulkan bahwa siklus glasial-interglasial merupakan hasil dari variasi parameter orbit bumi, hal tersebut kemudian lebih dikenal dengan nama Siklus Milankovitch. Variasi parameter tersebut tidak begitu memberikan efek terhadap total radiasi yang diterima bumi, tetapi lebih memengaruhi pola radiasi yang datang. Iklim tidak secara instan merespon gaya (Imbrie, 1985). Adanya jeda atau keterlambatan antara forcing function (insolasi) dan respon iklim (temperatur) merupakan faktor yang menyebabkan dapat terjadinya hal tersebut. Bagaimanakah terjadinya glasiasi, sedangkan variasi parameter orbit bumi tidak memengaruhi total insolasi yang diterima bumi, hanya pola ruang dan waktunya saja. Faktor kuncinya adalah insolasi yang diterima di daerah tinggian pada bagian lintang utara.
Jika ditinjau dari segi volume, konsentrasi CO2 di tanah secara umum lebih tinggi 1% dibandingkan di ruang atmosfer. Hasilnya air tanah akan menjadi terlalu jenuh (oversaturated) dibandingkan karbonat. Korelasi kuat terjadi antara isotop oksigen 18 (18O) yang terdapat pada tanah karbonat dan air meteorik lokal. Tanah karbonat cenderung mengandung 5‰ lebih banyak (terkayakan oleh) 18O. Ada dua faktor utama yang memengaruhi hal tersebut. Pertama, air tanah relatif terkayakan dibandingkan air meteorik sebagai hasil dari evaporasi “istimewa” dari molekul isotop air. Kedua, hujan (atau salju) akan turun saat iklim cenderung hangat.
Bahan bacaan:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Isotope
- https://en.wikipedia.org/wiki/Paleoclimatology
- https://id.wikipedia.org/wiki/Oksigen
- https://id.wikipedia.org/wiki/Orbital_atom
- https://id.wikipedia.org/wiki/Rasio_isotop_stabil
- https://www.britannica.com/science/isotope
- https://www.ncdc.noaa.gov/news/what-paleoclimatology
- White, W.M. (2013): Geochemistry, John Willey & Sons Ltd, New York, 396-404.
Penulis:
Sugeng Purwo Saputro, peneliti bidang petrologi, geokimia anorganik, dan volkanologi di LIPI.
Kontak: sugeng.p.saputro(at)gmail(dot)com
