Deposit kerangka karang berisi sejumlah besar data lingkungan selama beberapa ribu tahun, termasuk catatan tahunan suhu laut, polusi air, dan aktivitas badai
Karang kelopak masif ini [karang lobus] dari spesies Porites lobata tumbuh di laguna pulau Hua hin, Polinesia Prancis. Sampel inti diambil dari terumbu dengan sampel karang dari berbagai tempat mengungkapkan informasi tentang keadaan lautan ribuan tahun yang laluKetika senja terbenam di atas permukaan
Laut Solomon yang berkilauan di Pasifik,
Guillaume Iwankow mengenakan perlengkapan selamnya dan turun dari sekunar penelitian Tara ke dalam perahu motor. Tujuannya adalah untuk mengembalikan inti, sampel panjang tangan yang diambil dari koloni
karang , memimpin sejarah puluhan tahun hidupnya.
Setelah 10 menit, kapal meninggalkan Tara, motor melambat. Sangat kecil sehingga ikan yang hidup di terumbu hanya beberapa sentimeter dari permukaan. Ivankov, seorang spesialis penyelaman ilmiah di
Yayasan Tara Expeditions , sedang mencari tempat di karang di mana Anda dapat mengambil contoh Porites lobata yang terbesar dan paling kuno - karang kuning-hijau bundar yang sering tumbuh sangat besar sehingga terlihat lebih mirip isi tengkorak Godzilla. Koloni karang terdiri dari hewan bertubuh lunak,
polip karang , yang (menggunakan alga simbiotik) mengeluarkan mineral kalsium karbonat dalam lapisan tipis. Seiring waktu, lapisan tahunan menumpuk satu di atas yang lain dan berubah menjadi massa padat yang membentuk kerangka karang.
Guillaume IvankovSetelah menemukan Porites yang ideal, Ivankov menekan bor intinya berdiameter tujuh sentimeter ke permukaan karang. Bor drum dengan dengungan tenang ke dalam kerangka, dan awan-awan debu karang dilemparkan ke dalam air di sekitarnya. Menembus semua lapisan karang, Ivankov memiringkan bor di sana-sini, merobek pangkal sampel potongan, yang panjangnya sekitar 40 cm. Dia mengulangi proses ini di lubang yang sama dua kali lagi, dan kemudian mengapung kembali dan menempatkan sampel yang diperoleh di kapal - total sekitar 120 cm. Hanya polip yang ditemukan di permukaan formasi Porites, oleh karena itu, setelah pengeboran, karang harus terus tumbuh di perairan dangkal, tanpa kerusakan atau gangguan khusus.
Ekspedisi ilmiah kelautan semacam itu mengumpulkan semua jenis sampel biologis, dari air laut dan ikan yang hidup di terumbu karang hingga mikroba dari karang. Tetapi inti karang berbeda dari yang lain. Ini adalah kapsul waktu organik yang berisi catatan polusi lokal, geologi, suhu dan kesehatan terumbu karang, yang terbentang ratusan ribu tahun lalu. Para peneliti terus meningkatkan metode yang tidak terduga dimana informasi tersebut dapat diekstraksi dari kerangka karang. Ahli iklim, ahli geokimia, dan ahli paleontologi yang ingin membenamkan diri dalam sejarah laut semakin disarankan: telaah sampel inti. "Saya menyebutnya buku-buku sejarah terumbu karang alami," kata
Janice Lowe , seorang ahli klimatologi dan ahli inti karang di Australian Institute of the Sea. "Mereka bisa menceritakan banyak kisah."
Tenggelam dalam sejarah samudera
Penambangan inti koral, sebagai investigasi detektif, telah menjadi cara yang andal untuk memperkaya teori peristiwa masa lalu dengan detail dan bukti - atau bahkan hanya membuktikan bahwa peristiwa ini terjadi. Sangat mudah untuk melupakan bahwa sebelum tahun 1970-an, tidak ada yang yakin bahwa karang umumnya memiliki cincin tahunan. Saat itulah tim ahli geofisika dari Universitas Hawaii mengunjungi
Atol Eniwetok di Pasifik Selatan.
Enivetok adalah pulau bersahaja dengan sejarah yang tidak biasa: Amerika Serikat menguji senjata nuklirnya di sana pada 1940-an dan 50-an. Para peneliti dari Hawaii bertanya-tanya apakah kerangka karang di dekatnya menunjukkan bukti radioaktivitas ini. Jika lapisan karang mengandung unsur radioaktif dengan waktu paruh yang diketahui, akan mungkin untuk menghitung secara akurat pada titik mana cincin muncul. "Mereka mengambil lapisan koloni besar-besaran, meletakkannya di atas kertas peka cahaya di ruangan gelap selama sebulan, dan melihat set strip radioaktif," kata Lowe. Jarak antara strip di kertas menunjukkan bahwa banyak data lain dapat ditemukan dalam struktur karang tersembunyi, sehingga diperlukan tes tambahan. "Mereka menghubungi dokter terdekat dan bertanya: Apakah mungkin untuk mencerahkan lapisan karang kita dengan sinar-X?"
Penyelam membawa ke permukaan sampel karangSetelah menempatkan lapisan karang di alat sinar-X, cincin tahunan yang mudah dibedakan berganti antara terang dan gelap menjadi terlihat - ini adalah refleksi dari kepadatan kalsium karbonat, yang membentuk kerangka karang. Penanggalan unsur radioaktif kerangka mengungkapkan bahwa setiap tahun sepasang cincin muncul di karang: lebih besar dan lebih keropos, dan lebih sempit dan lebih padat. Dalam sebuah
makalah tahun 1972 yang diterbitkan dalam jurnal Science, para peneliti menyebut core sebagai "kronometer karang," yang merujuk pada kegunaannya sebagai jam alami. Sejak itu, para ilmuwan lain telah melaporkan bahwa karang menyimpan
cincin tahunan yang lebih tebal selama musim hujan dengan suhu sedang, dan yang kurang tebal selama musim kemarau dan kondisi cuaca yang lebih ekstrem.
Karang tumbuh sebesar 0,3-10 cm per tahun, tetapi rata-rata dapat dianggap bahwa inti sepanjang 100 cm berisi catatan 100 tahun sejarah karang. Seringkali ini adalah 100 tahun terakhir - tetapi tidak selalu. Karang yang mengeras mungkin mengandung rangkaian cincin tahunan yang berasal dari
periode interglasial terakhir, lebih dari 100.000 tahun yang lalu. Untuk menilai kerapatan relatif cincin tahunan, yang mencerminkan kondisi iklim pada saat kemunculannya, sinar-x masih digunakan. Tetapi ahli kelautan terus-menerus menemukan sifat berguna baru dari inti koral dalam proses kerja.
Salah satu kisah terkaya yang terkandung dalam data inti adalah catatan tahunan jejak unsur-unsur kimia yang terkandung dalam air laut. Polip karang menyaring air laut untuk mengekstraksi bahan dari sana untuk membangun kerangka, sehingga setiap lapisan mengandung sejumlah kecil dari apa yang ada di dalam air pada saat lapisan ini dibuat. Dan meskipun cincin tahunan karang "karena bentuk internal kompleks kerangka tidak sejelas dan rapi seperti cincin tahunan pohon," kata
Gregory Webb , ahli paleontologi di University of Queensland, "mereka benar-benar merekam kimia air di mana mereka tumbuh."
Mempelajari komposisi inti karang memungkinkan para ilmuwan untuk membangun plot berbagai zat yang terkandung di lautan pada tahun yang berbeda. Ini dapat memberikan informasi tentang proses planet yang tampaknya tidak ada hubungannya dengan pertumbuhan karang. Ahli kelautan dari laboratorium Tiongkok telah
menghitung kekuatan monsun musim dingin Asia Timur selama 150 tahun terakhir dengan mengukur tingkat elemen tanah langka seperti lanthanum dan cerium di setiap lapisan inti karang Porites. Unsur-unsur tanah jarang ini diambil dari pusaran air berdebu yang terjadi selama badai musim dingin, sehingga persentase elemen merupakan indikator yang dapat diandalkan dari intensitas badai.
Foto close-up Porites lobata menunjukkan kelompok kecil tentakel polip karang yang menonjol.Demikian pula, uji inti karang mengungkapkan bukti historis pencemaran manusia di lautan, jauh lebih detail daripada yang lainnya. Lowe dan koleganya mengambil sampel dari Great Barrier Reef dan menguji lapisan logam beracun seperti timah dan kadmium, yang sering dipancarkan oleh pabrik industri. Pembangun dapat membangun pelabuhan, membuang batuan sedimen di terumbu karang, dan mengklaim bahwa intervensi mereka tidak mempengaruhi lautan - tetapi, seperti yang ditunjukkan oleh Lowe, "inti karang adalah pengamat yang tidak bias yang memantau perubahan lingkungan."
Inti koral juga memberikan satu dari sedikit catatan suhu laut yang dapat diandalkan pada tahun-tahun sebelum dimulainya catatan manusia. Ketika air lebih dingin, karang menggunakan lebih banyak strontium, menambahkannya ke kalsium karbonat yang digunakan untuk membuat kerangka. Dengan menghitung persentase rasio kalsium terhadap strontium di setiap tingkat inti, Anda dapat menentukan berapa suhu lautan ketika lapisan ini muncul.
Dengan menggunakan teknologi ini pada inti koral dari perairan tropis Samudra Pasifik dekat Kepulauan Galapagos, ahli geologi Gloria Jimenez dari Arizona University dan rekannya baru-baru ini membuat deskripsi terperinci tentang perubahan suhu air dari tahun 1940 hingga 2010. Sebelum ini, catatan suhu air tidak berbeda dalam keteraturan, dan dikatakan bahwa pemanasan air laut terbatas karena arus dingin yang dalam. Tetapi data dari inti karang Jimenez berbicara dengan cara berbeda: air telah memanas di wilayah ini sejak tahun 1970-an, dan pada tahun 80-an ada gelombang ketika arus hangat El Niño lewat. Tren ini menuju pemanasan bertahap berarti bahwa terumbu karang dekat Galapagos mungkin berada dalam bahaya yang lebih besar daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Di bawah formasi karang modern yang dipelajari Jimenez, ada gudang penyimpanan data lain yang tersimpan dalam fosil karang. Bergantung pada pelestariannya, inti dari karang semacam itu memungkinkan para peneliti untuk memperluas catatan suhu hingga 100.000 tahun di masa lalu. Webb memiliki kapal penelitian khusus, D Hill, tempat platform pengeboran dipasang, yang mampu mengekstraksi inti dari lapisan kuno yang terletak di bawah Great Barrier Reef.
Setelah Webb dan tim mengambil inti dari fosil karang, mereka dapat menentukan usia mereka menggunakan penanggalan uranium-thorium. Spektrometer massa menunjukkan berapa banyak uranium residu dalam lapisan inti telah membusuk untuk membentuk thorium, dan rasio kedua elemen ini digunakan untuk menghitung perkiraan usia setiap lapisan. Seperti Jimenez, Webb menggunakan rasio strontium terhadap kalsium untuk menghitung suhu lautan selama penampakan setiap strip, dan ia menggunakan inti fosilnya untuk melacak kandungan unsur-unsur kimia di perairan prasejarah. "Kami bisa membuat inti bertanggung jawab atas seluruh
Holocene, " kata Webb, merujuk pada era geologi saat ini yang dimulai 12.000 tahun yang lalu. "Kita dapat membandingkan iklim dan kualitas air di area terumbu yang sama, di tempat yang sama, tetapi terpisah 100.000 tahun."
Data fosil juga memberikan bukti baru tentang proses geologis purba. Dalam perjalanan baru-baru ini ke Girona Reef, bagian dari Great Barrier Reef di lepas pantai Australia, mereka menghadapi masalah dengan kru. Instalasi mereka dapat menggigit ke bawah dengan 30 meter, dan begitu mereka menghitung bahwa mereka akan segera sampai ke lapisan yang muncul pada periode interglasial terakhir dari Pleistosen, lebih dari 100.000 tahun yang lalu. Tapi mereka tidak pernah mendapatkannya. "Kami berpikir bahwa sekitar 15 meter kami akan memasuki Pleistocene," kenang Webb. - Kami membuat taruhan pada seberapa dalam kami akan menemukannya - seseorang menetapkannya pada 12, seseorang pada 14. Dan kemudian tiba-tiba kami berada pada 22 meter, dan tidak pernah mendapatkannya. Kami hanya menggigit rongga, dan tidak ada yang mengharapkan ini. "
Terumbu karang menjadi pusat ekosistem laut yang hidup, sehingga masa depan mereka dalam menghadapi pengasaman laut menimbulkan keprihatinan seriusTernyata inti koral berisi lapisan yang berasal dari zaman es terakhir, ketika permukaan laut 130 meter lebih rendah dan seluruh Great Barrier Reef berada di atas air. Angin, hujan, dan air yang mengalir membasahi batu kapur yang membuka dan membentuk celah dalam yang dikelilingi oleh bukit-bukit yang tinggi, curam dan tidak rata. Ketika permukaan laut naik lagi, arus dan gelombang memenuhi lembah yang tenggelam dengan partikel-partikel batuan sedimen, dan tempat ini menjadi dasar bagi terumbu karang baru. Penemuan ini membantu para ilmuwan menyimpulkan bahwa bentuk terumbu modern biasanya tidak ditentukan oleh bentuk terumbu sebelumnya atau struktur geologi tempat mereka tumbuh, seperti yang diperkirakan sebelumnya. Akumulasi batuan sedimen dapat mengaburkan kontur struktur lama, dan menyediakan permukaan yang rata di mana karang baru dapat tumbuh. Dan titik terumbu karang tertinggi dapat terletak pada ketinggian yang memungkinkan permukaan laut, yang berarti bahwa di bagian atas mereka juga menjadi rata.
Pergerakan air laut selalu memainkan peran utama dalam pembentukan ekosistem unik ini - konfirmasi lebih lanjut dari ini diberikan dalam sebuah karya baru yang diterbitkan di Nature Geoscience. Jodi Webster dari University of Sydney, Brian Lowheed dari Institut Pierre-Simon Laplace di Perancis, dan rekan-rekan mereka mengekstraksi banyak inti karang kuno yang berbeda dari Great Barrier Reef. Analisis materi kerangka dan endapan inti menunjukkan bahwa perubahan permukaan laut selama 30.000 tahun terakhir telah membunuh bagian terumbu lima kali - kadang-kadang ketika terumbu terekspos ke udara, kadang-kadang ketika sedimen di air yang naik menghalangi cahaya yang mencapai karang. Tetapi dalam setiap kasus, terumbu karang muncul kembali, ketika polip dari terumbu lain muncul di sana, dan formasi karang hidup akhirnya pindah ke tempat kondisi terbaik untuk air dan penerangan.
Struktur unik dari setiap lapisan karang di inti juga memberikan petunjuk tentang masalah lain yang dihadapi karang ketika membentuk - apakah ini terjadi puluhan tahun yang lalu, atau ribuan. Misalnya, ketika lautan meningkatkan keasaman karena pembubaran karbon dioksida di atmosfer, karang benar-benar mengubah kebiasaan tumbuh mereka, seperti yang ditulis para peneliti di Woods Hole Oceanographic Institute tahun lalu dalam jurnal Proceedings of National Academy of Sciences.
Tiga bagian inti menunjukkan sistem cincin tahunan yang rumit yang menunjukkan bagaimana karang di terumbu bereaksi terhadap perubahan lingkungan. Sampel-sampel ini disorot dengan sinar ultraviolet, yang memungkinkan untuk memperoleh informasi tertentu tentang komposisi kimianya.Sebuah tim ahli kelautan Woods Hole, termasuk mahasiswa pascasarjana
Nathaniel Mollick dan ahli geologi
Anna Cohen , menganalisis sampel inti karang Porites modern yang diambil di dekat Panama, Palau, Taiwan, dan Donsha Atoll di Laut Cina Selatan. Mereka menempatkan semua inti di peralatan untuk computed tomography - alat sinar-X khusus yang dapat mengungkapkan rincian perubahan pertumbuhan dan kepadatan di dalam karang.
Membandingkan catatan-catatan ini dari inti koral dengan sampel air yang diambil di setiap lokasi, para ilmuwan telah menunjukkan bahwa keasaman tinggi lautan di masa lalu menyebabkan munculnya anomali struktural tertentu. Karang di perairan yang lebih asam tumbuh pada laju yang sama, tetapi struktur karang tersebut ternyata sangat berbeda - celah muncul di dalamnya, mirip dengan gelembung dalam adonan pancake. Ini karena, setelah larut dalam air, karbon dioksida bergabung dengan ion karbonat bebas. Akibatnya, lebih sedikit ion yang tersisa di polip karang, dan mereka tidak dapat menghasilkan kalsium karbonat sebanyak yang mereka butuhkan.
Seiring waktu, defisit ini menyebabkan munculnya kerangka karang yang lebih tipis dan keropos. "Kami pada dasarnya melihat kekosongan dan gelembung di dalam," kata
Weifu Guo , seorang ahli geokimia tim. Kerangka yang rapuh seperti itu cenderung hancur karena badai dan gelombang kejut - dan ini, pada gilirannya, mengancam bentuk kehidupan lain di terumbu, termasuk ganggang, yang menanam makanan untuk karang, dan ikan, nutrisi yang bergantung padanya.
Memodelkan lautan masa depan
Pengamatan inti koral semacam itu mengisi kekosongan dalam pengetahuan tentang dinamika planet dan lautan, dan juga membantu para peneliti memperkirakan bagaimana tekanan di masa depan akan memengaruhi terumbu. Para peneliti dari Woods Hole, membandingkan data inti dengan perkiraan peningkatan keasaman lautan karena perubahan iklim, menyimpulkan bahwa kepadatan kerangka karang di seluruh dunia pada tahun 2100 kemungkinan akan berkurang sebesar 20%. Prediksi ini menekankan pemaparan terumbu karang di masa depan terhadap kerusakan fisik.
Janice LoweSelain itu, catatan jangka panjang yang disimpan dalam inti karang menunjukkan seberapa cepat karang tumbuh dan beradaptasi dengan polusi dan pemanasan laut - ini sangat penting, mengingat tren saat ini yang serupa. “Kami membutuhkan catatan sejarah tentang perilaku terumbu karang, perubahan yang telah terjadi dan reaksi mereka terhadap perubahan ini. Ini memberi kita pemahaman yang lebih baik tentang apa yang mungkin kita hadapi, ”kata Webb. "Sungguh menakjubkan betapa banyak yang bisa kita lakukan dengan menghubungkan semua catatan ini bersama-sama."
Akumulasi pengetahuan telah membantu para peneliti memperbaiki model-model prediktif dari iklim global, yang, menurut Low, akan membantu mengembangkan strategi konservasi karang. “Model iklim global tidak sempurna - mereka terus-menerus disesuaikan. Catatan karang memberikan bukti dari masa lalu yang mungkin berguna untuk model-model ini. "
Bagian nyata dari dana penelitian dihabiskan untuk mendokumentasikan ekologi terumbu modern, dan sangat sedikit yang tersisa pada sampel dari masa lalu mereka. Tetapi untuk membuat perkiraan yang akurat tentang sejarah dan keadaan lautan saat ini, menurut Webb, Guo dan yang lainnya, akan diperlukan untuk mengambil lebih banyak inti karang untuk mencakup periode waktu yang lebih lama. "Dengan koleksi yang lebih besar, Anda tidak perlu mendasarkan alasan Anda pada contoh terumbu tunggal," kata Guo. "Kamu bisa menceritakan kisah itu dengan lebih percaya diri."
Tujuan lama Ivankov adalah untuk berkontribusi pada kisah yang sedang berlangsung ini. Setelah kapal motornya - yang sudah diisi dengan sampel dari terumbu - merapat kembali ke Tara, ia menempatkan bagian-bagian inti di geladak dan meletakkannya di atas meja untuk dijemur. Setelah tiba di pelabuhan, puluhan core yang dikumpulkan oleh Ivankov dari berbagai bagian Samudra Pasifik akan dikirim ke Pusat Nasional Prancis untuk Riset Ilmiah dan Pusat Ilmiah Monako.Dengan menggunakan data yang diperoleh dari inti ini, para peneliti akan mengumpulkan potret terperinci ekosistem laut dan interaksi komponen-komponennya. "Kami mengumpulkan sampel dari seluruh lingkungan koloni," kata Ivankov. "Karang, air, ikan - kami mengambil semuanya dan membuat gambaran besar." Selama ribuan tahun, karang, sel demi sel, telah menunda bukti kesehatan dan perubahan dalam sistem kehidupan secara keseluruhan. Sekarang nasib sistem ini dapat memberi kita kesempatan untuk menguraikan catatan tersembunyi yang terkandung dalam kerangka ini.