Sự phong hóa của các loại đá như các thành tạo bazan này ở Idaho kích hoạt các quá trình hóa học loại bỏ carbon dioxide khỏi không khí. Matthew Dillon / Flickr, CC BY

Tại sao khí hậu Trái đất vẫn ổn định theo thời gian địa chất? Câu trả lời chỉ có thể làm bạn ngạc nhiên.

Đá, đặc biệt là các loại được tạo ra bởi hoạt động núi lửa, đóng một vai trò quan trọng trong việc giữ cho khí hậu lâu dài của Trái đất ổn định và luân chuyển carbon dioxide giữa đất, đại dương và khí quyển.

Các nhà khoa học đã biết đến thập kỷ quá trình phong hóa đá - sự phân hủy hóa học của các khoáng chất trong núi và đất - loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển và biến nó thành các khoáng chất ổn định trên bề mặt hành tinh và trong trầm tích đại dương. Nhưng vì quá trình này hoạt động qua hàng triệu năm, nó quá yếu để bù đắp sự nóng lên toàn cầu hiện đại từ các hoạt động của con người.

Mưa axit làm hư hại các tòa nhà và di tích, như bức tượng bằng đá sa thạch này ở Dresden, Đức, là một dạng phong hóa hóa học. Slick / Wikipedia

Tuy nhiên, hiện nay, khoa học mới nổi - bao gồm cả tại California Collaborative for Climate Change Solutions '(C4) Trung tâm đổi mới đất làm việc - cho thấy có thể đẩy nhanh tốc độ phong hóa đá. Phong hóa đá tăng cường có thể làm chậm quá trình ấm lên toàn cầu và cải thiện sức khỏe của đất, giúp cây trồng có thể phát triển hiệu quả hơn và tăng cường an ninh lương thực.

Hóa đá

Nhiều quy trình đá thời tiết trên bề mặt Trái đất, chịu ảnh hưởng của hóa học, sinh học, khí hậu và kiến ​​tạo mảng. Hình thức phong hóa hóa học chiếm ưu thế xảy ra khi carbon dioxide kết hợp với nước trong đất và đại dương để tạo ra axit cacbonic.

Khoảng 95% vỏ Trái đất và che - lớp dày giữa vỏ hành tinh và lõi của nó - được làm bằng khoáng chất silicat, là hợp chất của silic và oxy. Silicat là thành phần chính trong hầu hết các loại đá mácma, chúng hình thành khi vật liệu núi lửa nguội đi và cứng lại. Những loại đá như vậy chiếm khoảng 15% Trái đất mặt đất.

Khi axit cacbonic tiếp xúc với một số khoáng chất silicat, nó sẽ kích hoạt một quá trình hóa học được gọi là Phản ứng của Urey. Phản ứng này kéo khí cacbonic từ khí quyển và kết hợp nó với nước và canxi hoặc magie silicat, tạo ra hai ion bicacbonat. Một khi carbon dioxide bị giữ lại trong các muối cacbonat của đất, hoặc cuối cùng bị rửa trôi vào đại dương, nó không còn làm khí hậu ấm lên nữa.

Khi axit cacbonic hòa tan các khoáng chất silicat canxi và magiê, chúng phân hủy thành các hợp chất hòa tan, một số có chứa cacbon. Những vật liệu này có thể chảy ra đại dương, nơi các sinh vật biển sử dụng chúng để chế tạo vỏ sò. Sau đó, vỏ sò bị chôn vùi trong trầm tích đại dương. Hoạt động của núi lửa giải phóng một số carbon trở lại bầu khí quyển, nhưng phần lớn trong số đó bị chôn vùi trong đá hàng triệu năm. Gretashum / Wikipedia, CC BY-SA

Phản ứng Urey diễn ra với tốc độ cao hơn khi những ngọn núi giàu silicat như dãy Himalaya tiếp xúc với vật chất tươi trong khí quyển - ví dụ như sau một vụ lở đất - hoặc khi khí hậu trở nên nóng hơn và ẩm hơn. Nghiên cứu gần đây chứng minh rằng con người có thể đẩy nhanh quá trình này về cơ bản để giúp chống lại sự nóng lên toàn cầu hiện đại.

Gia tốc thời tiết

Hạn chế lớn nhất đối với thời tiết là lượng khoáng chất silicat tiếp xúc tại bất kỳ thời điểm nào. Nghiền đá silicat núi lửa thành bột mịn làm tăng diện tích bề mặt sẵn có cho các phản ứng. Hơn nữa, thêm bụi đá này vào đất sẽ làm cho rễ cây và vi khuẩn trong đất phát triển. Cả rễ và vi sinh vật đều tạo ra carbon dioxide khi chúng phân hủy chất hữu cơ trong đất. Đổi lại, điều này làm tăng nồng độ axit cacbonic đẩy nhanh quá trình phong hóa.

Một nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học Anh và Mỹ cho thấy rằng việc thêm đá silicat nghiền mịn, chẳng hạn như đá bazan, vào tất cả đất trồng trọt ở Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ và Brazil có thể kích hoạt quá trình phong hóa sẽ loại bỏ hơn 2 tỷ tấn carbon dioxide từ bầu không khí mỗi năm. Để so sánh, Mỹ phát khoảng 5.3 tỷ tấn lượng carbon dioxide vào năm 2018.

Làm nông với đá

Một khía cạnh hấp dẫn của quá trình phong hóa tăng cường là, trong các nghiên cứu về môi trường được kiểm soát liên quan đến việc cải tạo đất bazan, năng suất hạt ngũ cốc được cải thiện bằng cách khoảng 20%.

Khi đá bazan chết đi, nó làm tăng các chất dinh dưỡng quan trọng của thực vật có thể thúc đẩy sản xuất và tăng năng suất cây trồng. Các chất dinh dưỡng khoáng như canxi, kali và magiê tạo ra đất khỏe mạnh hơn. Nông dân đã sửa đổi đất với khoáng chất đá trong nhiều thế kỷ, vì vậy khái niệm này không có gì mới.

Rải vôi trên một cánh đồng ở Devon, Anh để cải thiện chất lượng đất. Mark Robinson / Wikipedia, CC BY

Tại Trung tâm đổi mới đất làm việc, có lẽ chúng tôi đang tiến hành thử nghiệm trình diễn thời tiết nâng cao lớn nhất trên các trang trại thực tế trên thế giới. Chúng tôi đang hợp tác với nông dân, chủ trang trại, chính phủ, ngành công nghiệp khai thác mỏ và các bộ lạc thổ dân châu Mỹ ở California trong khoảng 50 mẫu đất thử nghiệm cải tạo đất trồng trọt. Chúng tôi đang kiểm tra tác động của bụi đá và các chất sửa đổi trong phân trộn đối với phát thải khí nhà kính từ đất, thu giữ carbon, năng suất cây trồng, sức khỏe của thực vật và vi sinh vật.

Kết quả ban đầu của chúng tôi cho thấy rằng việc thêm bazo và wollastonit, một khoáng chất silicat canxi, đã tăng sản lượng ngô lên 12% trong năm đầu tiên. Làm việc với Chương trình buôn bán khí thải nhà kính của California và các lợi ích nông nghiệp đa dạng của bang chúng tôi, chúng tôi hy vọng sẽ thiết lập một con đường cung cấp các ưu đãi về tiền tệ cho nông dân và chủ trang trại, những người cho phép cải thiện thời tiết đá trên đất của họ. Chúng tôi mong muốn tạo ra một quy trình để nông dân và chủ trang trại kiếm tiền từ carbon mà họ trồng vào đất và giúp các doanh nghiệp và ngành công nghiệp đạt được mục tiêu trung hòa carbon của họ.

Tại sao khí thải tiêu cực lại quan trọng

Bên dưới Thỏa thuận khí hậu 2015 Paris, các quốc gia đã cam kết hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức thấp hơn 2 độ C so với mức trước công nghiệp. Điều này sẽ đòi hỏi phải cắt giảm lượng lớn khí thải nhà kính.

Việc kéo carbon dioxide ra khỏi không khí - còn được gọi là khí thải âm - cũng là cần thiết để tránh những kết quả xấu nhất của biến đổi khí hậu, bởi vì carbon dioxide trong khí quyển có tuổi thọ trung bình hơn 100 năm. Mỗi phân tử carbon dioxide được thải vào khí quyển thông qua quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch hoặc khai thác đất sẽ ở đó trong nhiều thập kỷ giữ nhiệt và làm ấm bề ​​mặt Trái đất.

{vembed Y = 4IUQn9uL6W0} Trong một phiên bản thậm chí còn nhanh hơn của thời tiết tăng cường, các nhà khoa học bơm carbon dioxide siêu tới hạn dưới lòng đất vào các thành tạo bazan, nơi nó phản ứng với các khoáng chất để tạo thành đá rắn mới.

Các quốc gia cần một danh mục các giải pháp để tạo ra khí thải âm. Thời tiết tăng cường sẵn sàng để mở rộng quy mô nhanh chóng, tận dụng các thiết bị nông nghiệp đã có sẵn, các hoạt động khai thác toàn cầu và chuỗi cung ứng hiện đang cung cấp phân bón và hạt giống trên toàn thế giới. Bằng cách giải quyết xói mòn đất và an ninh lương thực cùng với biến đổi khí hậu, tôi tin rằng quá trình phong hóa đá có thể giúp con người thoát khỏi nơi khó khăn mà chúng ta đang thấy ngày nay.

Giới thiệu về Tác giả

Benjamin Z. Houlton, Giáo sư Nghiên cứu Môi trường Toàn cầu, Thành viên và Giám đốc của Thủ tướng, Viện Môi trường John Muir, Đại học California, Davis

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu

của Paul Hawken và Tom Steyer
Trước nỗi sợ hãi và sự thờ ơ lan rộng, một liên minh quốc tế gồm các nhà nghiên cứu, chuyên gia và nhà khoa học đã cùng nhau đưa ra một loạt các giải pháp thực tế và táo bạo cho biến đổi khí hậu. Một trăm kỹ thuật và thực hành được mô tả ở đây, một số người nổi tiếng; một số bạn có thể chưa bao giờ nghe nói Chúng bao gồm từ năng lượng sạch đến giáo dục các cô gái ở các nước thu nhập thấp hơn đến các hoạt động sử dụng đất kéo carbon ra khỏi không khí. Các giải pháp tồn tại, có hiệu quả kinh tế và các cộng đồng trên toàn thế giới hiện đang ban hành chúng với kỹ năng và quyết tâm. Có sẵn trên Amazon

Thiết kế các giải pháp khí hậu: Hướng dẫn chính sách cho năng lượng carbon thấp

của Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Với những tác động của biến đổi khí hậu đã gây ra cho chúng ta, nhu cầu cắt giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trên toàn cầu là không kém phần cấp bách. Đó là một thách thức khó khăn, nhưng các công nghệ và chiến lược để đáp ứng nó vẫn tồn tại ngày nay. Một bộ nhỏ các chính sách năng lượng, được thiết kế và thực hiện tốt, có thể đưa chúng ta vào con đường hướng tới một tương lai các-bon thấp. Hệ thống năng lượng rất lớn và phức tạp, vì vậy chính sách năng lượng phải được chú trọng và tiết kiệm chi phí. Phương pháp tiếp cận một kích thước phù hợp với tất cả đơn giản là sẽ không hoàn thành công việc. Các nhà hoạch định chính sách cần một nguồn lực rõ ràng, toàn diện để vạch ra các chính sách năng lượng sẽ có tác động lớn nhất đến tương lai khí hậu của chúng ta và mô tả cách thiết kế tốt các chính sách này. Có sẵn trên Amazon

Đây Changes Everything: Chủ nghĩa tư bản vs khí hậu

bởi Naomi Klein
In Đây Changes Everything Naomi Klein lập luận rằng biến đổi khí hậu không chỉ là vấn đề khác được nộp gọn gàng giữa thuế và chăm sóc sức khỏe. Đó là một báo động kêu gọi chúng tôi sửa chữa một hệ thống kinh tế đã làm chúng tôi thất bại theo nhiều cách. Klein xây dựng một cách tỉ mỉ trường hợp làm thế nào để giảm lượng khí thải nhà kính một cách ồ ạt là cơ hội tốt nhất của chúng tôi để đồng thời giảm bất bình đẳng, tưởng tượng lại các nền dân chủ bị phá vỡ của chúng tôi và xây dựng lại nền kinh tế địa phương bị cắt đứt. Cô vạch trần sự tuyệt vọng về ý thức hệ của những người từ chối biến đổi khí hậu, những ảo tưởng lộn xộn của những người theo chủ nghĩa địa lý và sự thất bại bi thảm của quá nhiều sáng kiến ​​xanh chính thống. Và cô ấy chứng minh chính xác lý do tại sao thị trường không khắc phục được và không thể khắc phục khủng hoảng khí hậu mà thay vào đó sẽ làm mọi thứ tồi tệ hơn, với các phương pháp khai thác cực kỳ nghiêm trọng và gây tổn hại về mặt sinh thái, kèm theo chủ nghĩa tư bản thảm họa tràn lan. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, và ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.