Sejarah Pencairan Cepat Antartika Barat Menunjukkan Pergeseran Mendadak dalam Geologi 'Katastrofal' Benua Ini

(MENAFN- The Conversation) Karena lapisan es yang tebal dan luas, Antartika tampak seperti satu daratan yang terus-menerus, terpusat di Kutub Selatan dan melintasi kedua belahan bumi. Bagian lapisan es di Belahan Barat berbentuk seperti ibu jari penumpang mobil – sebuah metafora yang tepat, karena lapisan es Antartika Barat sedang bergerak. Dipengaruhi oleh pemanasan lautan dan atmosfer Bumi, lapisan es yang menutupi Antartika Barat mencair, mengalir keluar, dan menyusut dengan kecepatan yang mengagumkan.

Sebagian besar diskusi tentang pencairan lapisan es besar selama masa perubahan iklim membahas dampaknya terhadap manusia. Itu masuk akal: Jutaan orang akan melihat rumah mereka rusak atau hancur oleh kenaikan permukaan laut dan gelombang badai.

Tapi apa yang akan terjadi pada Antartika sendiri saat lapisan es mencair?

Dalam lapisan sedimen yang terkumpul di dasar laut selama jutaan tahun, para peneliti seperti kami menemukan bukti bahwa saat Antartika Barat mencair, terjadi peningkatan aktivitas geologi di daratan secara cepat. Bukti ini memberi tahu apa yang akan terjadi di masa depan.

Perjalanan penemuan

Sejauh 30 juta tahun yang lalu, sebuah lapisan es menutupi sebagian besar wilayah yang sekarang kita sebut Antartika. Tapi selama Epoch Pliocene, yang berlangsung dari 5,3 juta hingga 2,6 juta tahun yang lalu, lapisan es di Antartika Barat menyusut secara drastis. Daripada sebuah lapisan es yang terus-menerus, yang tersisa hanyalah puncak es tinggi dan gletser di atau dekat puncak gunung.

Sekitar 5 juta tahun yang lalu, kondisi di sekitar Antartika mulai menghangat, dan lapisan es di Barat Antartika berkurang. Sekitar 3 juta tahun yang lalu, seluruh Bumi memasuki fase iklim hangat, mirip dengan yang terjadi saat ini.

Gletser tidak diam. Massa es besar ini terbentuk di daratan dan mengalir ke laut, melintasi batuan dasar dan mengikis material dari lanskap yang mereka tutupi, serta membawa debris tersebut saat es bergerak, hampir seperti conveyor belt. Proses ini mempercepat saat iklim menghangat, begitu juga dengan pencairan ke laut yang membentuk gunung es. Gunung es yang berisi debris ini kemudian dapat membawa material batuan benua ke laut, menjatuhkannya ke dasar laut saat gunung es mencair.

Drillship JOIDES Resolution berada di posisi untuk pengeboran laut dalam di luar Laut Amundsen selama Ekspedisi Program Penemuan Samudra Internasional 379. Gunung es modern terlihat dekat kapal. Phil Christie, CC BY-NC-ND

Pada awal 2019, kami bergabung dalam perjalanan ilmiah besar – Ekspedisi Program Penemuan Samudra Internasional 379 – ke Laut Amundsen, di selatan Samudra Pasifik. Tujuan ekspedisi kami adalah mengambil material dari dasar laut untuk mempelajari apa yang terjadi di Antartika Barat selama masa pencairan yang lalu.

Di atas kapal pengebor JOIDES Resolution, para pekerja menurunkan bor hampir 13.000 kaki (3.962 meter) ke dasar laut dan kemudian mengebor 2.605 kaki (794 meter) ke dasar laut, tepat di lepas pantai bagian paling rentan dari lapisan es Antartika Barat.

Bor tersebut mengangkat tabung panjang yang disebut “inti,” berisi lapisan sedimen yang terbentuk antara 6 juta tahun yang lalu hingga saat ini. Penelitian kami fokus pada bagian sedimen dari masa Epoch Pliocene, ketika Antartika belum sepenuhnya tertutup es.

Temuan yang tidak terduga

Saat berada di kapal, salah satu dari kami, Christine Siddoway, terkejut menemukan kerikil batu pasir yang tidak umum dalam bagian sedimen yang terganggu. Fragmen batu pasir jarang ditemukan dalam inti, sehingga asal-usul kerikil ini sangat menarik. Pengujian menunjukkan bahwa kerikil tersebut berasal dari pegunungan jauh di dalam interior Antartika, sekitar 800 mil (1.300 km) dari lokasi pengeboran.

Untuk terjadi demikian, gunung es harus telah mencair dari gletser yang mengalir dari pegunungan interior dan kemudian mengapung ke arah Pasifik. Kerikil ini memberikan bukti bahwa jalur laut dalam – bukan lapisan es tebal saat ini – pernah ada di seluruh bagian interior yang sekarang dikenal sebagai Antartika.

Setelah ekspedisi, saat para peneliti kembali ke laboratorium mereka, temuan ini dikonfirmasi melalui analisis lumpur, batu, fragmen batuan, dan mikrofosil yang juga ditemukan dalam inti sedimen. Properti kimia dan magnetik dari material inti mengungkapkan garis waktu rinci tentang mundurnya dan maju kembali lapisan es selama bertahun-tahun.

Analisis yang dipimpin oleh Keiji Horikawa menunjukkan bahwa setiap lapisan lumpur tipis yang terbentuk setelah episode deglasi, saat lapisan es mundur, terkait dengan material yang dibawa gunung es. Dengan mengukur berbagai unsur, termasuk strontium, neodymium, dan timbal, dia dapat menghubungkan lapisan lumpur tertentu dalam inti dengan tanda kimia di outcrop di Pegunungan Ellsworth, 870 mil (1400 km) jauhnya.

Horikawa menemukan tidak hanya satu kejadian material ini, tetapi hingga lima lapisan lumpur yang terbentuk antara 4,7 juta dan 3,3 juta tahun yang lalu. Itu menunjukkan bahwa lapisan es mencair dan lautan terbuka terbentuk, lalu lapisan es tumbuh kembali, mengisi interiornya, berulang kali, dalam rentang waktu yang singkat, dari ribuan hingga puluhan ribu tahun.

Animasi ini menunjukkan simulasi model numerik tentang fluktuasi lapisan es Antartika selama jutaan tahun. Model ini didorong oleh suhu laut dan atmosfer yang berubah seiring waktu; lapisan es membesar saat suhu mendingin dan menyusut saat suhu menghangat. Lokasi inti sedimen Ekspedisi 379 ditandai dengan bintang dan garis putus-putus. Simulasi ini memberikan salah satu rekonstruksi kemungkinan perilaku lapisan es selama satu peristiwa mundur/maju sekitar 3,6 juta tahun lalu. Simulasi ini divalidasi melalui perbandingan dengan data geologi.

Membangun gambaran yang lebih lengkap

Rekan tim kami, Ruthie Halberstadt, menggabungkan bukti kimia dan waktu ini dalam model komputer yang menunjukkan bagaimana kepulauan berbentuk archipelago dari pulau-pulau bergunung dan tertutup es muncul saat lautan menggantikan lapisan es tebal yang kini mengisi cekungan interior Antartika.

Perubahan terbesar terjadi di sepanjang pantai. Simulasi model menunjukkan peningkatan cepat dalam produksi gunung es dan penarikan dramatis tepi lapisan es ke arah Pegunungan Ellsworth. Laut Amundsen menjadi penuh dengan gunung es yang terbentuk dari segala arah. Batu dan kerikil yang tertanam di dalam gletser mengapung keluar ke laut dalam gunung es dan menjatuhkannya ke dasar laut saat gunung es mencair.

Bukti geologi yang lama dari Antartika dan tempat lain di dunia menunjukkan bahwa saat es mencair dan mengalir dari daratan, tanah itu sendiri mengangkat karena es tidak lagi menekannya. Perpindahan ini dapat menyebabkan gempa bumi, terutama di Antartika Barat, yang berada di atas area mantel Bumi yang sangat panas dan dapat rebound dengan kecepatan tinggi saat lapisan es di atasnya mencair.

Pembebasan tekanan pada tanah juga meningkatkan aktivitas vulkanik – seperti yang terjadi di Islandia saat ini. Bukti ini di Antartika berasal dari lapisan abu vulkanik yang diidentifikasi Siddoway dan Horikawa dalam inti, terbentuk 3 juta tahun yang lalu.

Kehilangan es di masa lalu dan kenaikan tanah di Antartika Barat juga memicu longsoran batu besar dan tanah longsor di batuan yang retak dan rusak, membentuk dinding lembah glasial dan tebing pantai. Keruntuhan di bawah laut memindahkan sejumlah besar sedimen dari landasan laut. Tidak lagi tertahan oleh berat es glasial dan air laut, massa batu besar pecah dan meluncur ke dalam air, menghasilkan tsunami yang menyebabkan kerusakan pantai lebih lanjut.

Percepatan semua perubahan ini menjadikan Antartika Barat yang telah kehilangan es sebagai contoh dari apa yang disebut “geologi bencana.”

Kenaikan aktivitas yang cepat ini mirip dengan apa yang pernah terjadi di tempat lain di planet ini di masa lalu. Misalnya, di akhir zaman es di Belahan Utara, 15.000 hingga 18.000 tahun yang lalu, wilayah antara Utah dan British Columbia mengalami banjir dari danau air leleh glasial yang pecah, rebound tanah, longsoran batu, dan peningkatan aktivitas vulkanik. Peristiwa seperti ini masih terjadi di Kanada dan Alaska hingga hari ini.

Para ilmuwan menyelidiki hubungan antara pencairan glasial dan letusan gunung berapi. Retret dinamis lapisan es

Analisis tim kami terhadap komposisi kimia batu menunjukkan bahwa Antartika Barat tidak selalu mengalami satu perubahan besar secara perlahan dari tertutup es menjadi bebas es, melainkan berayun antara keadaan yang sangat berbeda. Setiap kali lapisan es menghilang di masa lalu, itu menyebabkan kekacauan geologi.

Implikasi masa depan untuk Antartika Barat adalah bahwa saat lapisan esnya berikutnya runtuh, peristiwa bencana akan kembali terjadi. Ini akan berulang, saat lapisan es mundur dan maju, membuka dan menutup koneksi antar bagian lautan dunia.

Masa depan yang dinamis ini mungkin juga akan menyebabkan respons yang cepat di biosfer, seperti ledakan alga di sekitar gunung es di laut, yang mengarah pada masuknya spesies laut ke jalur pelayaran yang baru terbuka. Wilayah luas di pulau-pulau Antartika Barat kemudian akan terbuka untuk pertumbuhan lumut dan vegetasi pantai yang akan membuat Antartika lebih hijau daripada saat ini yang didominasi es putih.

Data kami tentang masa lalu Laut Amundsen dan prediksi yang dihasilkan menunjukkan bahwa perubahan di darat di Antartika Barat tidak akan lambat, bertahap, atau tidak terlihat dari perspektif manusia. Sebaliknya, apa yang terjadi di masa lalu kemungkinan akan terulang: pergeseran geologi yang cepat dan terasa secara lokal sebagai peristiwa apokaliptik seperti gempa bumi, letusan, tanah longsor, dan tsunami – dengan dampak global.