一个有效的气候变化解决方案可能就在我们脚下

- 编辑:大众自然网 -

一个有效的气候变化解决方案可能就在我们脚下

为什么地球的气候在地质年代中保持如此稳定?答案可能会震撼你。

岩石,尤其是火山活动产生的岩石,在保持地球长期气候稳定和二氧化碳在陆地、海洋和大气之间循环方面发挥着关键作用。

科学家们几十年前就知道,岩石风化——山脉和土壤中矿物质的化学分解——会从大气中清除二氧化碳,并将其转化为稳定的矿物,出现在地球表面和海洋沉积物中。但由于这一过程持续了数百万年,不足以抵消人类活动造成的现代全球变暖。

然而现在,新兴科学——包括加州气候变化解决方案合作组织(C4)的耕地创新中心——表明加速岩石风化速率是可能的。增强的岩石风化既能减缓全球变暖,又能改善土壤健康,使更有效地种植作物成为可能,并加强粮食安全。

岩石化学

受化学、生物、气候和板块构造的影响,许多过程对地球表面的岩石进行气象处理。当二氧化碳与土壤和海洋中的水结合产生碳酸时,化学风化的主要形式就发生了。

大约95%的地壳和地幔——地球地壳和地核之间的厚层——是由硅酸盐矿物构成的,它们是硅和氧的化合物。硅酸盐是大多数火成岩的主要成分,当火山物质冷却和硬化时,就会形成火成岩。这些岩石约占地球陆地表面的15%。

当碳酸与某些硅酸盐矿物接触时,它会触发一种称为Urey反应的化学过程。这个反应从大气中吸收气态二氧化碳,并将其与水和钙或镁硅酸盐结合,产生两个碳酸氢盐离子。一旦二氧化碳被困在这些土壤的碳酸盐中,或者最终被冲刷到海洋中,它就不再使气候变暖。

当富含硅酸盐的山脉,如喜马拉雅山脉,在山崩之后,或当气候变得更热更潮湿时,将新鲜物质暴露在大气中,尤里反应的速度就会更高。最近的研究表明,人类可以大大加快这一过程,以帮助对抗现代全球变暖。

加速风化

风化的最大限制是硅酸盐矿物在任何给定时间暴露的数量。将火山硅酸盐岩石磨成细粉末可以增加反应的表面积。此外,在土壤中添加岩石粉尘会使土壤暴露在植物根系和土壤微生物面前。根系和微生物在分解土壤中的有机物时都会产生二氧化碳。反过来,这会增加碳酸的浓度,加速风化。

英国和美国科学家最近的一项研究表明,向中国、印度、美国和巴西的所有农田土壤中添加被碾碎的硅酸盐岩石,如玄武岩,可能引发风化,每年将从大气中移除20亿吨以上的二氧化碳。相比之下,美国2018年的二氧化碳排放量约为53亿吨。

农业用石块

增强风化作用的一个引人注目的方面是,在对土壤进行玄武岩改良的控制环境研究中,谷物产量大约提高了20%。

随着玄武岩风化,它增加了能够提高产量和作物产量的重要植物养分。钙、钾和镁等矿物质营养物质创造了更健康的土壤。几个世纪以来,农民们一直在用岩石矿物来改良土壤,所以这个概念并不新鲜。

在耕地创新中心,我们正在世界上最大的真正农场上进行增强风化试验。我们正在与加州的农民、牧场主、政府、采矿业和美国土著部落合作,进行大约50英亩的农田土壤修正试验。我们正在测试石尘和堆肥修正案对土壤温室气体排放、碳捕获、作物产量以及植物和微生物健康的影响。

我们的初步结果表明,加入玄武岩和硅灰石(一种硅酸钙矿物),第一年的玉米产量增加了12%。我们与加州的温室气体排放交易计划和我们州的农业利益多元化合作,希望建立一条途径,为那些允许增强其土地上岩石风化的农民和牧场主提供金钱激励。我们的目标是为农民和牧场主建立一项协议,让他们从种植到土壤中的碳中赚钱,并帮助企业和工业实现他们的碳中和目标。

负排放为什么重要

根据2015年巴黎气候协议,各国承诺将全球变暖控制在低于工业化前水平2摄氏度的范围内。这将需要大幅削减温室气体排放。

从空气中吸收二氧化碳(也称为负排放)对于避免最糟糕的气候变化后果也是必要的,因为大气中二氧化碳的平均寿命超过100年。通过燃烧化石燃料或清理土地而释放到大气中的每一个二氧化碳分子都将在那里滞留几十年,并使地球表面变暖。

各国需要一系列解决方案来制造负排放。利用现有的农业设备、全球采矿作业以及目前向全球输送肥料和种子的供应链,增强风化能力有望迅速扩大。通过解决土壤侵蚀和粮食安全以及气候变化问题,我相信岩石风化可以帮助人类逃离我们今天所处的困境。