Misteri Udara Bersih Antartika dari Aerosol Gunung Berapi

Para peneliti berhasil mengungkap kadar aerosol yang tinggi sebagai penyebab udara bersih di stratosfer Antartika. Mereka menduga hal ini terkait dengan aktivitas gunung berapi dan intrusi udara hangat yang signifikan dan temuan ini penting untuk menyempurnakan model iklim dan memahami pergeseran iklim regional.

Sebuah proyek penelitian Leipzig baru-baru ini telah memberi wawasan baru tentang awan di Antartika. Tim peneliti mengungkap adanya intrusi udara hangat, udara yang sangat bersih di dekat tanah, dan aerosol sulfat di dataran tinggi.

Dari Januari hingga Desember 2023, para peneliti melakukan penyelidikan berbasis darat pertama tentang distribusi vertikal partikel aerosol dan awan di atmosfer di atas Stasiun Neumayer III Jerman dari Institut Alfred Wegener, Pusat Penelitian Kutub dan Kelautan Helmholtz (AWI).

Pengukuran dengan resolusi ketinggian tersebut merupakan yang pertama dari jenisnya di Queen Maud Land, wilayah Antartika yang berbatasan dengan Atlantik dan mencakup wilayah yang lebih luas dari Greenland. Pengamatan dilakukan dengan platform OCEANET-Atmosphere dari Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS).

Hasil awal dari penelitian tersebut telah dipublikasikan dalam jurnal terkenal Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS). Pengukuran tersebut didanai oleh German Research Foundation (DFG) dan dilakukan dengan kerja sama yang erat dengan AWI.

Benua Antartika dan Samudra Selatan merupakan komponen penting dari sistem iklim global. Meskipun iklim Antartika dianggap relatif stabil pada abad lalu, perubahan signifikan kini tengah diamati. Proyeksi iklim menunjukkan bahwa bagian dalam Antartika akan menghangat, luas es laut akan berkurang sekitar 30 persen, dan curah hujan akan meningkat pada abad ke-21.

Namun, proyeksi tersebut tunduk pada ketidakpastian besar dan model sirkulasi atmosfer global belum dapat mereproduksi tutupan awan dan pemaksaan radiatif di atas Samudra Selatan dengan benar. Representasi awan yang tidak tepat ini menyebabkan estimasi radiasi termal dan suhu permukaan laut yang menyimpang.

Padahal estimasi radiasi termal dan suhu permukaan yang sesuai merupakan prasyarat untuk memperkirakan fluks energi antara lautan dan atmosfer. Selain itu, untuk dapat mendokumentasikan setiap perubahan dalam suatu lingkungan seperti Antartika, keadaan terkininya juga perlu didokumentasikan sebaik mungkin.

Memperoleh pengetahuan tentang pembentukan awan di Antartika merupakan kebutuhan penting. Pasalnya ini terjadi secara berbeda di udara bersih di belahan bumi selatan dibandingkan di belahan bumi utara dengan permukaan daratan yang lebih luas.

Sumber ketidakpastian utama kedua adalah pengangkutan uap air dan partikel dari garis lintang tengah dan subtropis ke kutub. Permukaan yang relatif datar antara Laut Weddell dan Kutub Selatan mungkin merupakan semacam jalan raya bagi massa udara hangat dan lembab.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang awan di Antartika, instrumentasi di stasiun penelitian Jerman Neumayer III milik AWI dilengkapi dengan pengukuran penginderaan jarak jauh seperti lidar (light detection and ranging) atmosfer dan radar awan selama sekitar satu tahun penuh dalam rangka proyek COALA (Pengamatan Berkelanjutan Interaksi Aerosol-Awan di Antartika).

Pentingnya proyek ini diakui dengan baik oleh program prioritas Penelitian Antartika dari Yayasan Sains Jerman (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG). Keduanya menyediakan dana untuk upaya penelitian tersebut.

OCEANET dipasang 300 meter di selatan Stasiun Neumayer Antartika Jerman III pada awal tahun 2023. OCEANET-Atmosphere adalah kontainer otonom berukuran 20 kaki yang telah diuji di kutub dan dilengkapi dengan peralatan observasi atmosfer canggih.

Saat ini, kontainer ini merupakan satu-satunya platform kontainer tunggal yang mampu mengamati kutub yang menggabungkan lidar multipanjang gelombang, radar awan, radiometer gelombang mikro, dan lidar Doppler untuk mengamati awan dan aerosol, termasuk gerakan udara yang bergejolak.

OCEANET dipasok daya dari stasiun penelitian, tempat ilmuwan TROPOS Dr. Martin Radenz juga tinggal selama 12 bulan operasi. Ia memastikan bahwa semua perangkat melakukan pengukuran tanpa gangguan. Ia adalah salah satu dari 10 orang yang menghabiskan musim dingin di malam kutub yang gelap di Stasiun Neumayer III.

"Dapat menghabiskan satu tahun di Antartika bersama komunitas tim kecil kami, alam yang menakjubkan, badai salju, dan keterasingan merupakan pengalaman yang unik," ungkap Radenz, dikutip dari Scitech Daily.

Sinar laser hijau dari lidar multipanjang gelombang, yang memindai atmosfer di atas Stasiun Neumayer III, merupakan hal baru di bagian Antartika ini. Lidar yang mengirimkan pulsa laser pendek dari tanah ke atmosfer dan menerima cahaya yang dihamburkan kembali dengan penerima khusus.

Informasi tentang ketinggian, kuantitas, dan jenis partikel tersuspensi (aerosol) di atmosfer dapat diperoleh dari waktu tempuh, intensitas, dan polarisasi sinyal yang dihamburkan kembali. Sampai saat ini, pengukuran terkait dengan radar awan dan lidar aerosol hanya dilakukan di stasiun McMurdo di sisi lain Antartika, 3500 kilometer jauhnya, yang berbatasan dengan Samudra Pasifik.

Berbeda dengan Neumayer III di atas lapisan es, stasiun McMurdo AS di sana dibangun di atas batu. Dari sini para peneliti juga berharap bahwa pengukuran yang dilakukan di stasiun ini yang berada di atas lapisan es akan memberi mereka wawasan baru tentang pembentukan awan di atas hamparan es yang luas di Antartika.

"Sangat menggembirakan bahwa, setelah COALA, AWI sekarang secara permanen menyebarkan perangkat penginderaan jarak jauh serupa di Stasiun Neumayer III bekerja sama dengan TROPOS. Ini akan memberikan kontribusi penting untuk merekam komponen iklim berumur pendek aerosol dan awan di Antartika," kata Profesor Andreas Macke, Direktur TROPOS dan Kepala Departemen Penginderaan Jarak Jauh Proses Atmosfer.

Letusan Gunung

Deteksi dan pengukuran cahaya dengan lidar memberi wawasan tentang berapa banyak partikel yang mengambang di atas bagian Antartika ini dan pada ketinggian berapa. Pada bagian bawah atmosfer (troposfer) dengan kondisi murni sebagian besar relatif bersih.

Sebaliknya, tim mengamati sejumlah besar partikel yang tak terduga antara ketinggian sekitar 9 kilometer dan 17 kilometer (stratosfer). Dari sifat optik aerosol yang diperoleh dari lidar dengan jelas menunjukkan aerosol sulfat, yang sebagian besar disebabkan oleh letusan gunung berapi.

"Aerosol ini diamati di stratosfer sejak Januari 2023 dan oleh karena itu kemungkinan besar terkait dengan letusan Hunga Tonga-Hunga Ha'apai pada Januari 2022," kata Radenz. hay/I-1