Wietrzenie skał, takich jak bazaltowe formacje w Idaho, uruchamia procesy chemiczne, które usuwają dwutlenek węgla z powietrza. Matthew Dillona/Flickr, CC BY

Dlaczego klimat Ziemi pozostał tak stabilny w czasie geologicznym? Odpowiedź może cię po prostu wstrząsnąć.

Skały, zwłaszcza te powstałe w wyniku aktywności wulkanicznej, odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu długoterminowej stabilności klimatu na Ziemi i obiegu dwutlenku węgla między lądem, oceanami i atmosferą.

Naukowcy znali od lat że wietrzenie skał – chemiczny rozkład minerałów w górach i glebie – usuwa dwutlenek węgla z atmosfery i przekształca go w stabilne minerały na powierzchni planety iw osadach oceanicznych. Ale ponieważ proces ten działa przez miliony lat, jest zbyt słaby, aby zrównoważyć współczesne globalne ocieplenie spowodowane działalnością człowieka.

Uszkodzenia budynków i pomników przez kwaśne deszcze, takie jak ten posąg z piaskowca w Dreźnie w Niemczech, są formą wietrzenia chemicznego. Slick/Wikipedia

Teraz jednak rozwijająca się nauka – w tym w California Collaborative for Climate Change Solutions” (C4) Centrum Innowacji Ziemi Roboczej – pokazuje, że możliwe jest przyspieszenie tempa wietrzenia skał. Zwiększone wietrzenie skał może zarówno spowolnić globalne ocieplenie, jak i poprawić stan gleby, umożliwiając bardziej wydajną uprawę roślin i zwiększenie bezpieczeństwa żywnościowego.

Chemia skały

Wiele procesów skały pogodowe na powierzchni Ziemi, pod wpływem chemii, biologii, klimatu i tektoniki płyt. Dominująca forma wietrzenia chemicznego występuje, gdy dwutlenek węgla łączy się z wodą w glebie i oceanie, tworząc kwas węglowy.

Około 95% skorupy ziemskiej i płaszcz – zbudowana jest gruba warstwa między skorupą planety a jej jądrem minerały krzemianowe, które są związkami krzemu i tlenu. Krzemiany są głównym składnikiem większości skał magmowych, które powstają, gdy materiał wulkaniczny ochładza się i twardnieje. Takie skały stanowią około 15% ziemskich powierzchnia lądu.

Kiedy kwas węglowy wchodzi w kontakt z niektórymi minerałami krzemianowymi, uruchamia proces chemiczny znany jako Reakcja Urey'a. Ta reakcja wyciąga gazowy dwutlenek węgla z atmosfery i łączy go z wodą oraz krzemianami wapnia lub magnezu, tworząc dwa jony wodorowęglanowe. Gdy dwutlenek węgla zostanie uwięziony w tych węglanach gleby lub ostatecznie wypłukany do oceanu, nie ogrzewa już klimatu.

Kiedy kwas węglowy rozpuszcza minerały krzemianowe wapnia i magnezu, rozkładają się one na rozpuszczone związki, z których niektóre zawierają węgiel. Materiały te mogą płynąć do oceanu, gdzie organizmy morskie wykorzystują je do budowy muszli. Później muszle są zakopywane w osadach oceanicznych. Aktywność wulkaniczna uwalnia część węgla z powrotem do atmosfery, ale większość pozostaje zakopana w skale przez miliony lat. Gretashum / Wikipedia, CC BY-SA

Reakcja Ureya przebiega z większą szybkością, gdy bogate w krzemiany góry, takie jak Himalaje, wystawiają świeżą materię na działanie atmosfery – na przykład po osunięciu się ziemi – lub gdy klimat staje się cieplejszy i wilgotniejszy. Ostatnie badania pokazują, że ludzie mogą znacznie przyspieszyć ten proces, aby pomóc w walce ze współczesnym globalnym ociepleniem.

Przyspieszone wietrzenie

Największym ograniczeniem wietrzenia jest ilość minerałów krzemianowych odsłoniętych w danym momencie. Rozdrabnianie wulkanicznych skał krzemianowych na drobny proszek zwiększa powierzchnię dostępną dla reakcji. Ponadto dodanie tego pyłu skalnego do gleby naraża ją na działanie korzeni roślin i drobnoustrojów glebowych. Zarówno korzenie, jak i drobnoustroje wytwarzają dwutlenek węgla, rozkładając materię organiczną w glebie. To z kolei zwiększa stężenie kwasu węglowego, który przyspiesza wietrzenie.

Jedno z niedawnych badań przeprowadzonych przez brytyjskich i amerykańskich naukowców sugeruje, że dodanie drobno pokruszonych skał krzemianowych, takich jak bazalt, do wszystkich gleb uprawnych w Chinach, Indiach, Stanach Zjednoczonych i Brazylii może wywołać wietrzenie, które usunie ponad 2 miliardy ton dwutlenku węgla z atmosfery każdego roku. Dla porównania emitowane w USA około 5.3 mld ton dwutlenku węgla w 2018 r.

Uprawa ze skałami

Jednym z przekonujących aspektów zwiększonego wietrzenia jest to, że w kontrolowanych badaniach środowiskowych obejmujących bazaltowe zmiany w glebie, plony ziarna zbóż są poprawiane przez z grubsza 20%.

W miarę wietrzenia bazaltu zwiększa się ilość niezbędnych składników odżywczych dla roślin, które mogą zwiększyć produkcję i zwiększyć plony. Mineralne składniki odżywcze, takie jak wapń, potas i magnez, tworzą zdrowszą glebę. Rolnicy byli wzbogacając glebę minerałami skalnymi przez wieki, więc koncepcja nie jest niczym nowym.

Rozrzucanie wapna na polu w hrabstwie Devon w Anglii w celu poprawy jakości gleby. Marka Robinsona/Wikipedia, CC BY

Na Centrum Innowacji Ziemi Roboczej, przeprowadzamy prawdopodobnie największy eksperyment demonstracyjny ulepszonego wietrzenia na prawdziwych farmach na świecie. Współpracujemy z rolnikami, farmerami, rządem, przemysłem wydobywczym i plemionami rdzennych Amerykanów w Kalifornii w zakresie około 50 akrów prób zmiany gleby na polach uprawnych. Testujemy wpływ pyłu skalnego i modyfikacji kompostu na emisje gazów cieplarnianych z gleby, wychwytywanie dwutlenku węgla, plony oraz zdrowie roślin i drobnoustrojów.

Nasze wstępne wyniki sugerują, że dodanie bazaltu i wollastonit, minerał krzemianu wapnia, zwiększył plony kukurydzy o 12% w pierwszym roku. Praca z Kalifornijski program handlu emisjami gazów cieplarnianych i zróżnicowanych interesów rolniczych naszego stanu, mamy nadzieję ustanowić ścieżkę, która oferowałaby zachęty pieniężne rolnikom i farmerom, którzy pozwalają na zwiększone wietrzenie skał na swoich ziemiach. Naszym celem jest stworzenie protokołu dla rolników i ranczerów, aby zarabiać pieniądze z węgla, który wprowadzają do gleby, i pomagać firmom i przemysłowi w osiąganiu celów neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla.

Dlaczego negatywne emisje mają znaczenie

Pod Porozumienie klimatyczne 2015 z Paryża, narody zobowiązały się do ograniczenia globalnego ocieplenia do mniej niż 2 stopni Celsjusza powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej. Będzie to wymagało ogromnych cięć emisji gazów cieplarnianych.

Wyciąganie dwutlenku węgla z powietrza – znanego również jako emisje ujemne – jest również konieczne, aby uniknąć najgorszych skutków zmiany klimatu, ponieważ dwutlenek węgla w atmosferze ma średnia długość życia ponad 100 lat. Każda cząsteczka dwutlenku węgla, która jest uwalniana do atmosfery w wyniku spalania paliw kopalnych lub oczyszczania terenu, pozostanie tam przez wiele dziesięcioleci, zatrzymując ciepło i ogrzewając powierzchnię Ziemi.

{vembed Y=4IUQn9uL6W0} W jeszcze szybszej wersji ulepszonego wietrzenia naukowcy pompują nadkrytyczny dwutlenek węgla pod ziemię do formacji bazaltowych, gdzie reaguje on z minerałami, tworząc nową litą skałę.

Narody potrzebują portfolio rozwiązań do tworzenia ujemne emisje. Ulepszone warunki pogodowe są gotowe do szybkiego powiększenia skali, z wykorzystaniem już istniejącego sprzętu rolniczego, globalnych operacji wydobywczych i łańcuchów dostaw, które obecnie dostarczają nawozy i nasiona na całym świecie. Wierzę, że zajmując się erozją gleby i bezpieczeństwem żywnościowym oraz zmianami klimatu, wietrzenie skał może pomóc ludziom uciec z trudnej sytuacji, w której się dzisiaj znajdujemy.

O autorze

Benjamin Z. Houlton, profesor globalnych studiów środowiskowych, członek rektora i dyrektor, John Muir Institute of the Environment, University of California w Davis

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie

autorstwa Paula Hawkena i Toma Steyera
W obliczu powszechnego strachu i apatii międzynarodowa koalicja naukowców, profesjonalistów i naukowców połączyła się, aby zaoferować zestaw realistycznych i odważnych rozwiązań w zakresie zmian klimatu. Opisano tutaj sto technik i praktyk - niektóre są dobrze znane; niektóre, o których być może nigdy nie słyszałeś. Obejmują one od czystej energii po edukację dziewcząt w krajach o niższych dochodach po praktyki użytkowania gruntów, które wyciągają węgiel z powietrza. Rozwiązania istnieją, są ekonomicznie opłacalne, a społeczności na całym świecie obecnie wdrażają je z umiejętnościami i determinacją. Dostępne na Amazon

Projektowanie rozwiązań klimatycznych: Przewodnik polityczny dotyczący energii niskoemisyjnej

przez Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Ponieważ skutki zmiany klimatu już dotykają nas, potrzeba ograniczenia globalnych emisji gazów cieplarnianych jest pilna. To trudne wyzwanie, ale technologie i strategie pozwalające mu sprostać istnieją już dzisiaj. Niewielki zestaw polityk energetycznych, dobrze zaprojektowanych i wdrożonych, może skierować nas na ścieżkę do przyszłości niskoemisyjnej. Systemy energetyczne są duże i złożone, dlatego polityka energetyczna musi być ukierunkowana i opłacalna. Podejście uniwersalne po prostu nie spełni swojego zadania. Decydenci potrzebują jasnych, kompleksowych zasobów, które nakreślą polityki energetyczne, które będą miały największy wpływ na naszą przyszłość klimatyczną, oraz opisują, jak dobrze zaprojektować te polityki. Dostępne na Amazon

To zmienia wszystko: kapitalizm kontra klimat

autor: Naomi Klein
In To wszystko zmienia Naomi Klein twierdzi, że zmiany klimatu to nie tylko kolejna kwestia, którą należy starannie uporządkować między podatkami a opieką zdrowotną. Jest to alarm, który wzywa nas do naprawienia systemu gospodarczego, który już pod wieloma względami zawodzi. Klein skrupulatnie opowiada się za tym, jak ogromne zmniejszenie naszej emisji gazów cieplarnianych jest naszą najlepszą szansą na jednoczesne zmniejszenie rozbieżnych nierówności, ponowne wyobrażenie sobie naszych złamanych demokracji i odbudowę wypatroszonych lokalnych gospodarek. Obnaża ideologiczną desperację negacjonistów zmian klimatu, mesjanistyczne złudzenia niedoszłych geoinżynierów oraz tragiczny defetyzm zbyt wielu głównych inicjatyw ekologicznych. I dokładnie pokazuje, dlaczego rynek nie - i nie może - naprawić kryzysu klimatycznego, ale pogorszy sytuację, wprowadzając coraz bardziej ekstremalne i niszczące ekologicznie metody wydobycia, któremu towarzyszy szalony kapitalizm katastroficzny. Dostępne na Amazon

Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.