As icy rivers recede, nature's silent warnings of climate change grow louder, revealing its profound influence on our planet's delicate balance.
//

Penurunan es di sungai mencerminkan dampak perubahan iklim dan aktivitas manusia

Ketika sungai-sungai es surut, peringatan diam-diam dari alam tentang perubahan iklim semakin keras, menunjukkan pengaruhnya yang besar terhadap keseimbangan planet kita.

Lapisan es terbentuk secara berkala di lebih dari setengah sungai di dunia, dan diperkirakan menempati area seluas 120.000 kilometer persegi di seluruh dunia. Karena sifatnya yang relatif kecil dan terjadi secara berkala, lapisan es sangat rentan terhadap perubahan iklim dan pengaruh manusia.

Penilaian terperinci tentang transformasi dalam terjadinya lapisan es sungai memungkinkan kita untuk memahami bagaimana perubahan iklim modern dan aktivitas manusia mengubah lingkungan alami sungai dan mempelajari cara mencegah dampak negatif dari faktor-faktor ini.

Studi terhadap masing-masing waduk menunjukkan bahwa dampaknya terhadap lapisan es pada skala lokal cukup signifikan, dan jangkauan pengaruhnya dapat mencapai beberapa ratus kilometer.

Maksymilian Fukś

Pentingnya es sungai

Lapisan es sungai adalah elemen lingkungan penting yang mempengaruhi hampir semua proses sungai. Lapisan es secara signifikan membentuk sifat fisik dan kimia air, misalnya dengan mengurangi radiasi matahari yang masuk. Akibatnya, lapisan es mempengaruhi organisme sungai, mengubah kondisi habitat dan ketersediaan makanan.

Studi ilmiah menunjukkan bahwa es di sungai mempengaruhi laju pertukaran gas antara air dan atmosfer, yang berperan penting dalam pelepasan gas rumah kaca (terutama CO2 dan CH4) ke atmosfer. Fenomena es di dasar sungai juga mempengaruhi proses erosi dan akumulasi. Sebagai contoh, para peneliti telah menunjukkan bahwa keberadaan es mengurangi kemampuan sungai untuk mengangkut material tersuspensi, yang mengakibatkan berkurangnya pengangkutan material selama periode es.

Gambar 1. Pemecahan lapisan es secara termal di Sungai Biała, Eropa Tengah
Kredit. Penulis

Keberadaan lapisan es juga sangat penting bagi aktivitas manusia. Di banyak daerah, terutama di zona iklim sirkumpolar seperti Alaska, sungai yang membeku membantu masyarakat setempat sebagai jalur komunikasi dan transportasi. Hal ini menjadi sangat penting di daerah-daerah di mana pembangunan rute transportasi tradisional seperti (jalan raya dan rel kereta api) terhambat.

Lapisan es membatasi kemungkinan navigasi, sehingga perlu dilakukan tindakan pemecahan es. Fenomena es juga berdampak pada manusia dengan memicu banjir bandang dan berdampak pada struktur hidroteknik. Banjir besar, seperti banjir bandang di lembah Sungai Missouri pada tahun 1952, mengakibatkan kerusakan senilai ratusan juta dolar. Hubungan yang kuat antara terjadinya fenomena es dan suhu udara menjadikannya indikator yang sangat baik untuk mengetahui dampak perubahan iklim terhadap sungai.

Bagaimana perubahan iklim berdampak pada fenomena es sungai

Tinjauan literatur ilmiah tahun 2023 menyoroti ketidakpastian seputar masa depan es sungai di berbagai belahan dunia. Kenaikan suhu udara selama paruh kedua abad ke-20 telah mengakibatkan berkurangnya durasi kejadian es sungai di seluruh dunia.

Khususnya, terdapat penundaan yang semakin besar dalam pembentukan lapisan es, meskipun tren dalam waktu pembentukan lapisan es bervariasi secara spasial. Di sebagian besar wilayah Eropa, Asia, dan Amerika Utara, lapisan es terbentuk lebih lambat, dengan penundaan berkisar antara 0,2 hingga 11,1 hari per dekade. Namun, beberapa wilayah, seperti Amerika Utara bagian barat dan semenanjung Fennoscandian, telah mencatat pembentukan lapisan es yang lebih awal, meskipun hal ini terbatas pada lokasi-lokasi tertentu.

Sebaliknya, tren pemecahan lapisan es jauh lebih seragam. Di sebagian besar wilayah yang diteliti, lapisan es semakin lama semakin menipis, dengan tren yang melebihi 10 hari per dekade. Eropa timur dan tengah, serta sungai-sungai besar di Asia yang mengalir ke Samudra Arktik, telah mencatat yang paling signifikan. Karena pembentukan es yang tertunda dan pencairan yang lebih awal, banyak wilayah di seluruh dunia telah mengamati pemendekan durasi lapisan es, mencapai lebih dari 10 hari per dekade.

Di Amerika Utara, trennya lebih bervariasi secara spasial. Sementara bagian timur laut dan barat laut benua ini, seperti New England dan Alaska, telah mengamati pemendekan durasi lapisan es selama 10 hari per dekade, wilayah seperti Kanada Atlantik dan Pegunungan Rocky mencatat tren yang berlawanan.

Di Eurasia, trennya relatif homogen, dengan sebagian besar wilayah mengalami penurunan durasi lapisan es sungai melebihi 11 hari per dekade. Sungai Kuning di Tiongkok mencatat perubahan yang paling signifikan, dengan penurunan 11,5 hari per dekade antara tahun 1968 dan 2001. Beberapa daerah juga melaporkan hilangnya lapisan es secara keseluruhan pada paruh kedua abad ke-20, meskipun sebelumnya terjadi setiap tahun, seperti yang terlihat di Sungai Donau yang lebih rendah). Selain itu, banyak daerah telah melaporkan penurunan ketebalan rata-rata es sungai, yang disertai dengan penurunan volumenya.

Dampak waduk bendungan terhadap lapisan es sungai

Waduk bendungan adalah bangunan yang secara signifikan dapat mempengaruhi terjadinya lapisan es sungai baik di hulu maupun di hilir. Pertama, kondisi termal di waduk selama musim dingin menyebabkan peningkatan suhu air di sungai di bawahnya. Hal ini disebabkan oleh susunan berlapis massa air di waduk yang berbeda suhunya, yang dikenal sebagai stratifikasi termal.

Pada suhu udara negatif yang terus-menerus, air dengan kepadatan tertinggi (4°C) akan tenggelam ke dasar, mendorong air yang lebih dingin dengan kepadatan yang lebih rendah ke permukaan. Pelepasan air dasar yang hangat ke sungai di bawah bendungan meningkatkan suhu relatif terhadap kondisi alaminya, sehingga mengurangi pembentukan fenomena es.

Waduk juga membatasi migrasi bentuk-bentuk es yang dapat bergerak dari hulu, menyebabkannya terakumulasi di atas waduk dan mencegah perkembangan lapisan es yang stabil di bawahnya. Selain itu, waduk mengubah volume aliran sungai. Peningkatan aliran selama musim dingin dapat mempercepat kecepatan air di dasar sungai, yang berarti membatasi pembentukan lapisan es yang stabil.

Sebuah tinjauan studi ilmiah oleh Fukś menunjukkan bahwa mekanisme waduk yang mengubah tatanan es sungai masih belum sepenuhnya dipahami. Terdapat kekurangan studi yang meneliti berbagai macam waduk dengan berbagai parameter, fungsi, dan kondisi alam, yang akan memungkinkan penilaian statistik tentang sifat dampaknya terhadap tatanan es. Selain itu, kurangnya studi yang didasarkan pada serangkaian pengamatan satelit yang panjang juga menjadi tantangan tersendiri.

Studi sebelumnya menunjukkan bahwa waduk bendungan dapat mengubah tatanan es pada skala lokal (sungai tunggal) dan regional (daerah aliran sungai). Waduk terbesar, terutama yang memiliki ketinggian bendungan lebih dari 60 meter, membatasi pembentukan lapisan es hingga beberapa ratus kilometer ke arah hilir dari lokasinya, yang menyebabkan hilangnya lapisan es secara keseluruhan di sebagian besar wilayah di bawahnya.

Gambar 2. Waduk Danau Williston (bagian barat citra) dan Sungai Peace di Kanada. Di sungai di bawah waduk, lapisan es tidak ada, meskipun lapisan es ada di semua anak sungainya. Sebagai akibat dari pengoperasian waduk, lapisan es tidak terbentuk antara 100 hingga 300 kilometer di bawah bendungan. Pencitraan satelit Sentinel-2 menggunakan inframerah dekat.
Kredit. Data Copernicus Sentinel 2023

Waduk yang lebih kecil membatasi terjadinya lapisan es pada bentangan beberapa sampai puluhan kilometer. Pengurangan frekuensi kemunculan lapisan es dapat bervariasi dari beberapa hingga puluhan persen. Studi yang menggunakan model matematis menunjukkan bahwa tingkat penurunan lapisan es yang terjadi pada waduk akan meningkat akibat perubahan iklim. Di banyak daerah dengan konsentrasi waduk yang tinggi, pengoperasian waduk merupakan faktor pendorong penurunan kejadian lapisan es, yang melebihi pengaruh kondisi iklim.

Interaksi perubahan iklim dan pengoperasian waduk bendungan

Kenaikan suhu udara, pembangunan waduk bendungan, dan faktor-faktor lain seperti polusi termal sungai akan semakin mengurangi terjadinya fenomena es di sungai di masa depan. Hal ini dapat menyebabkan perubahan signifikan dalam fungsi ekosistem sungai dan jalannya proses hidrologi serta memaksa manusia untuk beradaptasi dengan kondisi baru.

Seperti yang disarankan oleh penelitian, pengoperasian waduk bendungan perlu dipertimbangkan untuk penilaian yang akurat terhadap transformasi progresif dalam tatanan es di sungai. Hal ini sangat penting mengingat banyaknya jumlah waduk besar, diperkirakan melebihi 8.000 waduk, dengan ketinggian bendungan melebihi 15 meter di daerah-daerah yang terdapat lapisan es.

Gambar 3. Lokasi waduk bendungan (titik merah) di area lapisan es (area biru, Fukś, 2023).
Kredit. Aquat Sci

Jumlah yang begitu besar menunjukkan bahwa mereka mungkin memainkan peran penting dalam membentuk kondisi es sungai, terutama di Eropa, Amerika Utara bagian tengah, dan Asia timur laut, daerah-daerah di mana fenomena es berumur pendek.

Kesimpulan

Sebagai akibat dari perubahan iklim, pembentukan lapisan es yang lebih lambat dan pecahnya lapisan es yang lebih awal dapat diperkirakan terjadi di masa depan, begitu juga dengan perubahan parameter lain seperti ketebalannya. Di daerah-daerah di mana sungai yang membeku digunakan sebagai jalan, perlu dikembangkan solusi rekayasa yang tepat, seperti jaringan pemantauan ketebalan es yang canggih, yang memungkinkan penggunaannya secara aman di masa depan.

Karena pengoperasian waduk memperparah perubahan akibat kondisi iklim, maka mempertimbangkan dampaknya terhadap lapisan es sungai menjadi penting ketika merencanakan pembangunan baru. Pembangunan waduk di daerah-daerah di mana terjadinya lapisan es penting dalam fungsi lingkungan alam atau nantinya aktivitas manusia dapat memperburuk efek negatif yang diakibatkan oleh hilangnya es.

Di sisi lain, waduk bendungan dapat mengurangi lapisan es yang keberadaannya berdampak negatif pada manusia, seperti terbentuknya banjir bandang. Melalui solusi rekayasa yang tepat seperti mengurangi atau meningkatkan dampak waduk terhadap suhu air sungai, sangat mungkin untuk mengontrol terjadinya lapisan es untuk memaksimalkan aspek positif dari pengoperasian waduk bagi manusia dan meminimalkan dampak negatif bagi lingkungan.

🔬🧫🧪🔍🤓👩‍🔬🦠🔭📚

Referensi jurnal

Fukś, M. (2023). Changes in river ice cover in the context of climate change and dam impacts: a review. Aquatic Sciences85(4), 113. https://doi.org/10.1007/s00027-023-01011-4

Maksymilian Fuks adalah mahasiswa doktoral di Institut Geografi
dan Organisasi Spasial Akademi Ilmu Pengetahuan Polandia. Minat ilmiahnya berfokus pada hidrologi dan penerapan alat canggih dalam penelitian hidrologi. Saat ini dia sedang mengerjakan transformasi antropogenik dari es dan tatanan termal sungai pegunungan.