Ilmuwan Membuat Atlas Baru Perairan Laut yang Kekurangan Oksigen
Kehidupan penuh sesak hampir di mana-mana di lautan, kecuali di kantong-kantong tertentu di mana oksigen secara alami turun drastis dan air menjadi tidak layak huni bagi sebagian besar organisme aerobik. Kolam terpencil ini adalah "zona kekurangan oksigen," atau ODZ. Dan meskipun mereka membuat kurang dari 1 persen dari total volume lautan, mereka adalah sumber yang signifikan dari nitrous oxide, gas rumah kaca yang kuat. Batas-batasnya juga dapat membatasi luasan ekosistem perikanan dan laut.
Sekarang para ilmuwan MIT telah menghasilkan "atlas" tiga dimensi paling detail dari ODZ terbesar di dunia. Atlas baru ini menyediakan peta resolusi tinggi dari dua perairan utama yang kekurangan oksigen di Pasifik tropis. Peta-peta ini mengungkapkan volume, luas, dan kedalaman yang bervariasi dari setiap ODZ, bersama dengan fitur skala halus, seperti pita air beroksigen yang menyusup ke zona yang sudah habis.
Tim menggunakan metode baru untuk memproses data laut selama lebih dari 40 tahun, yang terdiri dari hampir 15 juta pengukuran yang dilakukan oleh banyak kapal pesiar penelitian dan robot otonom yang dikerahkan di Pasifik tropis. Para peneliti mengumpulkan kemudian menganalisis data yang luas dan berbutir halus ini untuk menghasilkan peta zona kekurangan oksigen di berbagai kedalaman, mirip dengan banyak irisan pemindaian tiga dimensi.
Dari peta-peta ini, para peneliti memperkirakan total volume dua ODZ utama di Pasifik tropis, lebih tepat daripada upaya sebelumnya. Zona pertama, yang membentang dari pantai Amerika Selatan, berukuran sekitar 600.000 kilometer kubik—kira-kira volume air yang akan mengisi 240 miliar kolam berukuran Olimpiade. Zona kedua, di lepas pantai Amerika Tengah, kira-kira tiga kali lebih besar.
Atlas berfungsi sebagai referensi di mana ODZ berada saat ini. Tim berharap para ilmuwan dapat menambahkan atlas ini dengan pengukuran lanjutan, untuk melacak perubahan di zona ini dengan lebih baik dan memprediksi bagaimana mereka dapat bergeser saat iklim menghangat.
"Secara umum diperkirakan bahwa lautan akan kehilangan oksigen karena iklim menjadi lebih hangat. Tetapi situasinya lebih rumit di daerah tropis di mana terdapat zona kekurangan oksigen yang besar," kata Jarek Kwiecinski '21, yang mengembangkan atlas bersama dengan Andrew Babbin, Cecil dan Profesor Pengembangan Karir Hijau Ida di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet MIT. "Sangat penting untuk membuat peta rinci dari zona-zona ini sehingga kami memiliki titik perbandingan untuk perubahan di masa depan." Studi tim muncul hari ini di jurnal Global Biogeochemical Cycles.
Mengudara keluar artefak
Zona kekurangan oksigen adalah wilayah lautan yang luas dan persisten yang terjadi secara alami, sebagai akibat dari mikroba laut yang melahap fitoplankton yang tenggelam bersama dengan semua oksigen yang tersedia di sekitarnya. Zona ini kebetulan terletak di daerah yang melewatkan arus laut yang lewat, yang biasanya akan mengisi kembali daerah dengan air beroksigen. Akibatnya, ODZs adalah lokasi perairan yang relatif permanen dan kekurangan oksigen, dan dapat berada di kedalaman tengah laut antara sekitar 35 hingga 1.000 meter di bawah permukaan. Untuk beberapa perspektif, lautan rata-rata memiliki kedalaman sekitar 4.000 meter.
Selama 40 tahun terakhir, kapal pesiar penelitian telah menjelajahi wilayah ini dengan menjatuhkan botol ke berbagai kedalaman dan mengangkut air laut yang kemudian diukur oleh para ilmuwan untuk oksigen.
"Tetapi ada banyak artifak yang berasal dari pengukuran botol ketika Anda mencoba mengukur oksigen yang benar-benar nol," kata Babbin. "Semua plastik yang kami sebarkan di kedalaman penuh dengan oksigen yang dapat larut ke dalam sampel. Ketika semua dikatakan dan dilakukan, oksigen buatan itu meningkatkan nilai sebenarnya dari lautan."
Daripada mengandalkan pengukuran dari sampel botol, tim melihat data dari sensor yang terpasang di bagian luar botol atau terintegrasi dengan platform robot yang dapat mengubah daya apungnya untuk mengukur air pada kedalaman yang berbeda. Sensor ini mengukur berbagai sinyal, termasuk perubahan arus listrik atau intensitas cahaya yang dipancarkan oleh pewarna fotosensitif untuk memperkirakan jumlah oksigen terlarut dalam air. Berbeda dengan sampel air laut yang mewakili kedalaman diskrit tunggal, sensor merekam sinyal secara terus menerus saat mereka turun melalui kolom air.
Para ilmuwan telah mencoba menggunakan data sensor ini untuk memperkirakan nilai sebenarnya dari konsentrasi oksigen di ODZ, tetapi ternyata sangat sulit untuk mengubah sinyal ini secara akurat, terutama pada konsentrasi yang mendekati nol.
"Kami mengambil pendekatan yang sangat berbeda, menggunakan pengukuran untuk tidak melihat nilai sebenarnya, melainkan bagaimana nilai itu berubah di dalam kolom air," kata Kwiecinski. "Dengan cara itu kami dapat mengidentifikasi perairan anoksik, terlepas dari apa yang dikatakan sensor tertentu."
Bottoming out
Tim beralasan bahwa, jika sensor menunjukkan nilai oksigen yang konstan dan tidak berubah di bagian vertikal laut yang terus menerus, terlepas dari nilai sebenarnya, maka itu kemungkinan akan menjadi tanda bahwa oksigen telah mencapai titik terendah, dan bagian itu adalah bagian dari zona kekurangan oksigen.
Para peneliti mengumpulkan hampir 15 juta pengukuran sensor yang dikumpulkan selama 40 tahun oleh berbagai kapal pesiar penelitian dan pelampung robot, dan memetakan wilayah di mana oksigen tidak berubah dengan kedalaman.
"Kita sekarang dapat melihat bagaimana distribusi air anoksik di Pasifik berubah dalam tiga dimensi," kata Babbin.
Tim memetakan batas, volume, dan bentuk dua ODZ utama di Pasifik tropis, satu di Belahan Bumi Utara, dan yang lainnya di Belahan Bumi Selatan. Mereka juga dapat melihat detail halus di setiap zona. Misalnya, perairan yang kekurangan oksigen "lebih tebal", atau lebih terkonsentrasi ke tengah, dan tampak menipis ke arah tepi setiap zona.
"Kami juga bisa melihat celah, di mana sepertinya gigitan besar diambil dari perairan anoksik di kedalaman yang dangkal," kata Babbin. "Ada beberapa mekanisme yang membawa oksigen ke wilayah ini, membuatnya teroksigenasi dibandingkan dengan air di sekitarnya."
Pengamatan seperti itu terhadap zona kekurangan oksigen di Pasifik tropis lebih rinci daripada apa yang telah diukur hingga saat ini.
"Bagaimana batas ODZ ini dibentuk, dan seberapa jauh mereka meluas, tidak dapat diselesaikan sebelumnya," kata Babbin. "Sekarang kami memiliki gagasan yang lebih baik tentang bagaimana kedua zona ini dibandingkan dalam hal luas dan kedalaman areal."
"Ini memberi Anda gambaran tentang apa yang bisa terjadi," kata Kwiecinski. "Ada banyak lagi yang bisa dilakukan dengan kompilasi data ini untuk memahami bagaimana pasokan oksigen laut dikendalikan."