Pemanasan global yang terus berlanjut telah menyebabkan peningkatan frekuensi dan skala kebakaran hutan secara global. Untuk memahami dampak potensial kebakaran hutan terhadap lingkungan dan ekosistem di masa depan, studi tentang aktivitas kebakaran hutan selama periode iklim rumah kaca di masa lalu sangatlah penting. Salah satu periode yang relevan adalah Oceanic Anoxic Event 2 (OAE 2, sekitar 94 juta tahun lalu), yang ditandai dengan suhu global yang sangat tinggi dan gradien suhu yang lebih rendah antara khatulistiwa dan kutub.
Dalam sebuah studi yang diterbitkan di jurnal Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, para peneliti menganalisis kelimpahan hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) dari bagian Qiangdong di Himalaya Tethyan, Tibet selatan, untuk menyelidiki perilaku kebakaran hutan dan dampaknya terhadap lingkungan selama OAE 2. Hasil penelitian menunjukkan peningkatan signifikan dalam frekuensi kebakaran hutan selama bagian awal OAE 2, diikuti oleh pelemahan yang cepat.
Perubahan komposisi PAH melalui OAE 2 di Qiangdong menunjukkan tren yang mirip dengan yang ditemukan sebelumnya di Western Interior Seaway (WIS) Amerika Utara, yang menunjukkan potensi peningkatan frekuensi kebakaran hutan secara global selama bagian awal OAE 2. Para peneliti juga mencatat peningkatan pesat dalam nilai indeks alterasi kimia di Qiangdong. Data ini, ditambah dengan proksi lain untuk intensitas pelapukan melalui OAE 2, menunjukkan bahwa peningkatan pelapukan selama OAE 2 dapat dikaitkan setidaknya sebagian dengan efek hilangnya vegetasi yang disebabkan oleh kebakaran hutan.
Dengan demikian, para peneliti berhipotesis bahwa kebakaran hutan yang sering terjadi selama OAE 2 meningkatkan fluks nutrisi ke lautan, sehingga merangsang produktivitas yang, pada gilirannya, meningkatkan area anoksia laut dan penguburan karbon organik.
Konteks Geologis dan Signifikansi OAE 2
Periode Cretaceous tengah merupakan interval rumah kaca yang penting dalam sejarah geologis, dengan suhu permukaan laut (SST) dan permukaan laut mencapai nilai tertinggi dalam 250 juta tahun terakhir. SST mencapai 20-30°C di lintang tinggi dan sekitar 40°C di daerah tropis. Konsentrasi karbon dioksida atmosfer global (pCO2) diperkirakan mencapai 1000-2000 ppmv pada periode Cretaceous tengah.
Lautan mengalami beberapa episode deoksigenasi yang signifikan selama periode Cretaceous tengah, yang secara kolektif dikenal sebagai oceanic anoxic events (OAEs). OAE 2 (batas Cenomanian-Turonian, sekitar 94 juta tahun lalu) adalah salah satu peristiwa deoksigenasi yang paling banyak dipelajari. Pemicu OAE 2 terutama dikaitkan dengan pelepasan CO2 skala besar melalui aktivitas magmatik dari penempatan large igneous province (LIP). Selanjutnya, produktivitas laut dirangsang oleh peningkatan input nutrisi dari aktivitas hidrotermal dan peningkatan intensitas pelapukan, yang pada gilirannya memperburuk konsumsi oksigen terlarut di lautan.
Produktivitas tinggi dan anoksia menyebabkan peningkatan penguburan materi organik, dan ini pada gilirannya menyebabkan penipisan 12C di permukaan laut dan perkembangan pergeseran positif yang jelas dalam komposisi isotop karbon (δ13C) dari materi organik laut dan karbonat anorganik kontemporer. Sebagaimana tercatat dalam suksesi sedimen laut dari berbagai cekungan, carbon isotope excursion (CIE) dari OAE 2 ini dapat dibagi menjadi tiga fase: tahap awal (C3), tahap ‘dataran tinggi’ (C4) dan tahap pemulihan (C5).
Metodologi Penelitian dan Analisis PAH
Untuk menyelidiki aktivitas kebakaran hutan selama OAE 2, para peneliti menganalisis kelimpahan, kemungkinan sumber, dan komposisi PAH dalam suksesi sedimen laut dangkal yang mencakup OAE 2, yang diendapkan di Tethys timur dan sekarang terpapar di Tibet selatan, Cina. Bagian yang dipelajari, yang disebut bagian Qiangdong, terletak di lintang rendah (sekitar 25°S) di belahan bumi selatan selama OAE 2.
Dua puluh satu sampel batulumpur dari bagian Qiangdong diuji untuk kandungan PAH di State Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering, China University of Petroleum (Beijing). Sampel segar (yaitu, menghindari pelapukan permukaan dan kontaminasi oleh materi tumbuhan modern dan tanah) dihaluskan menjadi 200 mesh (ukuran partikel <74 μm). Sekitar 30 g bubuk ditempatkan ke dalam Thermo Scientific ASE350 rapid solvent extractor, dan Diklorometana (DCM) digunakan untuk mengekstrak materi organik terlarut dalam sampel.
Setelah materi organik terlarut yang diekstraksi dari batuan dikonsentrasikan dan diukur, 0,5 mL–1,0 mL DCM ditambahkan langsung, dan 2 μg phenanthrene-D10 ditambahkan sebagai standar internal. Sampel dianalisis menggunakan kromatograf gas 7890B yang digabungkan dengan sistem spektrometer massa 5977A (GC–MS) dari Agilent, USA.
PAH dengan 2 hingga 7 cincin aromatik terdeteksi, termasuk: Naphthalene (Nap), Acenaphthylene (AcPy), Acenaphthene (AcP), Fluorene (Flu), Phenanthrene (PA), Anthracene (Ant), Fluoranthene (FL), Pyrene (Pyr), Benz[a]anthracene (BaA), Chrysene (CHR), Benzo[b]fluoranthene (BbF), Benzo[k]fluoranthene (BkF), Benzo[e]pyrene (BeA), Benzo[a]pyrene (BaA), Perylene (Pery), Dibenzo[ah]anthracene (DBA), Benzo[ghi]perylene (BghiP), Indeno[1,2,3-cd]pyrene (IP), dan Coronene (COR).
Data kelimpahan elemen untuk bagian tersebut berasal dari Guo et al. (2024). Dalam studi ini, indeks alterasi kimia (CIA) dihitung menggunakan data ini untuk melacak intensitas pelapukan di wilayah studi. Data isotop karbon dan total karbon organik (TOC) untuk bagian Qiangdong berasal dari Guo et al. (2024).
Hasil Penelitian dan Interpretasi
Kandungan TOC sampel terutama berkisar antara 0,30% hingga 0,45%. Kandungan PAH diukur dalam satuan μg/g batuan, dan dalam makalah ini, para peneliti telah menormalkan data ke kelimpahan TOC untuk menghindari potensi pengaruh variasi kandungan materi organik antar sampel. Total kelimpahan PAH dalam sampel berkisar antara 46,0 hingga 130 μg/g TOC, dengan nilai rata-rata 84,4 μg/g TOC. Kelimpahan rata-rata PA dan CHR masing-masing adalah 22,5 dan 22,0 μg/g TOC, dan ini adalah PAH yang paling melimpah dalam sampel Qiangdong. Kandungan BbF dan BeP rata-rata masing-masing 11,9 dan 10,6 μg/g TOC. Sebagian besar sampel hanya menghasilkan beberapa μg/g TOC IP, Pyr, FL, COR, BghiP dan DBA dalam konsentrasi yang menurun. Kelimpahan BkF, BaP, BaA, Flu, Ant, Pery, Acp, Nap, dan AcPy dapat diabaikan (kurang dari 1 μg/g TOC). Selain itu, retene (Ret) dan dimethyl phenanthrene (DMP) diukur sebagai biomarker dalam sampel, dan hadir pada tingkat kurang dari 1 μg/g TOC.
Total kandungan PAH (ΣPAH) menunjukkan nilai yang berfluktuasi dan tren peningkatan sedikit secara keseluruhan dalam tahap C3 CIE, diikuti oleh penurunan sedikit dalam tahap C4. Tren dalam PAH LMW dan PAH HMW berbeda. PAH LMW relatif rendah sebelum OAE 2, meningkat dalam tahap C3, dan kemudian sedikit menurun dalam tahap C4 dan C5. PAH LMW didominasi oleh PA (>95%), sehingga tren PHA LMW terutama ditentukan oleh PA. PAH HMW lebih melimpah daripada PAH LMW sebelum OAE 2, berfluktuasi selama tahap C3, dan sedikit menurun dalam tahap C4 dan C5. PAH dengan 4 cincin, yang diwakili oleh CHR, menunjukkan nilai tertinggi pada tahap C3, dan PAH 5–7 cincin berevolusi dalam tren yang konsisten, menjadi tertinggi sebelum peristiwa dan secara bertahap menurun sesudahnya (misalnya, BeP dan COR).
Nilai CIA berkisar antara 71 hingga 74 sebelum OAE 2, diikuti oleh kenaikan selama tahap C3 menjadi sekitar 76. CIA tetap tinggi dan meningkat sedikit melalui sisa bagian, mencapai nilai maksimum 77 di bagian atas bagian.
Diskusi dan Implikasi Paleoenviromental
Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan frekuensi kebakaran hutan terjadi selama bagian awal OAE 2. Hal ini didukung oleh peningkatan kandungan PAH, terutama PAH HMW, selama tahap C3 CIE. Peningkatan ini menunjukkan peningkatan pembakaran biomassa selama periode ini.
Para peneliti menggunakan rasio diagnostik molekuler (DR) untuk menentukan asal PAH. Rasio FL/(FL + Pyr), IP/(IP + BghiP), dan LMW/HMW menunjukkan bahwa PAH kemungkinan berasal dari pembakaran tumbuhan atau batu bara. Kurangnya kovarians antara kandungan PAH dan proksi elemen untuk diagenesis dalam batuan kaya kalsium karbonat (yaitu, Mn/Ca) memberikan dukungan lebih lanjut untuk inferensi ini. Kehadiran Pery juga menunjukkan bahwa formasi tersebut belum mengalami pematangan yang signifikan, sehingga PAH yang berasal dari diagenesis tidak mungkin terjadi dalam sampel.
Untuk menyelidiki mekanisme variasi PAH selama OAE 2, para peneliti mempertimbangkan berbagai faktor, termasuk suhu pembakaran, jenis vegetasi, dan transportasi PAH. Kelimpahan PAH HMW yang relatif tinggi sebelum OAE 2 mungkin menunjukkan suhu pembakaran yang tinggi, tetapi para peneliti berpendapat bahwa hal ini tidak mungkin karena kandungan PAH LMW yang relatif rendah. Materi organik yang dipanaskan oleh aktivitas magmatik bisa menjadi alasan alternatif untuk pengayaan PAH HMW. Hasil dari Qiangdong menunjukkan bahwa indeks coronene sebelum peristiwa OAE 2 secara signifikan lebih tinggi daripada selama dan setelah OAE 2. Hal ini menunjukkan bahwa aktivitas vulkanik adalah sumber utama PAH HMW sebelum peristiwa OAE 2.
Kandungan PAH LMW dan HMW mencapai nilai yang relatif tinggi pada tahap C3 CIE, yang menunjukkan peningkatan frekuensi kebakaran hutan. Menurut hubungan antara bahan pembakaran dan suhu, kebakaran hutan dapat dikategorikan menjadi tiga jenis: (1) Kebakaran tanah membakar materi organik di bawah lapisan serasah daun tanah, dengan suhu sekitar 300 °C; (2) Kebakaran permukaan membakar lapisan serasah daun tanah serta tumbuhan herba dan semak, dengan suhu hingga sekitar 600 °C; dan (3) Kebakaran tajuk membakar tajuk pohon dan semak besar, dengan suhu 800 °C atau lebih tinggi. Rasio PAH 5/3 cincin dan PAH 6 + 7/3 cincin berkorelasi positif dengan suhu pembakaran. Penurunan tajam dalam rasio 5/3 cincin PAH dan 6 + 7/3 cincin PAH selama tahap C3 CIE mungkin menunjukkan penurunan cepat kebakaran tajuk pada awal OAE 2.
Pada batas Cenomanian-Turonian, jenis vegetasi di benua India didominasi oleh hutan campuran tajuk dengan tumbuhan bawah semak, tumbuhan bawah kering tipe sabana dengan pohon jarang dan semak gugur. Rasio 1,7-DMP/1,2-DMP yang konsisten menunjukkan bahwa bahan pembakaran didominasi oleh jerami. Rasio Ret/3-cincin yang jauh lebih kecil dari 0,1 menunjukkan bahwa vegetasi di wilayah studi didominasi oleh angiosperma.
PAH dari pembakaran diangkut dan dicatat dalam sedimen terutama dalam bentuk jelaga atau abu pembakaran. Melalui OAE 2 di Qiangdong, para peneliti mengamati bahwa indikator asap vs. residu meningkat dari 0,35 pada awal CIE menjadi sekitar 0,70 pada akhir tahap C3 CIE. Karena asap dapat menyebar lebih jauh daripada residu, mereka berhipotesis bahwa peningkatan proporsi PAH yang berasal dari asap pada tahap C3 CIE kemungkinan disebabkan oleh perluasan area kebakaran di wilayah daratan proksimal.
Data PAH dari bagian Qiangdong dibandingkan dengan data proksi kebakaran hutan yang sebelumnya dipelajari di WIS Amerika Utara. Variasi PAH di Qiangdong sangat sesuai dengan plot PAH dan jumlah arang dari WIS. Wilayah studi dan WIS terletak berjauhan, di belahan bumi yang berbeda, pada periode Cretaceous. Bersama-sama, puncak koeval dalam aktivitas kebakaran hutan yang disimpulkan di Qiangdong dan di WIS menunjukkan bahwa peningkatan frekuensi kebakaran hutan di berbagai wilayah bisa saja terjadi secara bersamaan.
Untuk membahas implikasi paleoenviromental dari kebakaran hutan selama OAE 2, para peneliti mempertimbangkan ketersediaan bahan bakar, sumber penyulutan, dan kandungan oksigen atmosfer (pO2). Rekonstruksi pO2 untuk Fanerozoikum menunjukkan bahwa pO2 pada periode Cretaceous lebih besar dari 25%. Bukti dari pengamatan modern dan catatan geologis secara kolektif menunjukkan bahwa kayu sulit menyala pada pO2 < 15% dan bahwa kebakaran hutan akan meningkat pesat ketika pO2 19–22%. Dengan demikian, pO2 akan mencukupi tanpa menimbulkan batasan apa pun pada pembakaran selama OAE 2.
Ada banyak potensi sumber penyulutan untuk kebakaran hutan, seperti dampak meteorit dan letusan gunung berapi. Namun, sumber penyulutan yang paling umum adalah petir. Paleothermometer suhu permukaan laut telah menunjukkan bahwa awal OAE 2 bertepatan dengan pemanasan yang cepat. Suhu yang tinggi akan memberikan kondisi yang memadai untuk petir dan kebakaran hutan yang sering terjadi selama tahap C3. Namun, kondisi panas yang cocok untuk badai petir yang melimpah bertahan hingga bagian atas OAE 2, di mana frekuensi kebakaran hutan berkurang secara signifikan. Pengamatan modern menunjukkan bahwa kebakaran hutan yang sangat sering dapat menyebabkan keruntuhan ekosistem hutan. Pengurangan pohon tinggi dan peningkatan jaraknya mengurangi efisiensi penyulutan petir dan penyebaran kebakaran hutan. Ini tampaknya menjadi faktor pengendali utama untuk mengurangi frekuensi kebakaran hutan di bagian atas OAE 2.
Tahap C3 CIE ditandai dengan peningkatan pelapukan baik di darat maupun di lautan, sebagaimana dibuktikan oleh pergeseran negatif dalam isotop Li dan Zn air laut. Di Qiangdong, nilai CIA menunjukkan bahwa intensitas pelapukan kimia regional meningkat selama tahap C3. Kenaikan koeval intensitas pelapukan dan kebakaran hutan menunjukkan kemungkinan hubungan sebab akibat. Melalui pembakaran tajuk hutan, vegetasi tumbuhan bawah, dan serasah, kebakaran hutan dapat secara signifikan memengaruhi siklus hidrologi di ekosistem terestrial. Kebakaran hutan meningkatkan frekuensi dan volume limpasan permukaan pasca kebakaran, yang memperburuk erosi permukaan. Peningkatan erosi tanah akibat kebakaran hutan dianggap sebagai pemicu utama kepunahan spesies darat pada akhir Permian dan akhir Trias, serta eutrofikasi laut dan hipoksia karena peningkatan input nutrisi yang dibawa ke lautan melalui peningkatan pelapukan/limpasan.
Di atas tahap C3 CIE, nilai CIA di bagian Qiangdong tetap tinggi. Dengan demikian, hasil penelitian menunjukkan bahwa pelapukan kimia anak benua India yang berdekatan dapat dipertahankan pada tingkat yang relatif tinggi melalui bagian atas OAE 2, meskipun data δ7Li menunjukkan penurunan tingkat pelapukan global karena penghentian produksi basal remaja. Kandungan PAH yang lebih rendah pada tahap C4 dan C5 CIE menunjukkan bahwa frekuensi kebakaran hutan menurun. Namun, deforestasi pada tahap C3 CIE akan menyebabkan paparan luas permukaan tanah selama bagian awal OAE 2 dan sesudahnya, sehingga memfasilitasi peningkatan pelapukan. Selain itu, konsentrasi CO2 dan suhu global tetap tinggi hingga awal Turonian.
Secara keseluruhan, hasil penelitian menunjukkan bahwa intensifikasi kebakaran hutan yang disebabkan oleh pemanasan global memainkan peran penting dalam perubahan paleoenviromental OAE 2. Kebakaran hutan menyebabkan deforestasi dan perubahan ekosistem terestrial, yang memfasilitasi percepatan tingkat pelapukan. Akibatnya, peningkatan input nutrisi ke lautan, dan konsekuensi stimulasi produktivitas primer laut, kemungkinan berkontribusi pada hipoksia laut dan peningkatan penguburan karbon organik selama OAE 2.
Kesimpulan
Studi tentang aktivitas kebakaran hutan selama OAE 2 di bagian Qiangdong di Himalaya Tethyan memberikan wawasan berharga tentang dampak kebakaran hutan terhadap lingkungan dan ekosistem di masa lalu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan frekuensi kebakaran hutan terjadi selama bagian awal OAE 2, dan bahwa kebakaran hutan mungkin telah memainkan peran penting dalam mempercepat pelapukan, limpasan, dan pasokan nutrisi ke lautan.
Temuan ini memiliki implikasi penting untuk memahami potensi dampak kebakaran hutan terhadap lingkungan dan ekosistem di masa depan, terutama dalam konteks pemanasan global yang berkelanjutan. Studi lebih lanjut tentang aktivitas kebakaran hutan selama periode iklim rumah kaca di masa lalu diperlukan untuk sepenuhnya memahami hubungan kompleks antara kebakaran hutan, iklim, dan lingkungan.
Sumber: Jurnal Palaeogeography