Penelitian baru dari Dartmouth memberikan bukti pertama bahwa tanah beku di Arktik merupakan kekuatan dominan yang membentuk sungai-sungai paling utara di bumi. Permafrost, lapisan tanah tebal yang tetap membeku selama dua tahun atau lebih, menjadi alasan mengapa sungai-sungai di Arktik terbatas pada wilayah yang lebih kecil dan lembah yang lebih dangkal dibandingkan sungai-sungai di selatan, menurut sebuah penelitian di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Namun lapisan es juga merupakan reservoir karbon dalam jumlah besar yang semakin rapuh. Ketika perubahan iklim melemahkan permafrost Artik, para peneliti menghitung bahwa setiap 1,8 derajat Fahrenheit (1 derajat Celcius) pemanasan global dapat melepaskan karbon sebanyak 35 juta mobil dalam setahun karena saluran air di kutub meluas dan mengaduk tanah yang mencair.
“Seluruh permukaan bumi berada dalam tarik menarik antara proses seperti lereng bukit yang memperhalus lanskap dan kekuatan seperti sungai yang membelahnya,” kata penulis pertama Joanmarie Del Vecchio, yang memimpin penelitian sebagai Neukom Postdoctoral Fellow di Dartmouth bersama para penasihat dan rekan penulis studi Marisa Palucis, asisten profesor ilmu bumi, dan profesor teknik Colin Meyer.
“Kami memahami fisika pada tingkat fundamental, namun ketika keadaan mulai membeku dan mencair, sulit untuk memprediksi pihak mana yang akan menang,” kata Del Vecchio. “Jika lereng bukit menang, mereka akan mengubur semua karbon yang terperangkap di dalam tanah. Namun jika keadaan menjadi hangat dan tiba-tiba saluran sungai mulai memanas, kita akan melihat sejumlah besar karbon terlepas ke atmosfer. Hal ini kemungkinan besar akan menciptakan lingkaran umpan balik pemanasan yang mengarah pada pelepasan lebih banyak gas rumah kaca.”
Para peneliti mulai memahami mengapa daerah aliran sungai di Arktik – total wilayah drainase sebuah sungai dan saluran air yang terhubung dengannya – cenderung memiliki wilayah sungai yang lebih sedikit dibandingkan daerah aliran sungai di iklim yang lebih hangat, yang dapat memiliki anak-anak sungai yang luas yang tersebar di lanskap tersebut. Del Vecchio, yang sekarang menjadi peneliti tamu di Dartmouth dan asisten profesor di College of William and Mary, menyusun penelitian ini pada tahun 2019 saat melakukan kerja lapangan di Alaska. Dia mendaki bukit dari tempat kerjanya di tepi sungai dan melihat pemandangan lereng gunung terjal yang tidak terputus oleh sungai atau kali kecil.
“Tampaknya lereng bukitlah yang menang dan salurannya kalah,” kata Del Vecchio. “Kami ingin menguji apakah suhulah yang mempengaruhi lanskap ini. Kami sangat beruntung memiliki jumlah data permukaan dan ketinggian digital yang dihasilkan dalam beberapa tahun terakhir. Kami tidak dapat melakukan penelitian ini beberapa tahun yang lalu.”
Para peneliti memeriksa kedalaman, topografi, dan kondisi tanah di lebih dari 69.000 daerah aliran sungai di belahan bumi utara – dari tepat di atas Tropic of Cancer hingga Kutub Utara – menggunakan data satelit dan iklim. Mereka mengukur persentase lahan yang ditempati setiap jaringan saluran sungai di dalam daerah aliran sungainya, serta kecuraman lembah sungai.
Empat puluh tujuh persen daerah aliran sungai yang dianalisis dibentuk oleh lapisan es. Dibandingkan dengan daerah aliran sungai yang beriklim sedang, lembah sungai di wilayah ini lebih dalam dan curam serta 20% lebih sedikit lanskap di sekitarnya yang ditempati oleh saluran. Kesamaan ini terjadi meskipun ada perbedaan dalam sejarah glasial, latar belakang kecuraman topografi, curah hujan tahunan, dan faktor-faktor lain yang mungkin menentukan tarik menarik air dan tanah, lapor para peneliti. Daerah aliran sungai Arktik dibentuk oleh satu kesamaan, yakni lapisan es (permafrost).
“Bagaimanapun kita membaginya, wilayah dengan saluran sungai yang lebih besar dan lebih banyak akan menjadi lebih hangat dengan suhu rata-rata yang lebih tinggi dan lapisan es yang lebih sedikit,” kata Del Vecchio. “Anda membutuhkan lebih banyak air untuk membuat lembah di daerah yang memiliki lapisan es.”
Kekuatan lapisan es untuk membatasi jejak sungai di Arktik juga memungkinkannya menyimpan sejumlah besar karbon di bumi yang membeku, menurut penelitian tersebut. Untuk memperkirakan karbon yang akan dilepaskan dari daerah aliran sungai ini akibat perubahan iklim, para peneliti menggabungkan jumlah karbon yang tersimpan di lapisan es dengan erosi tanah yang diakibatkan oleh pencairan tanah dan tersapu oleh sungai Arktik yang menyebar.
Penelitian menunjukkan bahwa suhu di Arktik telah memanas lebih dari 3,6 derajat Fahrenheit (2 derajat Celsius) di atas tingkat pra-industri, atau kira-kira sejak tahun 1850, kata Del Vecchio. Para ilmuwan memperkirakan bahwa pencairan permafrost Artic secara bertahap dapat melepaskan antara 22 miliar hingga 432 miliar ton karbon dioksida pada tahun 2100 jika emisi gas rumah kaca saat ini dapat dikendalikan – dan sebanyak 550 miliar ton jika tidak dilakukan, katanya. Badan Energi Internasional memperkirakan bahwa konsumsi energi pada tahun 2022 melepaskan lebih dari 36 miliar ton karbon dioksida ke atmosfer, yang merupakan angka tertinggi sepanjang masa.
Arktik telah beradaptasi dengan cuaca dingin begitu lama sehingga para ilmuwan tidak tahu berapa banyak, atau seberapa cepat, karbon akan dilepaskan jika lapisan es mencair dalam skala waktu yang dipercepat, kata Palucis, yang kelompok penelitiannya menggunakan Arktik sebagai penggantinya. bagi Mars untuk mempelajari proses permukaan Planet Merah. “Meskipun Arktik pernah mengalami pemanasan di masa lalu, hal yang menakutkan adalah betapa cepatnya pemanasan tersebut terjadi saat ini. Lanskap harus merespons dengan cepat dan hal ini bisa menimbulkan trauma,” katanya.
Palucis mengenang perjalanan penelitiannya ke Kutub Utara ketika dia melihat bongkahan batuan dasar seukuran bangunan kecil putus dari tebing. Penyebab pembelahan tersebut adalah aliran kecil air yang meresap ke dalam batu dan melemahkannya.
“Ini adalah lanskap yang beradaptasi dengan kondisi yang lebih dingin, jadi ketika Anda mengubahnya, bahkan sejumlah kecil air yang mengalir melalui bebatuan sudah cukup untuk menyebabkan perubahan besar,” kata Palucis.
“Pemahaman kita tentang lanskap Arktik kurang lebih sama dengan pemahaman kita terhadap lanskap beriklim sedang 100 tahun yang lalu,” katanya. “Studi ini merupakan langkah pertama yang penting dalam menunjukkan bahwa model dan teori yang kita miliki untuk daerah aliran sungai beriklim sedang tidak dapat diterapkan di wilayah kutub. Ini adalah serangkaian pintu baru yang harus dilalui dalam memahami lanskap ini.”
Inti sedimen yang dikumpulkan dari Arktik telah menunjukkan limpasan tanah dan simpanan karbon yang luas sekitar 10.000 tahun yang lalu, menunjukkan wilayah yang jauh lebih hangat dibandingkan saat ini, kata Del Vecchio. Saat ini, wilayah seperti Pennsylvania dan Amerika Serikat Atlantik Tengah yang berada tepat di sebelah selatan jangkauan terjauh gletser Zaman Es menandakan masa depan Arktik modern.
“Kami memiliki beberapa bukti dari masa lalu bahwa banyak sedimen yang terlepas ke laut saat terjadi pemanasan,” kata Del Vecchio. “Dan sekarang kami memiliki gambaran dari makalah kami yang menunjukkan bahwa Arktik akan mendapatkan lebih banyak saluran air seiring dengan semakin hangatnya suhu. Namun tidak satupun dari pernyataan tersebut sama dengan mengatakan, 'Inilah yang terjadi jika Anda memotret pemandangan yang dingin dan menaikkan suhunya dengan sangat cepat.' Saya rasa kita tidak tahu bagaimana hal itu akan berubah.”