Jauh sebelum manusia hidup di planet ini, tumbuhan diam-diam melakukan pekerjaan berat dalam siklus karbon bumi. Mereka menyedot karbon dioksida. Mereka menguncinya di jaringan mereka. Dan ketika mereka mati, karbon tersebut tetap tersimpan di batuan.
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan mengandalkan lautan untuk memberi tahu kita seperti apa atmosfer jutaan tahun yang lalu. Fosil laut. Pecahan cangkang. Lapisan sedimen. Dapat diandalkan, tentu saja. Tapi mereka punya batasan. Resolusi mereka menjadi kabur setelah Eosen Tengah, sekitar 45 juta tahun yang lalu. Dan sebelum itu? Rekor tersebut sebagian besar hilang.
Di sinilah pendekatan baru dari para peneliti di Universitas Michigan mengubah keadaan. Dengan menganalisis fosil tumbuhan dari Wyoming, Nathan Sheldon dan Katarina Keating telah membuka pintu ke masa lalu. Secara khusus, mereka telah menunjukkan bahwa bagaimana fosil tumbuhan dapat mengungkap atmosfer bumi di masa lalu tidak hanya bersifat teoretis—tetapi dapat diukur dan akurat.
Petunjuk Karbon-13
Kuncinya di sini bukanlah pada tanaman itu sendiri. Itu adalah isotopnya. Khususnya, Delta Karbon-13 (δ¹³C).
Karbon-12 lebih ringan. Karbon-13 lebih berat. Tumbuhan lebih menyukai isotop yang lebih ringan ketika mereka berfotosintesis. Jadi, rasio kedua karbon dalam fosil daun menceritakan sebuah kisah. Pergeseran rasio tersebut mencerminkan bagaimana karbon berpindah melalui siklus karbon global. Ini adalah pengukur fluks.
Secara tradisional, para peneliti menggunakan proxy kelautan untuk ini. Sedimen laut. Cangkang foraminifera. Catatan-catatan ini berasal dari Zaman Kapur, sekitar 145 juta tahun yang lalu. Tapi sinyalnya jadi berisik. Resolusi suboptimal mengganggu data. Kami tidak bisa melihat dengan jelas. Dan kita tentu saja tidak dapat melihat rekaman lama dengan yakin.
Kesenjangan ini merupakan suatu permasalahan. Waktu antara kepunahan K-Pg (peristiwa pembunuhan dinosaurus) dan zaman modern memberikan pelajaran bagi krisis iklim yang kita hadapi saat ini. Pada zaman Paleosen dan Eosen terjadi lonjakan pemanasan global yang terlihat sangat familiar. Jika kita ingin memprediksi arah yang kita tuju, kita perlu memahami bagaimana perilaku siklus karbon saat planet sedang panas.
Namun tanpa data yang baik, kita akan menjadi buta.
Kapsul Waktu Wyoming
Sheldon, Keating, dan tim mereka pergi menggali di Cekungan Hoback di Wyoming. Mereka tidak hanya menggores permukaannya saja. Mereka pergi beberapa meter ke bawah tanah, mengambil sampel dari formasi batuan yang berumur antara 50 dan 60 juta tahun yang lalu. Hal ini menempatkan mereka tepat pada Paleosen akhir dan Eosen awal.
Mereka mengekstraksi bahan organik terestrial. Mereka menganalisisnya untuk δ¹³C.
Logikanya sederhana namun kuat. Tumbuhan memerangkap CO₂ dari udara. Jika udara memiliki ciri isotop tertentu, tanaman akan mencerminkannya. Ketika tumbuhan tersebut menjadi fosil, ciri khasnya tetap ada. Ini adalah hubungan langsung dengan fluks karbon di atmosfer pada saat yang tepat dalam waktu geologis.
Namun apakah data tersebut cocok dengan data kelautan? Atau itu hanya kebisingan lokal?
Para peneliti membandingkan data terestrial mereka dengan catatan terestrial global yang ditemukan dalam literatur. Kemudian, mereka melakukan referensi silang terhadap segala sesuatu dengan fosil organisme laut dari periode Kenozoikum, yang berasal dari 66 juta tahun yang lalu. Mereka perlu mengetahui apakah tanaman di darat merupakan representasi yang valid untuk δ¹³C di atmosfer dalam skala global.
Hasilnya sangat mengejutkan.
Kecocokan yang Dibuat dalam Waktu Geologi
Nilai δ¹³C atmosfer yang direkonstruksi dari tanaman Wyoming selaras dengan nilai yang diperoleh dari organisme laut purba.
Ini bukanlah korelasi marginal. Ini adalah validasi. Hal ini membuktikan bahwa fosil tanaman dapat secara andal merekonstruksi kondisi atmosfer kuno dengan ketelitian yang mampu menyaingi catatan lautan. Dan karena tumbuhan sudah ada jauh sebelum proxy kelautan modern menawarkan data yang jelas, hal ini memperluas rentang waktu kita secara signifikan.
Tim menggali secara spesifik untuk melihat apa yang terjadi pada iklim selama pergeseran ini. Mereka membandingkan nilai-nilai yang direkonstruksi dengan nilai dasar.
Gunung berapi adalah sumber utama karbon, melepaskannya pada nilai δ¹³C yang stabil sekitar -5,4‰.
Sekitar 53 juta tahun yang lalu (Eosen), atmosfer menunjukkan nilai -6,30‰. Itu lebih rendah. Artinya, terdapat banyak karbon-12 yang lebih ringan di udara. Karbon yang lebih ringan biasanya berkorelasi dengan suhu yang lebih hangat. Planet ini panas.
Lalu, lihatlah zaman Paleosen akhir, sekitar 57 juta tahun lalu. Nilainya berbalik menjadi -4,37‰. Lebih tinggi. Lebih berat. Hal ini menunjukkan bahwa karbon ringan disimpan di tempat lain—kemungkinan besar tersimpan di lautan atau terkubur dalam sedimen. Penghapusan karbon ringan ini meninggalkan isotop yang lebih berat di atmosfer. Efek bersihnya? Iklim yang sejuk.
Catatan darat dan laut menunjukkan pergeseran yang sama. Proses yang umum sedang berlangsung. Fluks karbon global mendorong perubahan suhu. Tumbuhan dan plankton menceritakan kisah yang sama.
Komplikasi Curah Hujan
Tidak semuanya berjalan mulus. Tim tersebut melihat sesuatu yang aneh ketika membandingkan data Wyoming mereka dengan situs lain secara global.
Hasilnya bervariasi berdasarkan curah hujan.
Lokasi yang secara historis lebih basah menunjukkan pembacaan dengan kandungan karbon yang lebih sedikit. Lokasi yang lebih kering, termasuk Hoback Basin, sesuai dengan nilai yang diharapkan berasal dari laut.
Mengapa curah hujan penting? Kemungkinan karena ketersediaan air mempengaruhi cara tanaman menyerap karbon dan cara bahan organik terurai sebelum terkubur. Jika Anda berada di zona basah, sinyalnya akan melemah atau berubah.
Para peneliti memahami dengan jelas batasan ini. Untuk mendapatkan pembacaan bagaimana fosil tumbuhan mencerminkan fluks karbon secara akurat, para ilmuwan perlu memperhitungkan curah hujan. Situs basah mungkin memerlukan penyesuaian atau pengecualian dari model tertentu.
Tapi ini tidak merusak metodenya. Itu menyempurnakannya.
Mengapa Ini Penting Sekarang
“Kami menyediakan metode untuk memahami sumber dan penyerap CO2 selama tanaman masih ada,” tulis Sheldon dan Keating.
Itu pernyataan yang besar.
Saat ini, kami mengandalkan catatan kelautan untuk melacak siklus karbon selama Kenozoikum dan Mesozoikum. Namun catatan tersebut jarang terjadi pada jangka waktu tertentu. Mereka mempunyai kendala. Mereka mempunyai kesenjangan.
Pendekatan baru yang menggunakan bahan fosil tumbuhan dapat mengisi kesenjangan tersebut. Ini melengkapi data kelautan. Ini berfungsi di wilayah yang miskin data. Dan yang terpenting, hal ini memungkinkan rekonstruksi pada periode ketika kendala laut tidak ada.
Kita sedang menghadapi perubahan CO2 di atmosfer yang belum pernah terjadi sebelumnya. Memahami mekanisme masa lalu bukan lagi sekedar akademis. Ini adalah keterampilan bertahan hidup. Kita perlu mengetahui bagaimana respons planet ini ketika tingkat karbon melonjak. Kita perlu tahu kemana panasnya pergi. Dan sekarang, berkat fosil dedaunan Wyoming, kita memiliki peta masa lalu yang lebih jelas.
Tumbuhan ingat. Kita hanya perlu membacanya dengan benar.
