Mengeringkan Stratosfer untuk Mendinginkan Bumi

Memantulkan sinar matahari kembali ke ruang angkasa adalah alternatif yang bisa dilakukan untuk menghilangkan kelebihan karbon dioksida yang memerangkap panas dari atmosfer. Melalui dehidrasi stratosfer yang disengaja (intentional stratospheric dehydration/ISD), diharapkan dapat mengurangi suhu Bumi yang terus memanas.

Meskipun emisi karbon dioksida yang disebabkan oleh aktivitas manusia sejauh ini merupakan penyebab paling penting dari perubahan iklim, namun uap air yang ada atmosfer juga turut berperan. Zat ini merupakan gas rumah kaca yang paling melimpah dan bertanggung jawab atas sekitar setengah efek rumah kaca alami di Bumi yang membuat planet kita tetap layak huni.

Kini, ketika para ilmuwan mencari cara untuk mengatasi dampak perubahan iklim dengan menghilangkan kelebihan karbon dioksida yang memerangkap panas dari atmosfer memantulkan sinar matahari kembali ke luar angkasa adalah alternatif yang bisa dilakukan.

Gagasan memantulkan kembali sinar ke ruang angkasa digagas oleh sekelompok peneliti dengan mengajukan pertanyaan. Bisakah menghilangkan sejumlah uap air dari atmosfer juga? membantu mitigasi perubahan iklim?

Ide inilah yang dieksplorasi dalam artikel penelitian baru yang diterbitkan hari ini di jurnal Science Advances yang oleh penulisnya metodenya dijuluki sebagai dehidrasi stratosfer yang disengaja (intentional stratospheric dehydration/ISD).

Menurut penulis utama Joshua Schwarz, seorang ahli fisika penelitian di Laboratorium Ilmu Kimia National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), konsep ISD akan melibatkan penyebaran partikel kecil (dikenal sebagai inti es) ke wilayah dataran tinggi di atmosfer yang sangat dingin dan sangat jenuh dengan uap air. Inti-inti ini akan meningkatkan pembentukan kristal es yang tidak akan terbentuk jika tidak.

"Uap air murni tidak mudah membentuk kristal es. Hal ini membantu adanya benih, misalnya partikel debu, untuk terbentuknya es," jelas Schwarz dikutip dari laman resmi NOAA.

Jika benih tersebut dapat dimasukkan ke dalam massa udara jenuh yang menuju ke stratosfer, maka sebagian uap air di udara tersebut akan mengembun menjadi es dan jatuh. Dengan cara ini maka dapat menghilangkan kelebihan uap air dan menyebabkan dehidrasi (setidaknya sebagian) stratosfer.

Fisika dasar di balik konsep ini secara teori sangat jelas, tetapi apakah wilayah atmosfer seperti itu ada? Menurut Schwarz wilayah itu benar-benar ada dengan nama Western Pacific Cold Point (WCP) sebuah wilayah atmosfer yang kira-kira seukuran Australia.

Wilayah tersebut menjadi rute dominan uap air memasuki stratosfer adalah melalui transportasi ke atas melintasi tropopause batas yang memisahkan troposfer dari stratosfer di daerah tropis. Tropopause di wilayah tropis Pasifik barat, khususnya di WCP, diketahui merupakan pintu gerbang yang menentukan jumlah uap air yang dibawa ke stratosfer.

WCP cukup dingin sehingga secara alami akan membekukan udara lembab yang kering dengan membentuk dan menghujani kristal es. Masalahnya kembali ke masalah yang disebutkan di atas bahwa uap air murni tidak mudah membentuk kristal es dan udara di WCP hanya mempunyai sedikit inti es. Tanpa inti es, kelembaban relatif udara terhadap es (RHi) harus mendekati 200 persen agar kristal es dapat terbentuk secara spontan.

Artinya, meskipun WCP sangat dingin dan sering kali memiliki kelembapan relatif lebih dari 100 persen, terkadang inti es di udara tidak cukup untuk membentuk es. Dengan menambahkan inti es, metode ISD tidak akan berupaya menciptakan mekanisme baru untuk menghilangkan uap air dari udara melainkan mencoba menambah mekanisme yang sudah ada di WCP.

"Dalam hal efektivitas, Western Pacific Cold Point adalah sweet spot yang ideal. Itu sebabnya fokus kami ada di sana," kata Schwarz.

Model Komputer

Dalam studinya, para peneliti menggunakan model komputer untuk mensimulasikan kondisi WCP, yang didorong oleh pengamatan suhu dan pergerakan udara tropis di dekat stratosfer. Hal ini menunjukkan bahwa konsep ISD efektif secara teori.

Mereka juga menganalisis pengukuran uap air dan suhu resolusi tinggi yang dikumpulkan selama misi NASA ATTREX (Airborne Tropical TRopopause EXperiment) 2014. Misi ATTREX, yang berbasis di Guam, menggunakan pesawat tanpa awak Global Hawk milik NASA untuk mempelajari tropopause tropis dan wilayah WCP di atas Pasifik tropis.

Pengukuran ATTREX mengungkapkan bahwa dari 550 wilayah udara super jenuh yang ditemui oleh Global Hawk, uap air yang tersedia sangat terkonsentrasi di sebagian kecil wilayah tersebut. Hanya 10 persen dari paket udara yang mewakili hampir seluruh uap air yang berpotensi dihilangkan melalui ISD. Jika hanya wilayah kecil di stratosfer yang menjadi target yang sesuai, penerapan ISD akan lebih mungkin dilakukan.

Berdasarkan hasil ini, penulis memperkirakan dampak iklim dari penyebaran inti es hanya ke udara yang sangat jenuh di WCP. Skala penipisan air di stratosfer yang diakibatkannya setara dengan pengurangan gaya radiasi sebesar sekitar 0,03 W/m2, atau sekitar 1/70 dari 2,2 W/m2 yang disebabkan oleh emisi CO2 buatan manusia sejak 1750.

"Efeknya sangat kecil," kata Schwarz, seraya menambahkan bahwa ISD saja tidak akan melawan sebagian besar pemanasan yang disebabkan oleh CO2.

Namun demikian, ISD mungkin berharga sebagai salah satu elemen dalam portofolio intervensi iklim dan strategi mitigasi yang lebih besar, karena semua metode yang sedang dipelajari (misalnya injeksi aerosol stratosfer dan pencerahan awan laut) memiliki hasil positif dan negatif yang berbeda serta rentang waktu efektivitas yang berbeda. Semua faktor ini menentukan apakah suatu metode layak untuk dipelajari lebih lanjut.

Jika dan ketika keputusan mengenai intervensi iklim diperlukan, maka penting bagi para ilmuwan untuk mengeksplorasi secara memadai metode-metode yang digunakan manusia untuk mengubah iklim dengan sengaja, dan implikasi yang lebih luas dari metode-metode tersebut.

Seperti yang dikatakan Schwarz, penelitian seperti ini telah membantu membedakan hal-hal yang mungkin terjadi dan yang tidak mungkin. hay/I-1