MAKALAH
THE OCEAN AND GLOBAL CLIMATE CHANGE :
PHYSICAL AND BIOLOGICAL ASPECTS
Disusun untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Dinamika Ekosistem Laut dibawah bimbingan Ibu Ir. Aida Sartimbul M.Sc., P.Hd.
Oleh : Kelompok 3
PROGRAM STUDI ILMU KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MAKALAH
THE OCEAN AND GLOBAL CLIMATE CHANGE :
PHYSICAL AND BIOLOGICAL ASPECTS
Disusun untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Dinamika Ekosistem Laut dibawah bimbingan Ibu Ir. Aida Sartimbul M.Sc., P.Hd.
Oleh :
Tanti Yusilia R 135080601111038
Guntoro Ahmad A 135080601111046
Rizal Ferdyansah 135080601111051
Singgih Irawan 135080601111058
Wasis Prawiranata 135080601111061
Rachmawati 135080601111069
M. Annuriansyah E 135080601111077
Billjune Filzah H 135080601111099
M. Reza Alf 135080601111100
Syamsinardi Yusuf 135080601111106
Friska Purdiana 135080601111114
M. Bagus Nugraha 135080607111002
Rifqi Dafa I 135080607111013
PROGRAM STUDI ILMU KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Lautan memiliki sirkulasi yang berada dibawahlaut, yaitu sirkulasi termohalin. Air yang hangat didaerah khatulistiwa, dan kemudian bergerak kekutub di arus utama, menurunkan panas ke atmosfer. Di daerah subarctic pendinginan dan pembentukan es menyebabkan air menjadi lebih padat. Air yang menuju kebawah kemudian membentuk "perairan dalam”.Proses tenggelaman inilah awal dari perjalanan panjang menujudasar laut. Dibeberapa perairan dalam, mereka melalui cekungan Atlantik selatan, yang bergerak ke cekungan Pasifk, dan bergerak perlahan ke utara dan membutuhkan waktu seribu tahun.
Didaerah pembentukan laut dalam, terdapat CO2 terlarut dengan jumlah yang besa rdi dalam air, semakin besar kedalaman semakin besar konsentrasinya dan dikeluarkan melalui bantuan atmosfer. Sebaliknya, di daerah upwelling, terutama pada upwelling yang besar dan terjadi di daerah tropis, perpindahan air hangat yang disebabkan oleh upweliing menjadikan air dingin menghasilkan miliaran ton karbon dioksida. Ini merupakan mekanisme fsika yang besar yang terjadi dimana lautan melakukan pertukaran karbondioksida dengan atmosfer, dan ada beberapa pendapat bahwa pertukaran tersebut terjadi secara tidak seimbang. Ternyata, di samping itu telah terjadi proses biologis penting yang membantu pembuangan karbondioksida dari atmosfer yang kemudian akandi transfer ke laut dalam.
Lebih dari 99% dari karbondioksida ditambahkan ke atmosfer bumi dan beberapa persen telah diambil oleh ftoplankton dan mengendap ke dasar laut untuk membentuk batu berkapur dan bahan bakar fosil. Mekanisme biologi ini dikenal sebagai pompa biologis atau biological pump.Untuk 150 tahun terakhir, konsentrasi karbondioksida dari atmosfer meningkat sebagai akibat dari aktivitas manusia yang terus menebang hutan dan membakar bahan bakar fosil. Hal ini yang sekarang diperkirakan menjadi penyebab terjadinya kenaikan suhu global dalam atmosfer atau"efek gas rumahkaca”. Sebelum terjadi perubahan yang besar , dapat dilakukan prediksi, sejauh mana lautan mungkin menampung kelebihan karbondioksida.
Suhu permukaan rata-rata bumi adalah sekitar 15°C. Jika tidak ada uap air, karbondioksida, atau metana di atmosfer, suhu permukaan akan berada di bawah titik beku -18°C dan semua sungai, danau, dan lautan akan membeku. Alasan yag lebih baik, suhu yang lebih nyaman adalah kenyataan bahwa gas rumah kaca ini menunda panas dari meninggalkan bumi dengan menjebak dalam atmosfer yang lebih rendah. Seperti yang ditunjukkan dalam Bab 3, semua panas yang diterima di bumi berasal dari permukaan matahari melalui proses radiasi yang sering disebut radiasi gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang yang ada diantara 0,2 dan 2,4µm, disebut radiasi gelombang pendek. Menurut Kiehl dan Trenberth (1997), sekitar 31% dari radiasi yang masuk ini dipantulkan kembali ke angkasa, ~ 20% diserap oleh ozon, uap air, awan, dan debu di atmosfer, dan ~ 49% diserap oleh tanah dan air di permukaan bumi. Semua peredam ini secara bergilir memancarkan panas dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi panjang gelombang yang kembali lebih panjang dari pada panjang gelombang yang masuk, sesuai dengan hukum radiasi Planck, yang menyatakan bahwa bagian yang lebih dingin memancarkan panjang gelombang yang lebih panjang. Radiasi dari permukaan bumi dan atmosfer ada pada panjang gelombang antara 5 dan 100µm, dan disebut panjang gelombang radiasi.
Atmosfer yang cukup transparan terhadap radiasi gelombang pendek dari matahari, hanya ~ 20% dari radiasi yang masuk diserap oleh atmosfer. Radiasi gelombang panjang adalah cerita lain. Kira-kira 90% dari radiasi gelombang panjang meninggalkan permukaan bumi yang kemudian diserap di atmosfer oleh gas rumah kaca. Panas ini akhirnya mencapai lapisan atas atmosfer yang lebih rendah dan hilang ke angkasa luar, tetapi penyerapan oleh gas rumah kaca menunda sisa gelombang dan menjaga atmosfer yang lebih rendah agar lebih hangat dari itu akan ada jika transparasi atmosfer terhadap radiasi gelombang panjang ada. Jumlah panas yang terperangkap dan suhu yang dihasilkan dari atmosfer jelas bervariasi langsung dengan konsentrasi gas-gas ini. Jika gas sangat terkonsentrasi, maka suhu akan sangat tinggi seperti pada planet venus (400°C) dan jika konsentrasi rendah, akan seperti di Mars (-50°C).
efek pemanasan ini karena uap air, 26% karbon dioksida, 8% ozon, dan 6% untuk metana dan dinitrogen oksida. Gas-gas lain seperti chlorofuorocarbons, berkontribusi ~ 1% atau kurang untuk efek pemanasan keseluruhan. Untuk hidup di lautan, elemen yang paling penting dalam gas-gas ini adalah karbon (C) dalam karbon dioksida (CO2).
Pelepasan karbon baru hasil dari pembakaran bahan bakar fosil dan deforestasi tidak semuanya berada di atmosfr, melainkan terbawa ke biosfer dan laut. Kondisi ini membuktikan, alam dapat menyerap lebih dari setengah emisi karbon. Meski demikian, perubahan iklim menyebabkan alam memperlambat penyerapan karbon, atau bahkan mulai melepaskan karbon, yang disebabkan oleh penggunaan bahan bakar fosil dan deforestasi (Mardesyawati, 2007). Perkiraan besaran penyimpan karbon dan fuks dalam siklus karbon global terus – menerus diperbarui. Ulasan terbaru dari Sarmiento dan Gruber (2002), diilustrasikan pada gambar dibawah, yang memisahkan nilai-nilai pra-industri dari nilai-nilai antropogenik. Di atmosfer, misalnya, ada ~ 590 Pg karbon di era pra-industri tetapi hari ini nilai adalah ~ 161 Pg dengan peningkatan lebih dari ~ 30%. Fluks alami atau non-antropogenik antara atmosfer dan tanah dan laut sekitar tampak seimbang pada gambar, tetapi fuks antropogenik tidak seimbang karena input tahunan ke atmosfer 5,4 Pg dari pembakaran bahan bakar fosil. Dari keseluruhan 3700 Pg bahan bakar fosil yang berupa karbon, 220 Pg telah dimasukkan ke dalam atmosfer. Deforestasi telah menambahkan lebih 124 Pg untuk total 344 Pg ditambahkan ke atmosfer selama 150 tahun terakhir. Sekitar 65 Pg dari total sekarang kembali pada biosfer terestrial melalui proses seperti re-growth hutan, ~ 161 Pg tetap di atmosfer, dan 118 Pg terlarut di laut.
Tingkat di mana karbondioksida ditukar antara lautan bumi dan atmosfer, tergantung pada gradien tekanan parsial gas di permukaan laut. Selama periode tahunan ~ 90,6 Pg karbon ditransfer dari laut ke atmosfer sementara ~ 91,9 Pg memasuki laut dari atmosfer ke lautan meningkat sekitar 1,3 Pg C y-1. Ketika CO2 larut di laut, 99% berdisosiasi dan bentuk ion bikarbonat (91%) dan ion karbonat (8%). Hanya ~ 1% mempertahankan struktur CO2, tetapi hanya sebagian kecil ini yang berpartisipasi dalam pertukaran dengan atmosfer (Prentice et al. 2001).
karbonat yang banyak digunakan hewan untuk membangun kerangka yang terbuat dari kalsium karbonat. Penurunan ini membuat organisme seperti plankton, karang dan moluska berjuang untuk membangun dan memelihara struktur pelindung mereka. Jika tekanan terhadap mereka besar, maka kemungkinan kepunahan populasi tidak bisa terhindarkan (Mardesyawati, 2007).
Bersama dengan bentuk karbon, terbentuk karbon anorganik terlarut (DIC) di laut. DIC biasanya disajikan sebagai "total CO2" seperti pada dua contoh distribusi vertikal dari jumlah CO2 pada kurva dibawah. Profl ini mewakili samudra Atlantik Utara dan Samudra Pasifk Utara menunjukkan beberapa ftur utama umum untuk semua lautan terbuka. Misalnya di Atlantik konsentrasi adalah terendah di permukaan dan telah meningkat ~ 10% pada ~ 1000 m, dan kemudian sedikit konstan ke bawah.
Untuk masa depan kehidupan di bumi,yang penting diperhatian adalah konsentrasi dari gas rumah kaca yang terus meningkat, sehingga meningkatkan efek rumah kaca atau yang sering kita sebut global warming Sejak tahun 1958 konsentrasi CO2 di atmosfer telah dicatat dari pengukuran langsung di Mauna Loa, Hawaii dan untuk berabad-abad sebelum tahun 1958 pengukuran juga telah banyak di lakukan.
ini meningkat lebih cepat kenaikan CO2 saat ini sama dengan kenaikan CO2 alami selam 420.000 tahun .
Kira-kira dua-pertiga dari peningkatan CO2 yang di sebabkan oleh faktor antropogenik sejak tahun 1850 adalah karena pembakaran batu bara, minyak, dan gas. Sepertiga sisanya adalah akibat dari penggundulan hutan . Saat ini, peningkatan CO2 bertanggung jawab terhadap peningkatan gas rumah kaca yaitu sebesar 60% terhitung muli tahun 1850. Selain CO2 ad pula nitrogen yang menyumbang sebanyak 20% dalam peningkatan gas rumah kaca, kenaikan gas rumah kca mnimbulkan banyak pertanyaan mengenai kenaikan suhu, perubahan iklim dan sebagainya.
Salah satu ftur yang menarik dari peningkatan CO2 di atmosfer baru-baru ini adlh bahwa pertumbuhan aktiftas manusia menyumbang setengah jumlah CO2 yang ada di tmosfer Hal ini diilustrasikan pada Gambar. 10.04, yang menunjukkan fuks tahunan emisi CO2 ke dalam atmosfer dari bahan bakar fosil dibandingkan dengan tingkat pertumbuhan CO2 yang diamati.
acara El Niño akan menyebabkan fuks peningkatan CO2 ke atmosfer. namun terjadi penurunn fuks selama El Niño di daerah ekuator karena dari penurunan upwelling sepanjang khatulistiwa dengan membawa air yang memiliki kandungan CO2 yang lebih tinggi.
Hubungan langsung antara konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer dan suhu atmosfer menjelaskan bahwa suhu udara adalah salah satu variabel kunci untuk memantau sedangkan gas meningkat. Untungnya suhu udara telah diukur secara akurat sepanjang 150 tahun terakhir alih tanah dan laut. Sebagaimana bisa dibayangkan, catatan suhu ini tidak merata dalam kualitas dan cakupan, dan menciptakan satu set data yang berguna untuk panjang diperlukan waktu rentan terhadap beberapa masalah yang tidak biasa. Di laut, masalah lain muncul. Folland dkk. (1984) menganalisis data suhu permukaan laut tersedia tetapi digunakan hanya nilai-nilai di malam hari karena pemanasan matahari dari kapal pada siang hari menghasilkan nilai palsu yang tinggi.
Band abu-abu pada Gambar di atas mendekati kisaran temperatur, sejak 1860, diperkirakan dengan simulasi komputer model iklim laut-atmosfer digabungkan. Band ini didasarkan pada empat simulasi terpisah, yang termasuk alam serta pendorong antropogenik. Kesepakatan antara pengamatan dan catatan simulasi jelas dekat, menunjukkan bahwa model secara memadai mewakili proses penting dalam respon global untuk konsentrasi berubah dari gas rumah kaca. hasilnya adalah rentang nilai menunjukkan meningkat 1,5-5,5 ° C selama 100 tahun ke depan. Rata-rata dari model prediksi adalah sekitar 3 ° C, atau lima kali kenaikan diamati selama 150 tahun terakhir.
Catatan 1000-tahun temperatur permukaan di belahan bumi utara ditunjukkan pada Gambar. 10,06 dibangun dari catatan instrumental (Jones et al. 2001) dan proxy data dari variasi dalam lingkaran pohon, karang, dan inti es (Mann et al. 1999). Dengan perspektif jangka panjang ini pemanasan di abad kedua puluh menelusuri peningkatan CO2 seperti yang diharapkan, dan ini jelas anomali milenium.
Biological pump melalui beberapa proses yaitu :
1. Pada kedalaman 0-100 m karbon dioksida dari atmosfer akan terlarut pada permukaan laut. Phytoplankton akan menggunakan CO2 untuk pertumbuhannya melalui proses fotosintesis dengan bantuan matahari dan juga beberapa nutrient. Beberapa CO2 kemudian dilepaskan kembali ke air melalui respirasi.
2. Beberapa karbon diteruskan ke konsumen utama: zooplankton dan flter feeder lainnya yang bergantung pada ftoplankton untuk energi mereka. Zooplankton berespirasi mengeluarkan CO2 dan juga mengeluarkan kotoran yang mengandung CO2. Kotoran dari zooplankton pada permukaan perairan yg mengandung Karbon dioksida akan tenggelam atau menuju ke kedalamanan.
3. Pada kedalaman 100-1000 meter zooplankton dan bacteria memakan karbon dioksida yang berasal dari permukaan. Bakteri memainkan peran penting dalam pompa biologis dengan menguraikan partikel organik seperti limbah produk dan organisme mati yang tenggelam kelaut dalam (Aerobic dekomposisi rilis CO2). Dalam perairan ini, bakteri dapat benar-benar melemahkan pompa biologis dengan mengurangi aliran partikel ke dalam.
4. Pada kedalaman lebih dari 1000 meter carbon dioksida akan dikonsumsi oleh konsumen pada tingkat trofk yang lebih tinggi. Pada kedalaman ini bakteri akan memecah bahan organic yang juga akan mengakibatkan tenggelamnya CO ke kedalamanan. Dan bisa jadi CO₂ akan releas kembali ke permukaan karena adaanya proses remineralisasi. Sedangkan karbondioksida juga dapat terendap dalam sedimen
Jadi dapat disimpulkan bahwa biological pump merupakan proses fksasi CO₂ melalui proses
fotosintesis oleh
mikroorganisme
Pada chapter 3 dan 8 telah dijelaskan mengenai dua kategori produktiftas primer. Pertama produksi regenerasi, di mana penggunaan alga sebagai sumber nitrogen dan juga dari ekskresi amonium makhluk hidup tingkat tinggi. Kedua yaitu produksi baru , di mana penggunaan alga dalam proses upwelled nitrat dari nutricline yang ada di bawah atau kedalaman. Fiksasi biologis karbondioksida dan nutrient dapat dilihat dalam 2 keadaan, pertama keadaan malam dimusim salju dan keadaan siang di musim panas. Penginderaan ini menggunakan satelit penginderaan jarak jauh. Pengukuran besarnya carbo n dalam materi organik dalam perairan biasanya mengunakan metode pengukuran f ratio. F ratio merupakan perhitungan total produksi baru untuk sampai pada total produksi secara keseluruhan. Kesulitan dalam perhitungan f ratio adalah berdasarkan pada kondisi geografs di wilayah-wilayah tertentu. Selain itu kesulitan selanjutnya adalah penentuan produksi baru yang dipengaruhi oleh upwelling nitrat, yang dihasilkan dari aktivitas eddy, atau gelombang internal. Fluktuasi nitrogen yang meninggalkan zona pelagis ke sediment organik partikel akan seimbang dengan fuktuasi nitrat-N ke zona diatasnya. Demikian pula, fuks ke bawah karbon bahan organik diimbangi oleh uptake dari atmosfer. Sebagian besar, rasio f yang dihitung dari tingkat produksi baru telah ditentukan dengan mempelajari dinamika nitrat dan amonium dalam percobaan inkubasi, tapi seperti yang kita lihat dalam Bagian 3.5.3, Watts et al. (1999) mengembangkan metode berbasis satelit untuk menentukan f ratio pada skala laut-basin.
Produksi primer oleh organisme berasal dari berbagai ukuran, seperti dari diatom ke picoplankton dan konsumen mereka adalah ciliates kecil, coppeppoda dengan ukuran yang sedang, euphausiida lebih besar, atau zooplankton gar-agar besar yang tetap menyaring partikel yang sangat halus. Konsumen ini menhasilkan pelet tinja dengan berbagai ukuran dan tingkat kedalaman.
Pada bakteri memiliki efek sebaliknya, jika organisme mati dan mullai masuk ke partikel yang lebih kecil, maka bahan organik yang terlarut akan melepaskan dan bahan organik yang terlarut tersebut menyediakan makanan untuk bakteri, kemudian akan berkembang biak dengan cepat. Ukuran bakteri sangat kecil sehingga tingkat tenggelamnya tidak berarti atau diabaikan dan sejumlah besar karbon tetap berada di permukaan air dan dapat tetap dalam suspensi dan dikonversi kembali ke CO2 oleh respirasi bakteri.
Martin et al. (1987) melaporkan pada kedalaman antara 100 sampai 2000 meter di timur laut Pasifk di lepas pantai California. Mereka memperkirakan bahwa pada kedalaman 100 m stasiun dekat dengan pantai memiliki fuks bawah 7,1 mol C m-2-y 1 sementara pada kedalaman yang sama stasiun yang jauh dengan subtropis memiliki fuks ke bawah hanya 1,2 mol C m -2 y-1.
Sehingga dapat diasumsikan bahwa fuk yang kebawah pada karbon akan seimbang dengan produksi di zona eufotik. Studi ini menghasilkan f (C) rasio diperkirakan 0,14 untuk laut terbuka dan 0,17 untuk zona pesisir. Di daerah upwelling yang aktif 0,20. sementara diekstrapolasi ke laut dunia, menyimpulkan bahwa total produksi bersih global berada di urutan 50 Pg karbon, yang 7,4 Pg adalah produksi baru. Dalam hubungan ini, model fsiologis ftoplankton telah menunjukkan bahwa rasio karbon tetap untuk nitrogen yang digunakan tergantung pada kerangka waktu pengukuran dan status gizi ganggang. Misalnya, dalam percobaan lebih lama, lebih banyak karbon yang akan tetap mendukung asimilasi N yang gelap.
Perbedaan dicatat oleh oksidasi karbon organik menjadi CO2 selama perjalanan ke bawah nya. 50% dari karbon dikeluarkan dari permukaan dibuat ulang dalam waktu kurang dari 300 m, 75% oleh 500 m, dan 90% oleh 1500 m. Dan dapat disimpulkan bahwa regenerasi yang cepat berada diperiaran yang dekat permukaan dan sebagian CO2 dihapus dari atas 100 m akan tersedia untuk pertukaran dengan suasana dalam waktu 10 tahun. Kesimpulan bahwa mungkin benar untuk daerah yang diteliti (antara utara California dan Hawaii) tetapi di daerah di mana termoklin permanen biasanya kurang dari 100 m dari permukaan, banyak karbon tenggelam akan dihapus untuk interior laut dan memotong dari atmosfer selama setidaknya beberapa dekade.
1. Rasio Redfeld terlarut / partikulat pompa karbon.
Unsur rasio adalah C, N, dan P dalam organisme tenggelam awalnya sama dengan rasio di dalam air (yaitu rasio Redfeldd C: P = 106, N: P = 16), meskipun perubahan sebagai organisme terurai selama tenggelam. Produksi dan ekspor organisme ini tergantung dalam jangka panjang pada upwelling air yang kaya nutrisi. Seiring dengan nutrisi N dan P yang dibutuhkan untuk terus produksi ftoplankton, air upwelled akan berisi karbon dalam bentuk CO2 menyeimbangkan jumlah karbon awalnya diekspor. Tidak ada penyerapan jangka panjang karbon.
2. N2-prima pompa karbon prokariota
Dalam sebuah sistem N-terbatas di mana fksasi biologis N2 sementara mengurangi sistem keterbatasan, meninggalkan P, Fe, dan / atau kontrol lampu produksi baru dan ekspor, ada pilihan mendukung organisme prokariot dengan tinggi C: P rasio, (biasanya 250-300: 1). Ekspor bahan organik non-Redfeld ini menyebabkan penghapusan bersih C dari air permukaan, relatif terhadap air upwelled kaya nutrisi.
3. Event sedimentasi massa pompa karbon
karbon dari permukaan laut pada skala waktu puluhan tahun untuk berabad-abad (Karl et al. 2003).
Tahap terakhir dalam memompa sedimentasi biologis di dasar laut. laut yang bersangkutan dengan gyres, tingkat fksasi karbon oleh ftoplankton relatif rendah. Sebagian besar karbon yang tenggelam adalah regenerasi untuk CO2 di kolom air, sehingga sedimen dalam laut hanya menerima 1-2 gm-2 dari karbon organik per tahun. Lochte dkk. (2003) memperkirakan bahwa fuks global untuk kedalaman lebih besar dari 2000 m adalah 0,34 Pg C thn-1. Seluruh kandungan dasar dalam-laut hanya sekitar 15% dari penyimpanan karbon dunia.
Situasi di rak kontinental sangat berbeda. Mereka memiliki jauh lebih tinggi tingkat produksi primer dari laut terbuka, dan anggaran menunjukkan bahwa mungkin setengah dari produksi ini tidak dimakan oleh zooplankton, tetapi tenggelam ke dasar (Walsh et al. 1981, Walsh 1983). Oleh karena itu salah satu harapkan akumulasi besar dari sedimen karbon di rak-rak. Sebaliknya, orang menemukan akumulasi besar di lereng benua, dan penulis mendalilkan bahwa ada transportasi lintas-rak dan ekspor ke lereng benua yang di seluruh dunia berjumlah 2,7 Pg C y-1.
Mungkin dua pertiga dari karbon ini teroksidasi menjadi CO2 dan kembali ke rak dan kemiringan perairan, namun dari penelitian terhadap kandungan karbon organik dari sedimen, mereka porositas, dan 210Pb pengukuran tingkat akumulasi sedimen, dapat disimpulkan bahwa 0,9 Pg karbon disimpan setiap tahun di rak dan lereng, bersama dengan lain 0,2 Pg di muara dan delta.
Kerangka kalsium karbonat memiliki banyak ketidakpastian dalam model karbon bersepeda laut timbul dari tidak sempurna pemahaman tentang proses yang mengontrol pembentukan dan pembubaran kalsium karbonat (Iglesias-Rodriguez et al. 2002). Kegiatan oleh bangunan karang - karang dan deposisi jangka panjang tes bentuk planktonik seperti foraminifera dan coccolithophores mekanisme untuk menghilangkan karbon dari lapisan campuran dari laut.
Deposito geologi di seluruh dunia dari kalsium karbonat membuktikan jangka panjang dan pengaruh luas dari kegiatan ini oleh organisme laut. Pertanyaan muncul, bahwa fuks bawah karbon anorganik dihitung sebagai istilah pompa biologis, dengan mempertimbangkan interaksi laut - atmosfer.
drive persamaan ke kanan. Hal ini diyakini bahwa banyak dari kalsium karbonat diendapkan oleh organisme planktonik dibubarkan lagi di kolom air, tetapi tidak jelas berapa banyak dilarutkan dalam campuran layer dan berapa banyak di kedalaman.
Selain itu, peningkatan antropogenik di atmosfer CO2 dapat menyebabkan peningkatan CO2 di dalam air dan penurunan net biologi kalsifkasi, di terumbu serta plankton. Pembentukan kalsium karbonat menghilangkan CO2 dari lapisan campuran (dan secara tidak langsung dari atmosfer) tetapi juga menghilangkan kalsium. Penghapusan kalsium mempengaruhi total alkalinitas dengan pembebasan ion hidrogen.
Proses terakhir menggeser keseimbangan antara bikarbonat dan karbon dioksida dalam air, terkemuka untuk pembebasan karbon dioksida ke air dan akhirnya kembali ke suasana. Penambahan CO2 dengan proses ini lebih dari mengkompensasi untuk dihapus dalam pembentukan karbonat, sehingga tidak ada memompa ke bawah bersih dari atmosfer untuk interior laut. Satu kemudian mungkin bertanya, "Tapi tentunya tenggelamnya kalsium karbonat kerangka merupakan fuks ke bawah bersih dari karbon, seorang biologis memompa? "Jawabannya adalah," fuks ini diimbangi dengan perubahan alkalinitas dari air permukaan, tetapi tidak oleh fuks karbon dari atmosfer.
Di situasi mapan, perubahan alkalinitas dikompensasi oleh adveksi dari beberapa materi penetral dari sumber lain, seperti tanah, dan bukan oleh fuks karbon dioksida dari atmosfer. "Singkatnya, meskipun dalam waktu geologi sebagian besar karbon dioksida dari atmosfer telah berakhir sebagai karbon dimakamkan di sedimen, tidak jelas bahwa mekanisme kalsifkasi masa kini biologis berkontribusi secara signifkan untuk pemakaman itu. Houghton et al. (2001) (Gambar. 10,09) menetap untuk pemakaman 0,2 Pg C-yr 1 di rak dan 0,2 Pg C-yr 1 di dalam lautan.
Presipitasi kalsium karbonat di mekar coccolithophore menyebabkan kuat tanda tangan optik yang dapat dideteksi baik di situ dan jarak jauh. Ke satelit, tanda tangan adalah hamburan putih, yang mengarah ke "laut terang." Bila digabungkan dengan di profl situ kalsit, adalah mungkin untuk membangun peta global planktonik organisme di laut kalsium karbonat--pencetus.
Proses biologis menyebabkan adanya aliran karbon ke laut. Bagian produksi primer pada lapisan campuran (mixed layer) dikonsumsi dan direspirasikan pada lapisan itu sehingga karbondioksida yang dikeluarkan oleh respirasi dikembalikan ke atmosfer. Transfer karbondioksida di permukaan laut tergantung pada perbedaan antara tekanan parsial karbon dioksida (pCO2) di permukaan air dan di udara, dikalikan dengan koefsien perpindahan gas. Perbedaan tekanan parsial dipengaruhi oleh fksasi biologis karbon, karena fotosintesis yang kuat oleh ganggang mengurangi konsentrasi karbondioksida di permukaan air (meskipun tidak cukup untuk membatasi lebih lanjut fksasi karbon). Disisi lain, jika air dingin mengalami upwelling dan menghangatkan permukaan, perubahan suhu akan meningkatkan tekanan parsial, karena saturasi air hangat pada konsentrasi gas rendah.
Koefsien perpindahan gas tergantung pada kekuatan angin, tingkat turbulensi permukaan, dan bentuk gelombang. Upaya untuk mengukur variabel tersebut dalam percobaan terowongan angin menyebabkan hasil berbeda, tetapi beberapa pemeriksaan silang terhadap nilai-nilai yang digunakan untuk mensimulasikan kondisi di laut dapat dilakukan dengan memeriksa tingkat dimana gas radon dan karbon radioaktif berpindah antara laut dan atmosfer.
Penguburan karbon organik dalam sedimen pesisir, diperkirakan 0,1 Pg yr-1. Penguburan di sedimen laut dalam diperkirakan berjumlah 0,01 Pg yr-1. Pada siklus kalsium karbonat anorganik, total fksasi karbon 0,7 Pg C-yr 1, dengan 0,2 terkubur dalam sedimen pesisir dan 0,4 diekspor ke laut dalam. Dari jumlah ini, 0,2 diregenerasi ke dalam kolom air dan hanya 0,2 dikubur di sedimen dalam. Blooming ftoplankton dengan rasio berubah C: N: P, adalah sedimentasi massa ftoplankton didorong oleh peristiwa keterbatasan besi. Jika perubahan suhu global atau perubahan run-of air tawar menyebabkan perubahan dalam pola stratifkasi laut dan sirkulasi laut dalam, keseimbangan antara pompa biologis dan gerakan fsik karbon dioksida mungkin terganggu. Pemahaman bahwa pompa biologis membuat perbedaan konsentrasi CO2 di atmosfr, apabila terdapat perbedaan, hal itu akan membuat perubahan konsentrasi CO2 di atmosfer lebih skala waktu ratusan tahun.
Besarnya kenaikan CO2 di atsmosfer di abad ke 17an sekitar 280 ppm, dan sekarang menjadi 350 ppm, hal ini dapat dilihat sebagai dampak dari perubahan jangka panjang. Berdasarkan penelitian kandungan karbondioksida terbentuk dalam gunungan es ribuan tahun yang lalu, selama zaman es terakhir CO2 sekitar 180 ppm. Ada beberapa bukti diantaranya adalah dari Inti Vostok es. Stasiun Vostok terletak di timur Antartika, dimana pada saat ini suhu tahunannya mencapai -55,50C. Inti es dibor hingga mencapai kedalaman 3.623 m dan bagian terdalam dari es ini berumur sekitar 400.000 tahun. Suhu ambient pada intinya ( dinyatakan sebagai perbedaan suhu permukaan yang sekarang) telah diperkirakan dari komposisi isotopnya ( baik dari Deuterium dan 18O). kenaikan suhunya mencapai sekitar 100 C sekitar 15.000 tahun yang lalu, yang menunjukan bahwa berakhirnya zaman es. Pada periode interglasial sebelumnya sekitar 140.000 sampai 116.000 tahun BP dan awalnya juga ditandai dengan kenaikan yang relatif cepat pada suhu rata-rata sekitar 100C. Catatan ini menunjukan dua periode interglasial yang sebelumnya ( Plat 7 ). Kesimpulannya adalah bahwa seluruh catatan 400.000 tahun atsmosfer dan iklim yang terombang ambing di defnisikan dengan baik dan batas kestabilannya. Tapi sekarang beban atsmosfer terhadap karbondioksida dan metana yang belum pernah terjadi sebelumnya selama 420.000 tahun terakhir.
Suhu selama periode glacial berfuktuasi jauh, dan ini sering dihubungkan dengan variasi di orbit bumi. CO2 yang terperangkap didalam gundukan es, terdapat korespondensi yang luar biasa dengan suhu, setiap kenaikan suhu yang diikuti oleh kenaikan CO2 di atsmosfer. Pada slhir dari masing-masing periode glacial terakhir, suhu naik sekitar 100 C, dan CO
diatsmosfer naik 40%. Kontroversial hasil interpretasi ini sama dengan situasi analog klasik “ ayam dan telur”. Perubahan suhu yang dipengaruhi oleh perubahan kadar CO2 atau perubahan tingkat CO2 hasil dari perubahan iklim?
Buku ini tidak memperdebatkan tentang teori penyebab zaman es, tapi disepakati bahwa periode glasial disebabkan oleh faktor tidak dengan sendirinya mengakibatkan terjadinya penurunan suhu dalam skala besar. Fakator yang memicunya adalah seperti meningkatnya Albedo sebagai akibat dari meningkatnya lapisan es, yang mengarah pada penurunan suhu rata-rata, besarnya pembentukan es, penurunan muka air laut dan sebagainya.
Banyaknya perubahan di orbit bumi merupakan awal dari penyebabnya. Arah dari sumbu bumi, yang erat kaitannya dengan bintang, siklus yang terjadi 23.000 tahun. Kemiringan dari sumbu bumi sehingga posisi miringnya berubah pada siklus 41.000 tahun, dan eksentrisitas orbit yang mempunyai jangka watu 100.000 tahun. Bukti bahwa berakhirnya zaman es berhubungan dengan periodisitas yang ada di core sedimen laut akan kembali setiap 800.000 tahun. Parameter yang diukur adalah komposisi oksigen isotop planktonik foraminifera, analisis statistik dari kumpulan radiolarian, yang sebelumnya terbukti berkorelasi dengan suhu. Dan prosentase dari radiolaria lainnya, yang sebelumnya tidak digunakan datanya, yang diduga menjadi indicator dari stratifkasi dalam kolom perairan. Analisi spektral menunjukan bahwa variasi iklim dalam buku ini memuncak setiap 23.000, 42.000, dan 100.000 tahun, teori ini sangat mendukung bahwa orbital forcing merupakan penyebab dari quarterner zaman es. Demikian pula, analisis spektral dari 400.000 tahun rekor dari es-core menunjukkan bahwa puncaknya terjadi pada 100,41,23, dan 19 kyr.
Petit et al (1999) menyimpulkan bahwa pada setiap empat periode ini ada kesamaan dari peristiwa yang terjadi, diantaranya adalah Orbital forcing ( kemungkinan berkontribusi dalam perubahan isolation local), diikuti oleh dua amplifer yang kuat. Gas rumah kaca sebagai faktor utama, kemudian deglaciation dan feedback dari es-albedo.
Mereka menyampaikan bahwa, untuk dapat terbentuk jaman es, setidaknya terdapat empat komponen yang harus terjadi, yaitu :
1. Perubahan atau pergeseran orbit bumi yang menyebabkan berkurangnya intensitas radiasi matahari di daerah high-latitude, menurunnya suhu, dan menyebarnya tutupan es kutub.
2. Perubahan gradien suhu yang semakin meningkat antara daerah kutub dengan ekuatorial akan menyebabkan pergerakan angin pasat menjadi semakin kuat serta semakin rumitnya perubahan pola produktivitas primer di laut disebabkan karena meningkatnya upwelling.
3. Tingkat upwelling yang semakin tinggi di khatulistiwa akan mendorong biological pumping lebih tinggi dan menyebabkan penurunan kadar CO2, yang menyebabkan suhu bumi menjadi lebih rendah.
4. Partikel debu yang kaya debu yang jatuh ke southern ocean akan turut meningkatkan produktivitas biologis yang juga menyebabkan penurunan kadar CO2.
Pada bagian 8.2.5 telah dijelaskan sumber utama dari pembentukan perairan dalam di Atlantik Utara. Broecker dkk. (1985) menunjukkan bahwa air di perairan kutub utara akan tenggelam, dan bergerak dari selatan ke utara untuk mengisi kekosongan tempat. Meskipun demikian, terdapat sekitar 5 x 1021 kalori panas yang dilepaskan ke atmosfer setiap tahunnya. Energy ini memodifkasi iklim di perairan cekungan Atlantik Utara dan sekitarnya. Air yang tenggelam di perairan Norwegia dan Laut Greenland relative kekurangan nitrogen dan fosfor. Foraminifera yang berada pada dasar perairan Atlantik Utara memiliki rasio cadmium dan kalsium yang rendah, yang menunjukkan bahwa nutrisi di perairan ini rendah.
perputaran, dengan formasi perairan dalam di Pasifk dan upwelling di Atlantik, tidak harus dikesampingkan.
Bukti bahwa perubahan radikal terjadi dalam sirkulasi pada perairan dalam di Atlantik Utara telah dikaji oleh Bond (1995). Berdasarkan interpretasi adanya foraminifera dan isotope yang stabil dengan karbon dan oksigen dalam intinya, telah menunjukkan bahwa terjadi pergeseran besar “Atlantik Conveyor” yang muncu selama masa glasial terakhir. Konfrmasi perubahan dalam hal kecepatan arus bawah diperoleh dengan mempelajari distribusi ukuran butir. Saat ini sudah banyak para ahli yang setuju dan yakin bahwa perubahan besar yang terjadi pada sirkulasi laut dalam disertai oleh terjadinya fuktuasi iklim selama zaman es terakhir.
Ada banyak upaya yang dibuat untuk membuat model dari efek kenaikan CO2 di atmosfer dan suhu dalam sirkulasi termohalin. Seperti naiknya suhu, meningkatnya curah hujan dan run-of di Amerika Utara, dan pemanasan serta penyegaran dari Atlantik Utara saat ini menyebabkan pembentukan lanjutan perairan dalam lebih tahan terhadap proses penenggelaman. Misalnya, Stocker dan Schmitner (1997) membuat model yang menunjukkan bahwa konsentrasi CO2 di atmosfer meningkat menjadi 750 ppm dalam 100 tahun, maka sirkulasi termohalin akan mengalami kendala. Jika konsentrasi atmosfer dari 750 ppm dicapai lebih lambat, maka sirkulasi juga akan melambat. Model-model lainnya menunjukkan prediksi yang berbeda dan tidak ada persetujuan mengenai risiko bahwa pemanasan global akan mengubah sirkulasi termohalin secara menyeluruh. Akan tetapi, mengingat efek yang sangat besar bahwa “Atlantik Conveyor” bergantung pada iklim Eropa Barat, maka pengendalian laju peningkatan CO2 di atmosfer menjadi suatu hal yang sangat penting.
dan suhu minimum berada pada di belahan bumi selatan (terjadi penyerapan panas laut).
Sejak maksimum glasial terakhir sekitar 20.000 tahun yang lalu, permukaan laut global telah meningkat lebih dari 120 m akibat pencairan es dan ekspansi termal dari kolom air. Kenaikan yang paling pesat pada sekitar 15.000 dan 6000 tahun yang lalu,dengan tingkat rata-rata 10 mm yr−1. Dalam 3000 tahun terakhir rata-rata mencapai 0.1–0.2 mm yr−1, tapi selama abad ke-20 terjadi peningkatan 10 kali lebih besar yang mencapai 1.0–2.0 mm yr−1. Komponen terbesar yang terjadi disebabkan oleh ekspansi termal seperti peningkatan suhu laut.
Ditinjau dari masa ke masa, ekspansi termal kemungkinan menjadi penyebab utama perubahan, diikuti oleh mencairnya gletser gunung dan es. Lapisan es di Greenland dan Antartika yang beriklim dingin dengan curah hujan yang rendah diharapkan dapat diperkecil pencairan esnya. Kisaran prediksi berdasarkan berbagai skenario untuk kenaikan permukaan laut didapat dari 0.13-0.94 pada tahun 2100 dengan rata-rata kenaikan 0.48m, yaitu sekitar 2-4 tingkat selama abad ke-20.
Bagaimana sistem alam akan merespon perubahan permukaan laut? Jika kenaikan permukaan laut terlalu cepat, suksesi alami ekosistem pesisir tidak dapat terjadi karena tingkat perubahan lebih cepat dari apa yang telah terjadi sejak glasial terakhir. Efeknya akan diperburuk dimana terdapat daerah yang dikembangkan di sekitar pesisir yang dilindungi secara fsik. Sebagai contoh, dalam keadaan dimana pada tahun 2100 yang mengalami kenaikan setinggi 0.5 meter maka 10000 km2 lahan basah di pesisir amerika akan hilang.
Diluar Amerika, tampaknya mungkin sebagian besar dari luas permukaan negara-negara seperti Bangladesh dan berbagai pulau pasifk akan mengalami penggenangan air laut, dengan konsekuensi berat bagi peradaban manusia sekitar.
Pada 1980-an, di mana permodelan dari perubahan iklim yang kurang mutakhir, dengan prediksi yang dibuat tentang efek gabungan dari berbagai elemen perubahan iklim. Beberapa dari prediksi tersebut masih layak, dan beberapa perlu dimodifkasi. Daftar dimodifkasi tersebut antara lain:
1. Meningkatnya suhu dan meningkatnya evaporasi akan menyebabkan siklus hidrologi yang lebih kuat.
2. Di daerah tropis dan di lintang sedang dan kutub, kenaikan curah hujan akan menyebabkan lebih banyak run-of dari sungai dan meningkatkan stabilitas stratifkasi pada lapisan-lapisan tertrntu. Nutrien dari run-of akan merangsang produksi primer, dan stratifkasi lebih awal di perairan ilkim sedang akan menyebabkan spring blooms.
3. Ketebalan, luas wilayah, dan durasi tutupan es akan menurun.
4. Meningkatnya pemanasan di lintang tinggi akan menyebabkan penurunan gradien meridional pada temperature atmosphere dan menguranggi wind stress secara umum. Hal tersebut akan menyebabkan berkurangnya aliran dalam gyres wind-driven.
5. Jika ada pengurangan wind stress dan peningkatan curah hujan di daerah tropis dan sub-tropis, kemungkinan terjadi upwelling nitrogen yang minim baik di daerah upwelling tropis dan di daerah beriklim sedang selama stratifkasi musim panas. Hal tersebut akan membuat produksi primer menurun.
6. Semenjak daratan menjadi lebih cepat hangat daripada perairan, akan ada intensifkasi gradien suhu antara daratan dan lautan, dan memungkinkan peningkatan upwelling dan produksi primer pada sistem upwelling pesisir.
dihasilkan dari tekanan iklim atau merupakan bagian dari fuktuasi interdekade.
Di pesisir timur Amerika Utara, selama pemanasan dari tahun 1940-an, terjadi peralihan pada kelimpahan dan distribusi makarel tawar scombrus, lobster Homarus americanus, dan Menhaden Brevoortia tyrannus. Rata-rata kepiting hijau membentuk sebuah populasi dari lokasi manaspun. Selama Kecenderungan pendinginan dari tahun 1960-an, Amerika plaice Hippoglossoides platessoides dan butterfsh Poronotus triacanthus tertarik menuju ke selatan, dan capelin Mallotus villosus dan spiny dogfsh Squalus acanthias bermigrasi ke selatan. Spesies lain, seperti haddock Melanogrammus aeglefnus, yellowtail founder Limanda ferruginea, winter Pseudopleuronectes founder americanus, dan Skate winter Raja ocellata, tampaknya tidak mengubah jangkauan mereka dalam merespon perubahan suhu, dan distribusi mereka lebih banyak ditentukan oleh keberadaan dari jenis bawah yang sesuai. Dari semua bukti ini dapat disimpulkan bahwa di Teluk Maine, banyak spesies mungkin mengungsi ke utara karena pemanasan global, dan tempat mereka diambil oleh kumpulan ikan lebih karakteristik dari Mid-Atlantic Bight. Populasi tersebut mencakup menhaden, butterfsh, red hake Urophycis chuss, silver hake Merluccius bilinearis, and herring.
Dalam pembahasan arus pasang surut itu menunjukkan bahwa distribusi alas an spawning ground herring di Atlantik Utara sering bertepatan dengan daerah pasang surut campuran, dan bahwa young stage tampak dipertahankan di daerah-daerah untuk jangka waktu yang cukup. Lebih lanjut bahwa batas atas ukuran persediaan pemijahan ditentukan oleh batas-batas wilayah pasang surut campuran. Di bawah kondisi pemanasan global, dengan penyegaran perairan pesisir, penurunan kecil di tingkat daerah pasang surut campuran yang diharapkan, yang mungkin memiliki beberapa konsekuensi untuk stok herring.
ekskresi menyababkan produktivitas menengah di tingkat tropic yang lebih tinggi tergantung eksploitasi dari manusia.
