PAPARAN ES YANG MENYIMPAN INGATAN

Di sekeliling Antarktika, lapisan es tidak berhenti di garis pantai. Es itu mengalir keluar di atas laut sebagai platform terapung, yaitu paparan es (ice shelves), yang digerogoti laut dari bawah. Menurut para penulis, paparan es yang lebih tipis dapat membuat es yang bertumpu di dasar di belakangnya meluncur lebih cepat ke laut, sehingga menambah kenaikan muka laut.

Apa yang mengisi ruang di bawah paparan es, yaitu rongganya (cavity), sangat menentukan. Sebagian rongga berisi air dingin, sekitar −2 °C (air asin membeku di bawah 0 °C), yang terbentuk di permukaan laut pada titik beku: esnya mencair perlahan. Rongga lain diserbu air dalam yang hangat, sekitar 1 °C, yang mengalir masuk dari laut lepas: di sana, pencairan berlangsung cepat. Apakah suatu rongga bisa beralih dari dingin ke hangat, lalu kembali, masih diperdebatkan: sebagian studi mendapati peralihan semacam itu permanen, studi lain mendapatinya dapat berbalik.

Pabrik garam di muka es

Air dingin itu berasal dari polinia pesisir (coastal polynyas): hamparan laut terbuka, bebas es laut, tepat di depan paparan es. Angin mendorong es laut menjauhi pantai, air yang tersingkap kehilangan panas ke udara yang membekukan, dan es laut baru terbentuk di sana lebih cepat daripada di tempat lain mana pun. Air laut yang membeku meninggalkan garamnya. Air permukaan menjadi lebih berat dan, jika prosesnya cukup kuat, tenggelam dan mengaduk air hingga ke dasar laut: konveksi dalam ini mengirim air dingin ke dalam rongga.

Paparan es model dalam kanal 250 kilometer

Louis Saddier dan rekan-rekannya, di Lyon dan Canberra, tidak memodelkan paparan es sungguhan mana pun. Dengan kode laut NEMO, mereka membangun paparan es yang diidealkan: sebuah kanal sepanjang 250 km dan selebar 50 km, dasar laut datar sedalam 600 m, paparan es sepanjang 100 km dengan dasar miring yang lurus dan, di ujung jauhnya, laut terbuka yang dijaga pada suhu dan salinitas tetap. Tepat di depan es, permukaan laut menerima garam, meniru polinia. Fluks garam itu kenop utamanya.

Kesederhanaan menghemat waktu. Dari rongga hangat, tim itu menaikkan fluks garam sebesar 0,005 gram per meter persegi per detik — menurut konversi para penulis, garam yang ditinggalkan oleh sekitar 5 meter es laut baru per tahun — setiap 10 tahun, dari nol hingga 0,075. Dari rongga dingin, mereka menurunkannya dengan cara yang sama. Setiap jalur mencakup 16 tahap dan 160 tahun simulasi. Nilai teratasnya sengaja dibuat ekstrem: polinia paling aktif yang dikutip para penulis, Cape Darnley, mencapai sekitar 0,03 (sekitar 30 meter es laut per tahun).

Polinia yang sama, dua kemungkinan lautan

Ketika air dalam di lepas pantai bersuhu 0 °C atau lebih dingin, pencairan berubah secara mulus dan jalan naik sama dengan jalan turun. Pada 1 °C atau 2 °C, rongga beralih secara mendadak, dalam beberapa tahun, dan kedua jalur tidak lagi sama:

• Pada 1 °C, rongga hangat menjadi dingin begitu fluks garam mencapai sekitar 0,04. Rongga dingin baru kembali hangat ketika fluks turun ke sekitar 0,02, separuhnya.
• Pada 2 °C, peralihan ke dingin menunggu hingga sekitar 0,06, sedangkan jalan kembali tetap terjadi di dekat 0,02. Jendelanya, yaitu rentang fluks garam tempat salah satu dari dua keadaan dapat bertahan, melebar.
• Di antara keduanya, polinia yang sama dapat mempertahankan salah satu dari dua keadaan, dengan laju pencairan rata-rata beberapa kali lebih tinggi pada keadaan hangat. Fisikawan menyebutnya bistabilitas; kenyataan bahwa jalan kembali berbeda dari jalan pergi disebut histeresis.

Air lelehan yang mengunci pintu

Mengapa laut bisa mengingat? Melalui air lelehannya sendiri. Rongga hangat mencairkan banyak es. Air lelehan yang ringan dan tawar menyebar di dekat permukaan dan mencegah air polinia tenggelam, sehingga rongga tetap hangat meskipun garam bertambah. Rongga dingin mencairkan sedikit es, konveksi mudah terjadi, dan rongga itu tetap dingin meskipun garam berkurang.

Umpan balik ini memerlukan perangkap. Dalam model, sebuah girus (gyre), yaitu arus yang berputar perlahan, menahan air lelehan di depan es. Jadikan dinding samping kanal tanpa gesekan, dan girus itu berganti menjadi satu girus besar yang membawa air lelehan ke laut lepas: peralihannya menjadi bertahap dan sepenuhnya dapat berbalik. Laut lepas pantai yang lapisannya lebih kuat juga mempersempit jendela itu hingga lenyap. Menaikkan atau menurunkan viskositas horizontal lima kali lipat, yaitu gesekan internal yang ditetapkan para pemodel dengan sedikit batasan, juga mempersempit jendela itu. Menurut para penulis, hal ini mungkin menjelaskan mengapa studi-studi sebelumnya tidak sepakat.

Amati termoklin, bukan pencairannya

Peralihan itu punya penanda yang jelas: termoklin, batas antara lapisan dingin teraduk di atas dan lapisan yang lebih hangat di bawah. Rongga menjadi dingin tepat ketika lapisan teraduk mencapai dasar laut, dan kembali hangat ketika termoklin terangkat darinya. Sebelum peralihan ke dingin, kedalaman termoklin makin lama makin bergoyang; sebelum peralihan kembali ke hangat, air dalam yang hangat makin sering menyusup masuk. Laju pencairan itu sendiri tidak memberi peringatan yang berguna.

Pencairan bahkan mengikuti dua hukum: kira-kira kuadrat kelebihan suhu air lepas pantai di atas titik beku lokal (−2,33 °C) pada keadaan hangat, dan sebanding secara sederhana pada keadaan dingin. Rumus hukum kuadrat yang lazim dipakai untuk memperkirakan pencairan dari kondisi lepas pantai mungkin tidak selalu berlaku.

Tanpa angin, tanpa dasar laut sungguhan

Kanal itu mengabaikan palung dasar laut, angin, keterkaitan dengan es laut, tepi paparan benua, dan air lelehan dari paparan es tetangga. Para penulis mencatat bahwa paparan es sungguhan seperti Pine Island, Amery, dan Filchner memiliki girus di dekat mukanya, yang mungkin membuatnya lebih rentan terhadap peralihan yang tak dapat berbalik. Dalam model, tahapan sepuluh tahun sudah cukup untuk peralihan yang tuntas; berapa lama waktu yang dibutuhkan rongga sungguhan, studi ini membiarkannya terbuka.