Lapisan Batu Fosil Ungkap Rahasia Iklim Purba

BATU fosil selama ini lebih sering dipandang sebagai sumber energi fosil yang terbentuk dari sisa-sisa tumbuhan purba. Namun, bagi ahli geologi, lapisan batu fosil menyimpan informasi yang jauh lebih berharga.

Di dalam batuan berwarna hitam tersebut, terdapat jejak lingkungan tempat tumbuhan hidup, kondisi air ketika gambut terbentuk, perubahan vegetasi, hingga dinamika siklus karbon yang berlangsung jutaan tahun lalu.

Karena itu, batu fosil dapat diperlakukan sebagai semacam arsip geologi. Ia tidak merekam iklim seperti termometer yang mencatat suhu dari hari ke hari, tetapi menyimpan berbagai indikator atau proxy yang dapat digunakan ilmuwan untuk merekonstruksi kondisi lingkungan pada masa pembentukannya.

Informasi tersebut menjadi semakin penting ketika para ilmuwan berusaha memahami bagaimana sistem Bumi merespons perubahan konsentrasi karbon dioksida CO2. Masa lalu menyediakan sejumlah contoh alami ketika atmosfer Bumi memiliki kandungan CO2 tinggi dan kondisi iklim yang berbeda jauh dari sekarang.

Salah satu contoh datang dari penelitian terhadap batu fosil di Cekungan Hailar, China bagian timur laut. Studi yang diterbitkan pada 2025 menggunakan lapisan batu fosil untuk mengungkap perubahan lingkungan dan iklim pada periode Kapur Awal, termasuk episode penting dalam sejarah iklim Bumi yang dikenal sebagai Oceanic Anoxic Event 1b (OAE1b).

Penelitian tersebut menganalisis 15 sampel, termasuk 12 lapisan batu fosil yang dikumpulkan secara vertikal dan berurutan. Para peneliti menggunakan sejumlah pendekatan, antara lain petrologi, isotop karbon stabil, biomarker, dan analisis geokimia, untuk melihat perubahan kondisi lingkungan ketika material tumbuhan terakumulasi dan kemudian berubah menjadi batu fosil.

Hasilnya menunjukkan bahwa lapisan batu fosil tersebut menyimpan perubahan kondisi kelembapan selama proses pembentukan gambut. Perubahan pada isotop karbon organik juga memberikan petunjuk mengenai perubahan siklus karbon dan komposisi vegetasi yang terjadi pada periode tersebut.

Yang menarik, rekaman isotop karbon dari batu fosil mampu menangkap Kilian sub-event, salah satu episode yang berkaitan dengan OAE1b. Temuan tersebut memperlihatkan bahwa batu fosil dapat memberikan informasi yang tidak hanya bersifat lokal, tetapi juga berkaitan dengan perubahan yang terjadi pada sistem karbon dan iklim dalam skala yang lebih luas.

Dari Hutan Purba Menjadi Batu Fosil

Untuk memahami mengapa batu fosil dapat menjadi arsip iklim, proses pembentukannya perlu dilihat terlebih dahulu. Batu fosil berawal dari ekosistem yang memiliki produktivitas tumbuhan tinggi. Ketika tumbuhan mati, batang, daun, akar, dan material organik lainnya jatuh dan terakumulasi. Dalam lingkungan yang jenuh air dan miskin oksigen, pembusukan berlangsung lebih lambat sehingga sebagian material organik dapat bertahan dan menumpuk menjadi gambut.

Jika lingkungan tersebut terus mengalami penurunan atau tertutup sedimen, lapisan gambut kemudian terkubur. Tekanan dan panas selama jutaan tahun secara bertahap mengubahnya. Air dan sejumlah senyawa volatil keluar, sementara kandungan karbon relatif meningkat.

Proses panjang tersebut dikenal sebagai pembatubaraan atau coalification. Gambut dapat berubah menjadi lignit, kemudian batu fosil dengan tingkat kematangan lebih tinggi seperti subbituminus dan bituminus, hingga pada kondisi tertentu menjadi antrasit. Selama proses ini berlangsung, tidak semua informasi lingkungan hilang.

Sebagian karakter material tumbuhan, mineral, unsur kimia, serta komposisi isotop dapat tetap terawetkan. Inilah yang kemudian dimanfaatkan para ilmuwan. Mereka tidak sekadar melihat warna atau ketebalan lapisan batu fosil. Sampel dapat dipotong sangat tipis untuk melihat struktur dan jenis material organiknya. Komponen organik batu fosil yang disebut maseral dapat memberikan informasi tentang bahan asal dan kondisi lingkungan pembentukannya.

Analisis geokimia juga dapat mengungkap unsur-unsur yang masuk ke dalam gambut. Sementara itu, isotop karbon dapat digunakan untuk melihat perubahan dalam siklus karbon dan kondisi ketika material organik tersebut terbentuk.

Dengan menggabungkan berbagai indikator tersebut, ilmuwan dapat menyusun kembali cerita lingkungan yang terjadi jauh sebelum manusia hadir.

Membaca Iklim dari Isotop Karbon

Salah satu alat penting dalam penelitian semacam ini adalah isotop karbon. Karbon memiliki beberapa isotop alami. Dua yang paling sering digunakan dalam penelitian geologi adalah karbon-12 dan karbon-13. Keduanya memiliki jumlah proton yang sama, tetapi jumlah neutron yang berbeda.

Perbandingan relatif isotop tersebut dapat berubah akibat proses biologis maupun perubahan dalam siklus karbon. Tumbuhan, misalnya, cenderung lebih banyak memanfaatkan karbon-12 ketika melakukan fotosintesis.

Karena itu, perubahan komposisi isotop karbon pada material organik dapat menjadi petunjuk mengenai perubahan sumber karbon dan proses yang berlangsung dalam ekosistem. Dalam penelitian paleoklimat, angka isotop tidak dibaca sendirian. Ilmuwan membandingkannya dengan data lain untuk menentukan kemungkinan penyebab perubahan tersebut.

Itulah sebabnya penelitian batu fosil menggunakan kombinasi beberapa metode. Jika perubahan isotop karbon muncul bersamaan dengan perubahan komposisi maseral, biomarker, mineral, dan indikator geokimia lainnya, interpretasi mengenai perubahan lingkungan menjadi lebih kuat.

Pendekatan tersebut digunakan dalam studi Cekungan Hailar. Perubahan isotop karbon organik dalam lapisan batu fosil memberikan petunjuk mengenai perubahan siklus karbon yang berlangsung bersamaan dengan perubahan lingkungan dan vegetasi. Dengan kata lain, batu fosil dapat menjadi salah satu bagian dari “teka-teki” yang digunakan untuk merekonstruksi iklim masa lalu.

Oceanic Anoxic Event

Penelitian di Hailar menjadi menarik karena terkait dengan Oceanic Anoxic Event atau OAE. Istilah tersebut mengacu pada periode ketika sebagian besar lautan mengalami kondisi kekurangan oksigen yang sangat parah, bahkan dapat mencapai kondisi anoksik. OAE merupakan salah satu peristiwa penting dalam sejarah geologi karena biasanya berkaitan dengan perubahan besar pada siklus karbon dan iklim.

OAE1b terjadi pada Kapur Awal, ketika konfigurasi Bumi sangat berbeda dengan sekarang. Benua berada pada posisi berbeda, ekosistem juga berbeda, dan dinamika atmosfer-laut tidak sama dengan kondisi modern. Namun, periode tersebut memberikan kesempatan bagi ilmuwan untuk mempelajari hubungan antara perubahan karbon, iklim, kehidupan, dan lingkungan laut-daratan.

Di sinilah rekaman batu fosil menjadi menarik. Batu fosil terbentuk di daratan, tetapi perubahan yang terekam di dalamnya dapat terjadi pada periode ketika sistem iklim Bumi sedang mengalami gangguan yang jauh lebih luas.

Jika indikator dari batu fosil dapat disandingkan dengan rekaman sedimen laut, fosil, dan data geokimia lainnya, ilmuwan dapat memperoleh gambaran yang lebih utuh mengenai bagaimana sistem Bumi merespons perubahan karbon.

Ketika Orbit Bumi Ikut Memengaruhi Batu Fosil

Hubungan antara batu fosil dan iklim bahkan dapat ditelusuri hingga ke gerakan Bumi mengelilingi Matahari. Sebuah studi terhadap endapan batu fosil di Montana, Amerika Serikat, menemukan pola berulang dalam pembentukan gambut pada sistem sungai berumur Paleosen. Penelitian tersebut menghubungkan pengulangan fase pembentukan gambut dengan siklus eksentrisitas orbit Bumi sekitar 100.000 tahun.

Eksentrisitas merupakan ukuran seberapa bulat atau lonjong orbit Bumi mengelilingi Matahari. Orbit Bumi tidak selalu memiliki bentuk yang persis sama. Dalam rentang waktu geologi, tingkat kelonjongannya berubah secara periodik.

Perubahan kecil dalam parameter orbit tersebut dapat memengaruhi distribusi energi Matahari yang diterima Bumi. Dalam kombinasi dengan perubahan kemiringan sumbu dan presesi, variasi orbit menjadi salah satu mekanisme yang dapat memengaruhi ritme perubahan iklim jangka panjang. Pola semacam itu dikenal luas dalam kajian siklus Milankovitch.

Dalam penelitian di Montana, para peneliti mengidentifikasi tujuh rangkaian utama endapan yang berulang. Analisis stratigrafi dan siklostratigrafi menunjukkan adanya hubungan antara pola sedimentasi, pembentukan gambut, dan variasi iklim yang dikaitkan dengan perubahan orbit Bumi.

Temuan tersebut memperkuat gagasan bahwa lapisan batu fosil dapat menjadi rekaman perubahan iklim yang berlangsung secara periodik. Lapisan-lapisan itu pada akhirnya seperti halaman-halaman buku. Ketebalan, komposisi, kandungan mineral, dan karakter material organik dapat berubah dari satu lapisan ke lapisan berikutnya. Pola perubahan tersebut kemudian dibaca untuk mencari ritme lingkungan yang lebih besar. hay