Abstrak
Kebakaran hutan dan karbon hitam (BC) sangat penting untuk memahami siklus karbon global dan perubahan iklim, terutama di Arktik yang menghangat dengan cepat. Studi ini merekonstruksi sejarah kebakaran hutan intensitas tinggi selama ∼120 kyr terakhir menggunakan jelaga-BC dan isotop karbon stabil dari inti sedimen LV90-8-1 di paparan Arktik Siberia Timur. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kebakaran hutan ditekan selama periode interglasial yang hangat dan lembab (MIS 5c-e, MIS 1) karena dominasi hutan yang menghindari kebakaran dan mudah terbakarnya bahan bakar yang rendah. Sementara selama periode glasial yang dingin dan kering (MIS 2, MIS 4), kebakaran hutan dibatasi oleh kekurangan bahan bakar yang disebabkan oleh vegetasi tundra yang jarang. Aktivitas kebakaran yang meningkat selama MIS 5a-b dan MIS 3 menunjukkan variasi Dansgaard-Oeschger skala milenium dalam banyak kasus, dengan peningkatan kebakaran hutan selama Interstadial dan penurunan selama Stadial, didorong oleh ketersediaan bahan bakar. Studi ini menyoroti sensitivitas kebakaran hutan Arktik terhadap interaksi iklim-tumbuhan. Di bawah pemanasan antropogenik yang sedang berlangsung, peningkatan kebakaran hutan dapat mempercepat pemanasan Arktik melalui umpan balik positif albedo BC.
Poin-poin Utama
- Kebakaran hutan di wilayah Arktik di lintang tinggi direkonstruksi selama 120 ribu tahun terakhir menggunakan karbon hitam jelaga
- Perubahan orbital dan milenial dalam aktivitas kebakaran hutan terungkap
- Perubahan aktivitas kebakaran hutan disebabkan oleh interaksi iklim dan vegetasi
Ringkasan Bahasa Sederhana
Karbon hitam, produk sampingan kebakaran, memainkan peran penting dalam memengaruhi iklim regional dan global dengan memengaruhi albedo permukaan dan siklus karbon. Studi kami meneliti karbon hitam yang terawetkan dalam sedimen laut selama 120.000 tahun terakhir untuk mengungkap bagaimana kebakaran hutan dan perubahan iklim-vegetasi berinteraksi selama skala waktu orbital dan milenium, memberikan wawasan tentang pendorong pemanasan Arktik. Kami menemukan bahwa selama periode hangat dan lembab (MIS 1 dan MIS 5c-e), aktivitas kebakaran ditekan karena berkurangnya mudah terbakarnya bahan bakar, sementara selama periode dingin dan kering (MIS 2 dan MIS 4), pertumbuhan vegetasi yang terbatas dan kekurangan bahan bakar juga meminimalkan kebakaran. Selama periode iklim yang lebih ringan dari MIS 3 dan MIS 5a-b, variabilitas kebakaran hutan menunjukkan fluktuasi skala milenium yang sebagian besar sesuai dengan siklus Dansgaard-Oeschger. Perluasan vegetasi dan peningkatan ketersediaan bahan bakar selama Interstadial Greenland menyebabkan lebih banyak kebakaran, sedangkan biomassa yang terbatas selama Stadial Greenland mengurangi aktivitas kebakaran, meskipun terjadinya kebakaran hutan yang meningkat selama stadial Greenland tertentu. Temuan ini menyoroti hubungan yang kompleks antara iklim, vegetasi, dan dinamika kebakaran hutan, yang menawarkan konteks yang berharga untuk memahami dan memprediksi pemanasan Arktik di masa mendatang di bawah perubahan iklim yang sedang berlangsung.
1 Pendahuluan
Karbon hitam (BC), yang dihasilkan selama pembakaran biomassa dan bahan bakar fosil yang tidak sempurna dalam kebakaran hutan (Kuhlbusch, 1998 ), memainkan peran penting dalam pemanasan global dengan memperkuat umpan balik siklus karbon jangka pendek (Clarke & Noone, 2007 ). Dampak ini khususnya terasa di Arktik, kawasan yang menghangat dua kali lebih cepat dari rata-rata global (Walsh, 2014 ). Deposisi BC pada salju dan es mengurangi albedo permukaan, mempercepat pencairan, dan memperkuat sensitivitas kawasan terhadap pemanasan (Clarke & Noone, 2007 ; Hansen & Nazarenko, 2004 ). Merekonstruksi sejarah kebakaran hutan Arktik sangat penting untuk memahami respons rezim kebakaran terhadap variabilitas iklim masa lalu dan memperkirakan dampak potensialnya di bawah pemanasan global yang semakin cepat.
Aktivitas kebakaran hutan dipengaruhi oleh kombinasi faktor iklim seperti suhu, curah hujan, dan vegetasi pada skala waktu geologis (Parisien & Moritz, 2009 ). Secara umum, iklim yang hangat dan lembap mendorong pertumbuhan vegetasi, sehingga menyediakan lebih banyak bahan bakar untuk kebakaran (Wöstehoff et al., 2023 ), sementara kondisi kering meningkatkan mudah terbakarnya bahan bakar (Cheng et al., 2022 ). Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa pola kebakaran hutan boreal bervariasi di seluruh siklus glasial-interglasial. Kebakaran hutan intensitas rendah yang tercatat di sedimen Danau El’gygytgyn di lintang tinggi meningkat selama periode interglasial perluasan hutan (Dietze et al., 2020 ). Kebakaran hutan dengan intensitas tinggi sering terjadi selama periode hangat seperti MIS 5 dan MIS 1 di Eurasia garis lintang menengah, tetapi menurun selama MIS 4 dan 2 (Kappenberg et al., 2019 , 2021 ; Wöstehoff et al., 2023 ). Sebaliknya, catatan dari Pasifik Subarktik (Cheng et al., 2022 ) dan Dataran Tinggi Loess Tiongkok (Han et al., 2020 ) menunjukkan kebakaran hutan yang lebih intens selama periode glasial. Perbedaan regional ini menyoroti kompleksitas interaksi kebakaran-iklim dan pentingnya rekonstruksi spesifik lokasi untuk memahami faktor pendorongnya.
Inti es menyediakan arsip berharga kebakaran hutan di wilayah Arktik lintang tinggi (Sierra-Hernández et al., 2022 ). Namun, sebagian besar catatan terbatas pada Holosen, dengan beberapa meluas hingga Pleistosen Akhir (Legrand & De Angelis, 1996 ), meninggalkan kesenjangan dalam pemahaman kita tentang dinamika kebakaran hutan glasial-interglasial. Sedimen laut menyediakan arsip alternatif jangka panjang untuk merekonstruksi deposisi BC dan sejarah kebakaran hutan (Kuhlbusch, 1998 ), menangkap BC yang diangkut oleh sungai dan deposisi atmosfer (Ziolkowski & Druffel, 2010 ). Soot-BC, yang dihasilkan dari kebakaran hutan suhu tinggi (>600 °C), terdiri dari partikel sangat halus (submikron, <1 mm) dengan struktur kimia yang stabil, ketahanan oksidatif yang kuat, dan persistensi lingkungan yang sangat lama (Elmquist et al., 2006 ). Sifat-sifat ini menjadikannya komponen penting penyimpanan karbon jangka panjang dan proksi yang andal untuk merekonstruksi sejarah kebakaran hutan berintensitas tinggi dalam sedimen laut (Conedera et al., 2009 ; Han et al., 2020 ).
Paparan Arktik Siberia Timur (ESAS), paparan dangkal terbesar di dunia, menerima masukan terestrial yang signifikan dari Siberia di lintang tinggi, menjadikannya lokasi yang ideal untuk mempelajari BC sedimen dan dinamika kebakaran hutan (Stein & MacDonald, 2004 ; Yu et al., 2022 ). Dalam studi ini, kami melakukan pengukuran resolusi tinggi terhadap BC jelaga dan isotop karbon stabil dari inti sedimen LV90-8-1 untuk merekonstruksi riwayat kebakaran hutan intensitas tinggi selama siklus iklim terakhir (∼120 kyr). Dengan memeriksa variasi skala orbital dan milenium, kami bertujuan untuk mengeksplorasi pendorong iklim dan lingkungan dari aktivitas kebakaran hutan di wilayah lintang tinggi ini dan implikasinya terhadap umpan balik iklim Arktik.
2 Bahan dan Metode
2.1 Bahan Belajar
Inti LV90-8-1 dan LV90-9-1 dikumpulkan selama ekspedisi gabungan Rusia-Tiongkok di atas R/V Akademik MA Lavrentyev (pelayaran LV90) pada tahun 2020. Inti LV90-8-1 (80°43′0.4″N, 152°29′55.68″E, panjang 5,26 m) terletak di lereng benua dekat Cekungan Makarov di ESAS pada kedalaman air 2.300 m (Gambar 1 ). Inti LV90-9-1 (81°4′N, 152°43′59.9″E, panjang 5,22 m) terletak di dekat LV90-8-1 pada kedalaman air 2.546 m (Gambar 1 ). Litologi kedua inti tersebut terutama terdiri dari lempung lanau abu-abu (5Y 4/3) dan coklat muda (2,5Y 5/4) yang terlapisi. Di laboratorium, sub-sampel dikumpulkan pada interval 2 cm untuk analisis. Sebanyak 263 sampel dari LV90-8-1 dianalisis untuk BC, isotop karbon stabil (δ 13 C BC ), total nitrogen (TN) dan total karbon organik (TOC), menghasilkan resolusi sekitar 0,3 kyr per sampel.
2.2 Metode Laboratorium
Analisis TOC, TN, dan BC dilakukan pada interval ∼2 cm, menggunakan ∼1 g sedimen kering. Analisis TOC dan TN melibatkan perlakuan sampel dengan HCl untuk menghilangkan karbon anorganik, diikuti dengan pencucian, pengeringan, penggilingan, dan analisis dengan Elemental Analyzer (Elmental-Vario EL III). Data TN dan TOC digunakan untuk menghitung rasio TOC/TN, yang berfungsi sebagai indikator sumber bahan organik sedimen (Thornton & McManus, 1994 ). Kontrol kualitas dipastikan menggunakan standar GSD-9 dan duplikat, dengan deviasi di bawah 0,05%.
Soot-BC diisolasi menggunakan metode oksidasi kemotermal yang dimodifikasi pada suhu 375 °C (CTO-375; Fang et al., 2014 ; Salvadó et al., 2017 ), yang awalnya diusulkan oleh Gustafsson et al. ( 1997 , 2001 ). Sampel yang dikeringkan beku dan dihomogenkan menjalani perlakuan berurutan dengan HCl (0,5 M), campuran 2:1 HCl (6,79 M) dan HF (1 M) dan HCl (10 M), yang secara efektif menghilangkan karbonat anorganik dan oksida logam, silikat dan oksida logam residu, dan fluorida sekunder. Sampel kemudian dicuci hingga netral, dikeringkan, dan dihomogenkan. Sebagian sampel yang disiapkan dioksidasi secara termal pada suhu 375 ± 1 °C, dengan aliran udara 1,2 L/menit selama 24 jam. Terakhir, EA-Isolink Elemental Analyzer digunakan untuk menentukan konsentrasi karbon dan isotop karbon stabil (δ 13 C BC ). Kontrol kualitas untuk kandungan BC dipastikan menggunakan standar NIST SRM 1941b, dengan kesalahan duplikasi di bawah 0,05%. Ketidakpastian untuk δ 13 C BC adalah ±0,025‰.
CTO-375 yang digunakan dalam studi ini melibatkan pretreatment asam kuat (Nguyen et al., 2004 ), khususnya efektif untuk pemisahan BC-jelaga di ESAS, di mana masukan karbon organik dari sungai besar signifikan (Hu et al., 2020 ). Namun, metode pretreatment ini dapat menyebabkan hilangnya BC labil (Gélinas et al., 2001 ; Nguyen et al., 2004 ). Nilai lebih rendah yang diamati untuk SRM 1941b dalam studi ini (4,8 ± 0,6 mg g −1 ) dibandingkan dengan nilai CTO-375 yang dilaporkan (5,3–5,8 mg g −1 , Elmquist et al., 2006 ; Gustafsson et al., 2001 ; Lohmann et al., 2009 ), menunjukkan sedikit hilangnya BC labil. Di sisi lain, metode CTO dapat menghasilkan nilai δ 13 C yang lebih positif untuk BC (Song et al., 2012 ). Namun, efek metodologis ini hanya menimbulkan bias sistematis dan tidak memengaruhi interpretasi data secara keseluruhan.
Karena konsentrasi BC dalam sedimen dapat dipengaruhi oleh efek pengenceran bahan detrital utama (Elmquist et al., 2007 ), laju akumulasi massa BC (BC-MAR) memberikan ukuran masukan BC yang lebih akurat. BC-MAR (mg cm −2 kyr −1 ) dihitung sebagai:
dimana C adalah konsentrasi BC (mg g −1 ), BD adalah densitas sedimen massal (g cm −3 ), dan LSR adalah laju sedimentasi linier (cm kyr −1 ).
Proporsi tanaman C3 dan C4 yang terlibat dalam pembakaran biomassa dapat dihitung menggunakan rumus berikut (Dzurec et al., 1985 ):
Di mana δ 13 C BC merupakan komposisi isotop karbon BC. Kami memilih δ 13 C C3 (−27,5‰) dan δ 13 C C4 (−12,6‰; Dzurec et al., 1985 ) sebagai komposisi isotop karbon untuk tanaman C3 dan C4, masing-masing.
Kepadatan curah diukur pada interval 1 cm menggunakan Geotek Multi-Sensor Core Logger. Reflektansi warna sedimen diukur menggunakan spektrometer genggam Minolta CM-2002 pada interval 1 cm. Hasilnya dinyatakan menggunakan sistem warna tiga dimensi L*, a* dan b*, di mana a* menunjukkan nilai kemerahan.
2.3 Kronologi
Kronologi inti LV90-8-1 ditetapkan melalui perbandingan dengan inti PS2757-8 dan 29-GC1 yang bertanggal baik dari Lomonosov Ridge, di samping tumpukan δ 18 O LR04 (Gambar 2 ). Titik ikatan kerapatan volumetrik (α1 hingga α5) di inti LV90-8-1 dan inti LV90-9-1 yang berdekatan berkorelasi dengan yang ada di PS2757-8 dan 29-GC1 (C. Müller & Stein, 2000 ; West et al., 2021 ) (Gambar 2b dan 2d–2f ). Model usia inti LV90-8-1 dibatasi lebih lanjut menggunakan 10 pengukuran radiokarbon Spektrometri Massa Akselerator (AMS 14 C) dari TOC dari inti LV90-9-1 (Gambar 2d dan Tabel S1 dalam Informasi Pendukung S1 ) dan dengan mengorelasikan nilai kemerahan (a*) antara kedua inti ini (Gambar 2a dan 2c ). Dalam kerangka ini, nilai kemerahan sedimen di LV90-8-1, yang menunjukkan siklus glasial-interglasial yang jelas, dikorelasikan dengan variasi LR04 δ 18 O (Lisiecki & Raymo, 2005 ) (Gambar 2g ). Pendekatan ini, yang menghubungkan warna sedimen dengan iklim glasial-interglasial, digunakan secara luas di Arktik (Dong et al., 2022 ; Jakobsson et al., 2000 ; Polyak et al., 2009 ), karena sedimen cenderung lebih berwarna cokelat kemerahan selama interglasial dan abu-abu di glasial (Hepp et al., 2006 ). Enam titik kontrol usia diidentifikasi (Titik kontrol usia merah; Gambar 2a ), yang menentukan usia basal inti hingga ∼120 kyr, yang mencakup siklus iklim terakhir. Laju sedimentasi rata-rata inti adalah ∼4,3 cm kyr −1 , tetapi bervariasi secara signifikan di berbagai periode (Gambar 3b ). Laju sedimentasi tertinggi terjadi pada MIS 5a (11,6 cm kyr −1 ), sedang terjadi pada MIS 3 (5,9 cm kyr −1 ), dan terendah terjadi pada MIS 5b-e (3,9 cm kyr −1 ), MIS 4 (3,7 cm kyr −1 ), dan MIS 1–2 (4,5 cm kyr −1 ).
3 Hasil
Variasi dalam konsentrasi BC dan TOC, BC/TOC, BC-MAR dan δ 13 C BC di inti LV90-8-1 ditunjukkan pada Gambar 3. Konsentrasi BC berkisar dari 0,1 hingga 0,9 mg g −1 (rata-rata 0,43 mg g −1 ; Gambar 3j ), secara kasar konsisten dengan nilai BC yang diukur dari Paparan Arktik Siberia Timur (0,1–2,1 mg g −1 ; Salvadó et al., 2017 ). Konsentrasi BC secara umum lebih rendah selama MIS 1, MIS 3, dan MIS 5c-e, dengan variabilitas frekuensi tinggi yang diamati dalam MIS 3 (Gambar 3j ). Konsentrasi BC yang sedikit lebih tinggi diamati selama MIS 4 dan MIS 5a-b, sedangkan nilai terendah terjadi selama transisi antara tahap hangat dan dingin, seperti MIS 1/2, MIS 3/4, MIS 4/5a, dan MIS 5b/5c (Gambar 3j ). BC-MAR berkisar dari 0,13 hingga 7,92 mg cm −2 kyr −1 , dengan rata-rata 2,24 mg cm −2 kyr −1 . Berbeda dengan variabilitas konsentrasi BC, nilai BC-MAR terendah ditemukan selama MIS 5c-e, MIS 4, dan MIS 1–2 (rata-rata 1,48 mg cm −2 kyr −1 ). Nilai BC-MAR yang lebih tinggi diamati selama MIS 3 (2,46 mg cm −2 kyr −1 ) dan MIS 5a-b (4,37 mg cm −2 kyr −1 ; Gambar 3i ).
Konsentrasi TOC relatif stabil, berkisar dari 0,08% hingga 0,71% (rata-rata 0,24%), dengan peningkatan yang diamati sejak akhir Holosen (Gambar 3d ). Fluks TOC menunjukkan pola yang mirip dengan BC-MAR (Gambar 3h dan 3i ). Rasio BC/TOC mengikuti tren yang mirip dengan konsentrasi BC, berkisar dari 0,05 hingga 0,40 (rata-rata 0,21; Gambar 3e ), sebanding dengan kisaran yang dilaporkan untuk Paparan Arktik Siberia Timur (0,15–0,40, rata-rata 0,29; Yu et al., 2022 ). Nilai BC δ 13 C berkisar dari −25,5‰ hingga −18,7‰ (Gambar 3g ), yang menunjukkan bahwa proporsi tanaman C3 dan C4 yang terlibat dalam pembakaran berkisar dari 86%–41% hingga 14%–59%, berturut-turut. Data lebih lanjut menunjukkan bahwa proporsi tanaman C3 yang terbakar relatif tinggi selama MIS 5a-b dan MIS 3, sementara itu lebih rendah selama interval waktu lainnya (Gambar 3f ).
4 Diskusi
4.1 Keandalan Rekonstruksi Aktivitas Kebakaran Hutan Berdasarkan BC
Dalam ESAS, BC terutama berasal dari pembuangan sungai di wilayah Eurasia (Peterson et al., 2002 ), dengan kontribusi atmosfer yang dapat diabaikan (0,6%; Salvadó et al., 2017 ). Sementara rezim kebakaran hutan adalah sumber utama BC, fluksnya juga dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti perubahan permukaan laut, dinamika es laut, dan degradasi BC selama transportasi dan pengendapan (Bröder et al., 2016 ; Chen et al., 2015 ). Fluktuasi permukaan laut yang terkait dengan siklus glasial-interglasial memengaruhi transportasi sedimen dan pengendapan di landas kontinen, yang berpotensi memengaruhi fluks BC. Permukaan laut yang lebih rendah selama periode glasial memperlihatkan area ESAS yang luas, meningkatkan masukan sedimen terestrial dari sungai (Margold et al., 2011 ; Spielhagen et al., 2005 ). Sebaliknya, permukaan laut yang lebih tinggi selama periode interglasial menenggelamkan sebagian besar ESAS, membatasi pengiriman sedimen terestrial ke lautan (Spielhagen et al., 2005 ). Namun, data kami tidak menunjukkan hubungan yang konsisten antara BC-MAR dan perubahan permukaan laut, yang menunjukkan bahwa permukaan laut bukanlah pendorong utama variabilitas BC. Misalnya, sementara BC-MAR rendah selama periode interglasial seperti MIS 1 dan MIS 5c-e, konsisten dengan permukaan laut yang lebih tinggi, ia tetap rendah secara tak terduga selama MIS 4, meskipun permukaan laut yang lebih rendah seharusnya meningkatkan pengendapan BC (Gambar 4a dan 4d ). Sebaliknya, BC-MAR tinggi selama MIS 3 dan MIS 5a-b, meskipun permukaan laut lebih tinggi. Selain itu, nilai TOC/TN dan TOC yang stabil di seluruh urutan (Gambar 3c dan 3d dan Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 ) mencerminkan kontribusi yang konsisten dari bahan organik terestrial, terlepas dari variabilitas permukaan laut glasial-interglasial. Dinamika es laut juga memengaruhi fluks BC dengan mencegat pengendapan BC, sehingga mengurangi fluks keseluruhan (Bröder et al., 2016 ). Mundurnya es laut selama periode interglasial hangat (Cronin et al., 2010 ) dapat meningkatkan masukan BC melalui peningkatan debit sungai. Akan tetapi, data kami menunjukkan bahwa kandungan BC tetap rendah bahkan selama periode interglasial dengan cakupan es laut yang berkurang (Cronin et al., 2010 ), seperti MIS 5c-e dan MIS 1. Hal ini menunjukkan bahwa dinamika es laut memiliki dampak terbatas pada fluks BC keseluruhan di wilayah ini.
Pertimbangan lain adalah pengaruh potensi degradasi karbon organik selama transportasi dan pengendapan. Sungai Arktik mengangkut karbon organik yang terkuras radiokarbon dari permafrost (Martens et al., 2019 ), yang dapat memasukkan karbon lama ke dalam sedimen dan mengaburkan sinyal kebakaran hutan (Feng et al., 2013 ). Rasio BC/TOC mencerminkan proporsi karbon hitam di kumpulan karbon organik (Ren et al., 2019 ; Wang & Li, 2007 ). Soot-BC, yang terbentuk pada suhu pembakaran tinggi, stabil secara kimia dan sangat tahan terhadap degradasi (Elmquist et al., 2006 ). Sementara itu, kandungan TOC yang relatif stabil dalam urutan inti (Gambar 3d ), dikombinasikan dengan variabilitas yang konsisten antara BC/TOC dan kandungan BC (Gambar 3e dan 3j dan Gambar S2 dalam Informasi Pendukung S1 ), menunjukkan bahwa degradasi TOC tidak secara signifikan mempengaruhi tren variabilitas BC dan rekonstruksi kebakaran hutan.
4.2 Variabilitas Orbital dan Milenium Kebakaran Hutan Sejak 120 kyr dan Implikasinya
Inti sedimen dari Samudra Arktik bagian barat (LIC dan 41-GC; Gambar 1 ) menunjukkan bahwa sedimen di ESAS terutama diangkut oleh sungai-sungai Eurasia (Park et al., 2024 ; Stein, 2008 ; Tu et al., 2021 ). Inti LV90-8-1, yang terletak di dekat ESAS, disimpulkan terutama menangkap BC dari kebakaran hutan Siberia, karena penelitian sebelumnya telah mengidentifikasi Siberia sebagai sumber utama BC Arktik (Evangeliou et al., 2016 ). Dengan demikian, kami merekonstruksi sejarah kebakaran hutan intensitas tinggi di Siberia Arktik menggunakan jelaga-BC dari inti LV90-8-1. Data menunjukkan aktivitas kebakaran hutan yang berkurang selama MIS 5c-e, MIS 4, dan MIS 1–2, dan peningkatan aktivitas selama MIS 5a-b dan MIS 3 (Gambar 3i ). Pemeriksaan lebih dekat lebih lanjut mengungkapkan bahwa aktivitas kebakaran hutan dari MIS 3 hingga MIS 5a-b menunjukkan siklus Dansgaard-Oeschger (DO) milenial (HS 1-HS 10, nuansa cokelat; Gambar 4 ) dengan aktivitas tinggi selama Interstadial Greenland (GI) dan aktivitas berkurang selama Stadial Greenland (GS) dalam sebagian besar kasus. Secara khusus, aktivitas kebakaran hutan menurun selama HS-1, HS-2, HS-5, HS-5a, HS-7a, HS-7b, HS-9, HS-10, dan Maksimum Glasial Terakhir (LGM). Sedangkan selama HS-3, HS-4, HS-6, dan HS-8, aktivitas kebakaran hutan yang meningkat diamati, mungkin karena ketidakakuratan dalam model usia atau resolusi BC yang tidak memadai.
Analisis geokimia inti sedimen dari Danau Baikal dan Danau El’gygytgyn di wilayah Siberia memberikan bukti iklim hangat dan lembab selama periode interglasial seperti MIS 5c-e dan MIS 1 (Colman et al., 1999 ; Lozhkin et al., 2007 ; Murakami et al., 2012 ; Shchetnikov et al., 2016 ) (Gambar 4e dan 4f ). Kondisi ini mendukung perkembangan hutan, khususnya hutan boreal hijau yang didominasi oleh spesies yang menghindari kebakaran seperti cemara dan pinus Siberia (Dietze et al., 2020 ; Wirth, 2005 ). Hutan-hutan ini, yang dicirikan oleh kulit kayu pelindung yang tebal dan lantai hutan yang lembab (Rogers et al., 2015 ; Wirth, 2005 ), menekan kebakaran hutan intensitas tinggi dan mendukung kebakaran permukaan intensitas rendah. Catatan δ 13 C BC yang menunjukkan nilai δ 13 C yang kurang negatif selama periode ini (Gambar 3g ) mendukung berkurangnya pembakaran biomassa kayu dan dominasi kebakaran permukaan berintensitas rendah (Dietze et al., 2020 ). Selain itu, perluasan hutan mengurangi keterbukaan dan ventilasi lanskap, yang jika dikombinasikan dengan kelembapan tinggi, semakin menurunkan sifat mudah terbakar bahan bakar (Ohlson et al., 2011 ; Zhao et al., 2018 ).
Sebaliknya, selama periode glasial, bentang alam yang didominasi tundra di Siberia membatasi aktivitas kebakaran hutan karena terbatasnya ketersediaan bahan bakar (Krawchuk & Moritz, 2011 ; Krinner et al., 2011 ). Kondisi dingin dan kering (Andreev et al., 2011 ) (Gambar 4g ), seperti yang ada di MIS 2 dan MIS 4, membatasi pertumbuhan vegetasi (Svendsen et al., 2014 ; Tarasov et al., 2013 ) dan mengurangi aktivitas kebakaran di Siberia Arktik (Gambar 4d ). Vegetasi tundra yang jarang, yang sebagian besar terdiri dari tanaman herba dan semak dengan tutupan rendah (Lozhkin et al., 2007 ), menyediakan bahan yang mudah terbakar yang tidak cukup untuk mempertahankan kebakaran hutan dengan intensitas tinggi.
Selama periode transisi seperti MIS 3 dan MIS 5a-b, iklim sedang dan kurang lembap dibandingkan dengan MIS 1 dan MIS 5c-e (Colman et al., 1999 ; Murakami et al., 2012 ) (Gambar 4e dan 4f ), mendukung pertumbuhan vegetasi yang rentan kebakaran, seperti semak tundra yang didominasi Pinus ( Pinus sylvestris ) di wilayah Siberia (Dietze et al., 2020 ). Jenis vegetasi yang mudah terbakar dan kaya resin ini (Rogers et al., 2015 ), dikombinasikan dengan kelembapan yang berkurang, menciptakan kondisi yang menguntungkan untuk aktivitas kebakaran hutan yang lebih tinggi (Gambar 4d–4f ). Catatan δ 13 C BC selama periode ini menunjukkan nilai δ 13 C yang lebih negatif (Gambar 3g ), yang mencerminkan peningkatan pembakaran tanaman berkayu dibandingkan dengan MIS 1 dan MIS 5c-e. Meningkatnya kebakaran hutan selama periode DO interstadial mungkin mencerminkan pengaruh iklim yang lebih hangat yang mendorong perluasan hutan dan peningkatan ketersediaan bahan bakar. Catatan serbuk sari dari endapan danau Siberia semakin menguatkan temuan ini, yang menunjukkan sensitivitas vegetasi Siberia terhadap siklus DO (Müller et al., 2010 ; Prokopenko et al., 2001 ), dengan peningkatan potensi kebakaran selama fase pemanasan dan kebakaran yang ditekan selama fase pendinginan.
Singkatnya, hasil kami menunjukkan bahwa aktivitas kebakaran hutan di Siberia Arktik selama siklus iklim terakhir terkait erat dengan dinamika iklim dan vegetasi pada skala waktu orbital dan milenium. Meningkatnya kebakaran hutan di Eurasia utara, khususnya di Siberia, berkorelasi dengan periode peningkatan kondisi kekeringan di wilayah lintang tinggi (Kim et al., 2024 ). Di bawah pemanasan antropogenik yang sedang berlangsung, kondisi kekeringan diperkirakan akan meningkat karena pemanasan permukaan yang signifikan dan pengeringan tanah (Zhu et al., 2024 ). Ini menunjukkan bahwa sementara aktivitas kebakaran hutan masa lalu sebagian besar diatur oleh siklus iklim alami, lintasan pemanasan antropogenik saat ini dapat menciptakan kondisi yang menyerupai kondisi selama interstadial DO, yang berpotensi menyebabkan perubahan substansial dalam dinamika kebakaran hutan Arktik. Dengan pemanasan cepat di Arktik, peningkatan emisi BC diperkirakan akan memperkuat pengendapan BC di permukaan es dan salju, mengurangi albedonya. Pengurangan albedo ini akan memicu mekanisme umpan balik positif (Hansen & Nazarenko, 2004 ), sehingga semakin mempercepat proses pemanasan regional dan global (Clarke & Noone, 2007 ).
5 Kesimpulan
Kami merekonstruksi sejarah kebakaran hutan intensitas tinggi di Arktik lintang tinggi selama siklus iklim terakhir (∼120 kyr) menggunakan data BC-MAR dan isotop karbon stabil dari inti LV90-8-1 di ESAS. Hasilnya mengungkap mekanisme yang mendorong fluks BC dan variabilitas kebakaran hutan pada skala waktu orbital dan milenium. Pada skala waktu orbital, aktivitas kebakaran hutan terendah selama MIS 5c-e, MIS 4 dan MIS 1–2, sementara lebih tinggi selama MIS 5a-b dan MIS 3. Variasi ini terkait erat dengan kondisi iklim dan dinamika vegetasi. Periode interglasial hangat dan lembap seperti MIS 5c-e dan MIS 1 dicirikan oleh dominasi hutan boreal yang menghindari kebakaran, berkurangnya mudah terbakarnya bahan bakar, dan ditekannya aktivitas kebakaran hutan intensitas tinggi. Sebaliknya, selama periode glasial dingin dan kering seperti MIS 4 dan MIS 2, vegetasi tundra yang jarang dan kekurangan bahan bakar merupakan faktor utama yang membatasi aktivitas kebakaran hutan. Pada skala waktu milenium, data kami menunjukkan peningkatan umum kebakaran selama GI dan penurunan selama GS. Selama GI, iklim yang lebih hangat mendorong perluasan vegetasi, meningkatkan ketersediaan bahan bakar dan mengakibatkan peningkatan kebakaran hutan. Sebaliknya, kondisi GS yang dingin dan kering menekan pertumbuhan vegetasi, mengurangi bahan bakar yang tersedia dan membatasi aktivitas kebakaran hutan.
