Es laut merupakan komponen penting dalam sistem iklim global yang berperan sebagai titik interaksi utama antara atmosfer dan lautan yang mempengaruhi pertukaran panas, gas, serta zat biogeokimia. Studi mengenai interaksi antara atmosfer, es laut, dan lautan menjadi semakin relevan dalam konteks perubahan iklim, terutama di wilayah kutub yang rentan terhadap pemanasan global. Meskipun keberadaan es laut dianggap menghambat pertukaran gas seperti karbon dioksida (CO2) antara atmosfer dan lautan, studi terbaru menunjukkan bahwa es laut itu sendiri dapat menjadi sumber/penyerap CO2 atmosfer. Namun, karena kondisi lingkungan yang ekstrem dan keterbatasan metodologi pengamatan, penelitian langsung di wilayah kutub kerap kali sulit dilakukan. Maka dari itu, para peneliti melakukan penelitiannya di Laguna Saroma-ko di pesisir Laut Okhotsk, Hokkaido, Jepang yang menawarkan lingkungan yang ideal untuk simulasi dan studi mengenai proses-proses yang terjadi di lingkungan es laut kutub. Laguna ini tertutup oleh es laut yang datar, seragam, dan mudah diakses selama musim dingin, sehingga menjadi lokasi yang aman dan efektif untuk pelatihan, pengujian peralatan, serta penelitian komprehensif terkait es laut.
Pertukaran Gas antara Atmosfer dan Laut Es
Eddy covariance atau eddy flux merupakan metode pengukuran langsung untuk mengkuantifikasi pertukaran (fluks) gas, energi, atau uap air antara permukaan bumi (tanah, vegetasi, air, atau es) dan atmosfer. Penelitian ini menggunakan metode eddy covariance untuk mengukur fluks gas CO₂ antara atmosfer dan es laut di Laguna Saroma-ko, Hokkaido. Metode ini melibatkan sensor anemometer sonik dan penganalisis gas untuk menangkap dinamika turbulensi dan konsentrasi gas di udara secara real-time. Dalam lingkungan yang bersuhu dingin, kendala dalam pengukuran eddy covariance adalah pemanasan sendiri (self-heating) dari penganalisis gas tipe open-path dan sensitivitas silang antara sinyal CO₂ dan H₂O. Alat penganalisis tipe open-path ini dapat mengeluarkan panas saat beroperasi yang mana bisa menganggu hasil pengukuran pada lingkungan dingin dan memengaruhi lingkungan sekitar sensor. Selain itu, sensitivitas silang antara sinyal CO2 dan H2O membuat sensor bisa keliru membaca kadar CO2 maupun sebaliknya. Hal ini juga dapat menyebabkan bias atau kesalahan dalam data fluks.
Terdapat metode lain selain eddy covariance, yakni metode chamber. Sama seperti eddy covariance, namun metode chamber dilakukan dengan cara menutup sebagian permukaan menggunakan ruang (chamber) dan mengamati perubahan konsentrasi gas di dalamnya seiring waktu. Fluks CO2 yang diperoleh melalui metode chamber dianggap lebih andal dibanding metode eddy covariance, sebagaimana didukung oleh model biogeokimia es laut yang mempertimbangkan dinamika karbon anorganik terlarut di dalam es. Hasil menunjukkan bahwa permukaan yang tidak tertutup es di atas es laut bertindak sebagai penyerap CO2 dan sebagai sumber CH4, karena konsentrasi CO2 di sana rendah dan konsentrasi CH4 tinggi dibandingkan atmosfer. Aliran Sungai Saromabetsu yang melewati lahan peternakan sapi perah diduga membawa nutrien dan CH4 ke sungai dan selanjutnya ke genangan air di laguna. Oleh karena itu, diperkirakan bahwa konsentrasi CH4 di permukaan laguna (pool) tinggi dan menghasilkan fluks CH4 ke atmosfer yang juga tinggi.
Pertukaran Panas dan Proses Transportasi Komponen Biogeokimia antara Es di Permukaan Laut dan Air di Bawah Es
Pengukuran suhu dilakukan secara otomatis pada stasiun lepas pantai dan stasiun pesisir dengan kedalaman air dan ketebalan salju serta es yang berbeda. Suhu udara di kedua lokasi hampir sama, namun terdapat perbedaan suhu yang mencolok terjadi di bagian dalam es dan di lapisan atas kolom air. Stasiun lepas pantai memiliki suhu lebih tinggi dibandingkan suhu di stasiun pesisir. Stasiun lepas pantai memiliki suhu tertinggi pada bagian dekat dengan dasar es dan akan menurun seiring naiknya posisi ke permukaan. Hasil ini menunjukkan bahwa kenaikan suhu di dasar es kemungkinan disebabkan oleh transfer panas lateral dari pergerakan air yang hangat dan berdensitas rendah. Namun, suhu di stasiun pesisir hampir konstan pada seluruh lapisan es. Di kedua lokasi, juga terdapat fluktuasi suhu yang bersifat siklikal atau berubah-ubah secara berulang mengikuti pola dalam kurun waktu tertentu. Pola ini mengacu pada kalender pasang surut di pelabuhan terdekat (Abashiri), siklus ini dapat dijelaskan oleh pasang surut semi-diurnal.
Selanjutnya, dilakukan pengukuran parameter air di bawah es dengan melakukan pengukuran suhu, salinitas, dan oksigen terlarut (DO). Pengukuran suhu air dilakukan secara vertikal yang menunjukan bahwa suhu air sangat dekat dengan titik beku di seluruh kolom air pada semua stasiun (seluruh laguna). Salinitas terendah berada pada dekat pantai dan bernilai tinggi pada daerah lepas pantai yang menunjukan bahwa adanya masukan air tawar dari daratan dan sirkulasi terbatas di laguna. Namun, dibeberapa lokasi menunjukan bahwa terdapat lapisan permukaan yang memiliki salinitas lebih rendah di atas kolom air yang bersalinitas lebih tinggi. Hal ini menunjukan adanya stratifikasi salinitas yang membatasi pencampuran secara vertikal. Konsentrasi DO cenderung lebih tinggi di lapisan permukaan dibandingkan di bagian bawah yang menunjukkan produksi oksigen oleh alga es atau difusi dari atmosfer ke air di bawah es melalui celah. Namun, konsentrasi DO yang rendah di dekat dasar menunjukkan aktivitas respirasi atau dekomposisi bahan organik di dekat sedimen. Secara keseluruhan, karakteristik hidro-oseanografi di bawah es laut di Laguna Saroma-ko menunjukkan kondisi khas dari sistem laguna semi-tertutup di musim dingin.
Dilakukan juga penelitian terhadap sifat fisik, kimia, dan biologi dari laut es tersebut. Hasil yang didapat menunjukan bahwa suhu es meningkat dari permukaan atas ke dasar es yang konsisten dengan gradien suhu akibat perpindahan panas dari air ke atmosfer. Salinitas tertinggi terdapat di bagian bawah es dan menurun seiring mendekati permukaan. Hal ini disebabkan karena kadar garam yang terjebak di bagian bawah dan sebagian besar terbuang ke air laut melalui saluran brine. Sampel es yang diamati menunjukan bawah struktur es memiliki bentuk kolom yang memanjang pada bagian tengah dan bawah es, serta berbentuk butir pada bagian atas es yang disebabkan karena pembekuan air secara bertahap. Terdapat konsentrasi klorofil-a tertinggi yang ditemukan pada bagian bawah es yang menandakan bahwa alga es berkembang di dasar es dimana cahaya masih bisa menembus dan tersedianya nutrien. Kandungan nutrien relatif tinggi pada bagian dasar es. Pada analisis eDNA menunjukan bahwa terdapat keberagaman mikroba laut, seperti fitoplankton dan bakteri laut. Dari hasil analisis tersebut menunjukan bahwa es laut merupakan habitat yang mendukung kehidupan mikroorganisme dan menjadi bagian dari siklus karbon dan nutrien dari ekosistem kutub.
Writer : Ocean-Atmosphere Interaction Bureau
