Makalah fosil dapat mengungkapkan iklim di zaman terakhir dinosaurus

WASHINGTON — Richard Barclay membuka laci logam di arsip Museum Sejarah Alam Smithsonian yang berisi fosil yang berusia hampir 100 juta tahun. Meskipun usianya, batuan ini tidak rapuh. Ahli geologi dan ahli botani menangani mereka dengan mudah, dan meletakkan satu di telapak tangannya untuk memeriksanya lebih dekat.

Bagian integral dari batu kuno adalah daun segitiga dengan lobus atas yang membulat. Daun ini jatuh dari pohon pada saat T-rex dan triceratops berkeliaran di hutan prasejarah, tetapi tanaman itu langsung dikenali. “Anda bisa tahu ini ginkgo, bentuknya unik,” kata Barclay. “Itu tidak banyak berubah dalam jutaan tahun.”

Yang juga membedakan pohon ginkgo adalah fosilnya sering mengawetkan bahan tanaman yang sebenarnya, bukan hanya kesan daunnya. Dan lapisan tipis bahan organik itu mungkin menjadi kunci untuk memahami sistem iklim kuno — dan kemungkinan masa depan planet kita yang memanas.

Tapi Barclay dan timnya pertama-tama perlu memecahkan kode pabrik untuk membaca informasi di koran lama.

“Gingko adalah kapsul waktu yang sangat unik,” kata Peter Crane, ahli paleontologi di Universitas Yale. Seperti yang dia tulis dalam bukunya Ginkgo tentang tanaman, “Sulit membayangkan bahwa pohon-pohon ini, sekarang menjulang di atas mobil dan penumpang, berasal dari dinosaurus dan turun kepada kita hampir tidak berubah selama 200 juta tahun.”

Jika sebuah pohon tumbang di hutan purba, apa yang bisa dikatakannya kepada para ilmuwan hari ini?

“Alasan para ilmuwan melihat kembali masa lalu adalah untuk memahami apa yang akan terjadi di masa depan,” kata Kevin Anchokaitis, peneliti iklim di University of Arizona. “Kami ingin memahami bagaimana planet ini merespons perubahan iklim skala besar di masa lalu – bagaimana ekosistem telah berubah, bagaimana kimia laut dan permukaan laut telah berubah, dan bagaimana hutan bekerja.”

Periode “Rumah Kaca” sangat menarik bagi para ilmuwan ketika mereka percaya bahwa tingkat karbon dan suhu jauh lebih tinggi daripada sekarang. Salah satunya terjadi selama Kapur Akhir (66 juta hingga 100 juta tahun yang lalu), zaman terakhir dinosaurus sebelum meteorit menghantam Bumi dan sebagian besar spesies punah.

Mempelajari lebih banyak tentang iklim rumah kaca juga memberi para ilmuwan data berharga untuk menguji keakuratan model iklim untuk memprediksi masa depan, kata Kim Cobb, seorang ilmuwan iklim di Georgia Tech.

Tetapi informasi iklim tentang masa lalu yang jauh terbatas. Gelembung udara yang terperangkap di inti es purba memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari kadar karbon dioksida purba, tetapi gelembung-gelembung itu baru berusia 800.000 tahun.

Di sinilah koleksi daun Ginkgo Smithsonian masuk. Menyusuri serangkaian jalur, Barclay melompati ribuan tahun – yang hanya mungkin terjadi di museum – ke abad ke-19, ketika Revolusi Industri mulai mengubah iklim.

Dari lemari, ia mengeluarkan lembaran kertas di mana para sarjana Victoria mencatat dan menyematkan daun ginkgo yang dipetik dari kebun raya pada zaman mereka. Beberapa spesimen memiliki label kursif yang indah, termasuk satu tertanggal 22 Agustus 1896.

Bentuk daunnya kira-kira sama dengan bentuk fosil sekitar 100 juta tahun yang lalu, dan kertas modern yang dipegang Barclay di tangannya. Tapi satu perbedaan utama dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop – bagaimana kertas menanggapi perubahan karbon di udara.

Pori-pori kecil diatur di bagian bawah daun untuk menyerap karbon dioksida dan menghirup air, memungkinkan tanaman mengubah sinar matahari menjadi energi. Ketika ada banyak karbon di udara, tanaman membutuhkan lebih sedikit pori-pori untuk menyerap karbon yang dibutuhkannya. Ketika kadar karbon turun, daun menghasilkan lebih banyak pori-pori untuk mengimbanginya.

Saat ini, para ilmuwan tahu bahwa rata-rata tingkat global karbon dioksida di atmosfer adalah sekitar 410 bagian per juta — dan Barclay tahu apa yang membuat kertas terlihat. Berkat daun tanaman Victoria, dia tahu seperti apa daun ginkgo sebelum manusia mengubah atmosfer planet secara dramatis.

Sekarang dia ingin tahu pori-pori dalam fosil daun ginkgo apa yang bisa memberitahunya tentang atmosfer 100 juta tahun yang lalu.

Tapi pertama-tama dia membutuhkan pemisah kode, kertas terjemahan – semacam Batu Rosetta untuk menguraikan tulisan tangan atmosfer kuno.

Itu sebabnya dia melakukan eksperimen di hutan di Maryland.

Suatu pagi di awal tahun ini, Barclay dan asisten proyek Ben Lloyd merawat barisan pohon ginkgo di dalam wadah terbuka dari bungkus plastik yang membuat mereka terkena hujan, sinar matahari, dan perubahan musim. “Kami menanamnya dengan cara ini sehingga tanaman melewati siklus alami,” kata Barclay.

Para peneliti menyetel karbon dioksida yang dipompa ke setiap ruangan, dan monitor elektronik di luar memancarkan tingkat setiap lima detik.

Beberapa pohon tumbuh pada tingkat karbon dioksida saat ini. Lainnya tumbuh pada tingkat yang meningkat secara dramatis, mendekati tingkat di masa lalu yang jauh, atau mungkin di masa depan.

“Kami sedang mencari analog – kami membutuhkan sesuatu untuk membandingkan,” kata Barclay. Jika ada kecocokan antara bentuk daun dalam percobaan dan bentuk fosil daun, itu akan memberi para peneliti petunjuk kasar tentang atmosfer purba.

Mereka juga mempelajari apa yang terjadi ketika pohon tumbuh di lingkungan yang bermuatan listrik tinggi, dan mereka menemukan bahwa lebih banyak karbon dioksida membuat mereka tumbuh lebih cepat.

Namun Barkley menambahkan, “Jika tanaman tumbuh terlalu cepat, mereka cenderung membuat kesalahan dan lebih rentan terhadap kerusakan.… Ini seperti seorang pembalap mobil yang cenderung tergelincir pada kecepatan tinggi.”