Informasi
Jika tumbuhan dan laut menyerap CO₂, mengapa CO₂ menumpuk di udara? Sebelum Revolusi Industri, apa yang diambil alam dari udara dikembalikan dalam takaran yang sama. Emisi manusia adalah fluks tambahan, tanpa penyeimbang. Tumbuhan dan laut bereaksi terhadap kelebihan itu dan mulai menyerap lebih banyak, tetapi hanya sebagian. Dalam simulator, dari sekitar 750 GtC yang diemisikan dari 1850 hingga 2025, sekitar 42% tetap di udara, 26% masuk ke laut, dan sisanya, sekitar sepertiga, ke tumbuhan dan tanah (hampir sebanyak yang diambil deforestasi dari mereka). Lihat grafik Tujuan.
Jika laut begitu besar, mengapa laut tidak menyerap semua CO₂ tambahan? Karena tiga alasan. Hanya lapisan atas (sekitar 100 m) yang bertukar CO₂ dengan udara, dan air membutuhkan beberapa dekade untuk mencapai lapisan tengah dan sekitar seribu tahun untuk mencapai dasar. Selanjutnya, CO₂ yang larut bereaksi dengan air dan dengan karbonat yang terlarut di dalamnya; makin banyak karbon yang sudah diserap laut, makin sedikit karbonat yang tersisa untuk reaksi ini, dan setiap GtC tambahan makin sulit diserap (faktor Revelle, dari 9,5 menjadi sekitar 11 saat ini; ini kimia yang sama dengan pengasaman laut). Terakhir, air yang lebih hangat melarutkan lebih sedikit gas. Dalam skenario Emisi konstan, laut menyerap lebih banyak karbon per tahun pada 2100 daripada sekarang (4,2 dibanding 3,5 GtC/tahun), tetapi untuk setiap ppm CO₂ tambahan di udara, laut hanya menyerap setengah dari yang diserapnya sekarang.
Apa yang ditunjukkan grafik ΔT × GtC? Pemanasan bertambah hampir sebanding langsung dengan total karbon yang sudah diemisikan, bukan dengan laju emisi. Dalam simulator, besarnya sekitar 1,6 °C untuk setiap 1000 GtC (IPCC memperkirakan 1,65 °C, dengan rentang kemungkinan 1,0 hingga 2,3 °C). Dari sinilah gagasan anggaran karbon: agar tetap di bawah tingkat pemanasan tertentu, hanya jumlah total terbatas yang boleh diemisikan, dan pemanasan baru berhenti naik ketika emisi mendekati nol.
Apa yang terjadi ketika emisi menjadi nol? Dalam skenario Nol dalam 25 tahun, pemanasan mencapai sekitar 1,4 °C menjelang 2050 lalu turun perlahan (1,3 °C pada 2100). Dua efek hampir saling meniadakan: CO₂ di udara berkurang karena tumbuhan dan laut terus menyerap, tetapi laut dalam, yang masih lebih dingin daripada permukaan, menyerap panas makin sedikit. CO₂ tidak kembali ke 280 ppm: dalam skenario Pulsa, sekitar 43% karbon yang dilepaskan masih berada di udara setelah 100 tahun, dan 21% setelah 1000 tahun.
Mengapa simulator hanya memperhitungkan CO₂? CO₂ adalah gas yang paling besar sumbangannya terhadap pemanasan dan paling lama bertahan di udara, serta satu-satunya gas yang beredar di antara reservoir yang ditampilkan di sini. Gas lain, seperti metana dan dinitrogen oksida, juga menghangatkan planet, sedangkan aerosol dari polusi mendinginkannya. Karena itu, ΔT dalam simulator adalah pemanasan yang disebabkan oleh CO₂, dan tidak boleh dibandingkan langsung dengan total pemanasan yang teramati. Garis 1,5 °C dan 2 °C pada grafik Suhu dan ΔT × GtC menandai target Perjanjian Paris, yang berlaku untuk pemanasan total (dengan semua efek tersebut): garis itu berfungsi sebagai acuan, bukan perbandingan yang tepat.
Model kotak dengan lima reservoir karbon (stok dalam GtC; 1 ppm CO₂ ≈ 2,124 GtC) dan dua lapisan suhu, diintegrasikan dengan metode Runge-Kutta orde ke-4 (langkah 0,25 tahun).
Karbon. Atmosfer $C_A$, vegetasi $C_V$, tanah $C_S$, laut permukaan $C_M$ (sampai 100 m) dan laut dalam, yang dibagi menjadi lapisan tengah $C_I$ (100 hingga 1000 m) dan dasar $C_P$ (simulator menampilkan jumlah $C_I + C_P$):
$$\begin{aligned} \dot C_A &= R_V + R_S + F_{\text{out}} - P\\ &\quad - F_{\text{in}} + E_{\text{fos}} + E_{\text{def}}\\ \dot C_V &= P - R_V - L - E_{\text{def}}\\ \dot C_S &= L - R_S\\ \dot C_M &= F_{\text{in}} - F_{\text{out}} + F_{\text{up}} - F_{\text{down}}\\ \dot C_I &= F_{\text{down}} - F_{\text{up}} + G_{\text{up}} - G_{\text{down}}\\ \dot C_P &= G_{\text{down}} - G_{\text{up}} \end{aligned}$$Jika keenam persamaan dijumlahkan, hanya $E_{\text{fos}}$ yang tersisa: karbon total hanya bertambah melalui pembakaran bahan bakar fosil; deforestasi ($E_{\text{def}}$) memindahkan karbon dari vegetasi ke atmosfer.
Fluks daratan. Fotosintesis $P$, respirasi tumbuhan $R_V$, gugurnya daun dan ranting $L$, dan respirasi tanah $R_S$:
$$\begin{aligned} P &= P_0\,[1 + \beta \ln(C_A/C_{A0})]\\ R_V &= P/2\\ L &= \tfrac{P_0}{2}\,C_V/C_{V0}\\ R_S &= \tfrac{P_0}{2}\,(C_S/C_{S0})\,Q_{10}^{\,T/10} \end{aligned}$$dengan $P_0 = 120$ GtC/tahun; faktor $Q_{10}^{\,T/10}$ hanya berlaku jika umpan balik tanah aktif.
Fluks laut. Pertukaran dengan udara ($F_{\text{in}}$, $F_{\text{out}}$), pencampuran permukaan dengan lapisan tengah ($F_{\text{down}}$, $F_{\text{up}}$), dan pencampuran lapisan tengah dengan dasar ($G_{\text{down}}$, $G_{\text{up}}$):
$$\begin{aligned} F_{\text{in}} &= k\,p_{\text{atm}}\\ F_{\text{out}} &= k\,p_{\text{oc}}\\ p_{\text{oc}} &= p_q(D)\,e^{0{,}0423\,T}\\ F_{\text{down}} &= \frac{C_{I0}}{\tau_{\text{mix}}}\,\frac{C_M}{C_{M0}}\\ F_{\text{up}} &= \frac{C_I}{\tau_{\text{mix}}}\\ G_{\text{down}} &= \frac{C_{P0}}{\tau_{\text{deep}}}\,\frac{C_I}{C_{I0}}\\ G_{\text{up}} &= \frac{C_P}{\tau_{\text{deep}}} \end{aligned}$$dengan $k = 80/280$ GtC/tahun per ppm, $p_{\text{atm}} = C_A/2{,}124$ dan $p_{\text{oc}}$ dalam ppm, serta $\tau_{\text{deep}} = 1000$ tahun (umur air dalam menurut karbon-14). Faktor $e^{0{,}0423\,T}$ (4,2% per °C) hanya berlaku jika umpan balik laut aktif.
Kimia karbonat. CO₂ terlarut bereaksi dengan air ($\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- \rightleftharpoons 2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-}$), dan hanya sebagian kecil yang tetap sebagai CO₂ yang kembali ke udara. Karbon anorganik terlarut di permukaan adalah $D = D_0\,C_M/C_{M0}$ ($D_0 \approx 1986$ µmol/kg). Dengan alkalinitas tetap ($A_T = 2300$ µmol/kg), $[\text{H}^+]$ diperoleh dari
$$\begin{aligned} A_T &= D\,\frac{K_1[\text{H}^+] + 2K_1K_2}{[\text{H}^+]^2 + K_1[\text{H}^+] + K_1K_2}\\ &\quad + \frac{B_T K_B}{K_B + [\text{H}^+]} + \frac{K_w}{[\text{H}^+]} - [\text{H}^+] \end{aligned}$$lalu $p_q = D\,[\text{H}^+]^2 / \{K_0\,([\text{H}^+]^2 + K_1[\text{H}^+] + K_1K_2)\}$, dengan konstanta kesetimbangan air laut pada 18 °C dan salinitas 35. Faktor Revelle, $\xi = (\Delta p_q/p_q)/(\Delta D/D)$, diperoleh dari perhitungan: ≈ 9,5 pada era praindustri, dan bertambah seiring laut menyerap karbon (≈ 11 saat ini); setiap GtC tambahan makin sulit diserap. Jika faktor Revelle dimatikan, $p_q = 280\,C_M/C_{M0}$ (CO₂ akan larut seperti gas biasa, $\xi = 1$).
Emisi. $E_{\text{fos}}$ dan $E_{\text{def}}$ mengikuti data historis sampai tahun terakhir yang memiliki data; setelah itu, nilai panel “Emisi manusia”, yang dikurangi dalam skenario pemotongan. Dalam skenario “Pulsa”, seluruh karbon masuk pada tahun pertama.
Iklim. Neraca energi dua lapisan: permukaan (atmosfer + lapisan campuran laut, anomali $T$) dan laut dalam ($T_p$):
$$\begin{aligned} C_s\,\dot T &= \Delta F - \lambda T - \gamma\,(T - T_p)\\ C_p\,\dot T_p &= \gamma\,(T - T_p) \end{aligned}$$dengan gaya radiatif $\Delta F = 5{,}35\,\ln(C_A/C_{A0})$ W/m², $\lambda = F_{2\times}/S$ ($F_{2\times} = 5{,}35 \ln 2 \approx 3{,}7$ W/m² dan $S$ sensitivitas iklim), $C_s = 0{,}094\,h$ ($h$ dalam meter), $C_p = 106$ W·tahun/(m²·°C) dan $\gamma = 0{,}73$ W/(m²·°C).
Kesetimbangan praindustri. $C_{A0} = 594{,}7$ (280 ppm), $C_{V0} = 450$, $C_{S0} = 1700$, $C_{M0} = 900$, $C_{I0} = 9000$ dan $C_{P0} = 28\,000$ GtC, dengan $T = T_p = 0$: semua turunan bernilai nol (misalnya, atmosfer menerima 60 + 60 + 80 dan kehilangan 120 + 80 GtC/tahun).
Karbon asal fosil dilacak sebagai pelacak di semua reservoir (setiap fluks membawa fraksi fosil dari reservoir asalnya). Cadangan fosil dimulai dari 5000 GtC, orde besaran sumber daya yang diperkirakan. Model ini bersifat didaktis: hanya memperhitungkan CO₂ (tanpa gas rumah kaca lain dan tanpa aerosol). Emisi historis tahunan (bahan bakar fosil dan semen, dikurangi karbonasi; perubahan penggunaan lahan) diambil dari Global Carbon Budget 2025, dari 1850 hingga 2024, ditambah proyeksi untuk 2025.
Apakah Anda benar-benar ingin menghapus simulasi ini?