PERUBAHAN iklim menyimpan sebuah paradoks yang jarang disadari. Di saat suhu di permukaan Bumi dan atmosfer bawah terus melonjak, atmosfer bagian atas justru mengalami pendinginan yang drastis. Fenomena ini telah diketahui selama puluhan tahun sebagai “sidik jari” nyata dari aktivitas manusia, namun mekanisme fisik di baliknya baru saja terungkap secara mendalam.
Sebuah studi terbaru dari Lamont-Doherty Earth Observatory, Universitas Columbia, berhasil menjelaskan dinamika ini melalui model matematika yang presisi. Riset yang dipimpin oleh Sean Cohen ini mengungkap bahwa karbon dioksida (CO2) memainkan peran yang bertolak belakang tergantung pada ketinggiannya.
Satu Gas, Dua Cerita Berbeda
Di atmosfer bawah (troposfer), CO2 bertindak seperti selimut yang memerangkap panas, sehingga suhu permukaan Bumi meningkat. Namun, di lapisan stratosfer, sekitar 11 hingga 50 kilometer di atas permukaan, dinamikanya berubah total.
Pada ketinggian tersebut, molekul CO2 lebih berfungsi sebagai radiator daripada selimut. Molekul ini menyerap energi inframerah dari bawah, namun segera memancarkannya kembali ke luar angkasa. Semakin banyak konsentrasi CO2 di stratosfer, semakin efisien lapisan ini membuang panas ke ruang hampa, yang mengakibatkan suhu stratosfer menurun drastis.
Tercatat, stratosfer telah mendingin sekitar 2 derajat Celsius sejak pertengahan 1980-an. Angka ini 10 kali lebih besar dari perkiraan awal jika tanpa pengaruh emisi CO2 manusia.
Mekanisme Pendinginan yang Efisien
Tim peneliti menemukan bahwa kunci proses ini terletak pada interaksi CO2 dengan panjang gelombang cahaya inframerah tertentu. Sean Cohen menjelaskan ada zona khusus panjang gelombang yang sangat efektif dalam mendorong pendinginan stratosfer. Seiring meningkatnya konsentrasi CO2, zona efisiensi ini terus melebar.
“Teori yang ada sebelumnya sangat berwawasan, tetapi saat ini kita kekurangan teori kuantitatif untuk pendinginan stratosfer yang diinduksi oleh CO2,” ujar Cohen. “Perubahan efisiensi itulah yang pada akhirnya menjadi pendorong utama pendinginan stratosfer.”
Fenomena ini menciptakan efek yang memperburuk pemanasan di permukaan Bumi. Stratosfer yang mendingin justru menyebabkan lebih sedikit energi inframerah secara keseluruhan yang bisa lepas ke luar angkasa. Akibatnya, lebih banyak panas yang terperangkap di dalam sistem Bumi, yang memperkuat pemanasan di lapisan bawah.
Robert Pincus, salah satu penulis studi, menekankan bahwa penelitian ini memberikan pemahaman mekanistik yang selama ini menjadi celah dalam ilmu iklim selama setengah abad.
“Ini benar-benar memberi tahu kita apa yang esensial,” kata Pincus.
Selain memperkuat model prediksi iklim di Bumi, temuan yang dipublikasikan dalam jurnal Nature Geoscience ini juga dapat diterapkan untuk memahami atmosfer planet lain di tata surya maupun eksoplanet di luar sana. Memahami bagaimana CO2 berperilaku di atmosfer atas memberi para ilmuwan alat baru untuk membedah kondisi di dunia lain yang jauh dari Bumi. (Earth/Z-2)