En effektiv løsning på klimaændringer kan ligge i klipper under vores fødder

Hvorfor har Jordens klima været så stabilt over geologisk tid? Svaret kan bare rokke dig.

Sten, især de typer, der er skabt af vulkansk aktivitet, spiller en afgørende rolle for at holde Jordens langsigtede klima stabilt og cykle kuldioxid mellem land, oceaner og atmosfæren.

Forskere har i årtier vidst, at stenforvitring - den kemiske nedbrydning af mineraler i bjerge og jord - fjerner kuldioxid fra atmosfæren og omdanner det til stabile mineraler på planetens overflade og i havsedimenter. Men fordi denne proces fungerer over millioner af år, den er for svag til at opveje moderne global opvarmning fra menneskelige aktiviteter.

Nu, imidlertid, fremvoksende videnskab - herunder ved California Collaborative for Climate Change Solutions '(C4) Working Lands Innovation Center - viser, at det er muligt at fremskynde stenforvitringshastigheder. Forbedret stenforvitring kan både bremse den globale opvarmning og forbedre jordens sundhed, gør det muligt at dyrke afgrøder mere effektivt og styrke fødevaresikkerheden.

Rock kemi

Mange processer forvitrer sten på jordens overflade, påvirket af kemi, biologi, klima og pladetektonik. Den dominerende form for kemisk forvitring opstår, når kuldioxid kombineres med vand i jorden og havet for at danne kulsyre.

Omkring 95% af jordskorpen og kappen - det tykke lag mellem planetens skorpe og dens kerne - er lavet af silikatmineraler, som er forbindelser af silicium og ilt. Silikater er hovedingrediensen i de fleste vulkanske sten, som dannes når vulkansk materiale afkøles og hærder. Sådanne sten udgør omkring 15% af Jordens jordoverflade.

Når kulsyre kommer i kontakt med visse silikatmineraler, det udløser en kemisk proces kendt som Urey -reaktionen. Denne reaktion trækker gasformig kuldioxid fra atmosfæren og kombinerer det med vand og calcium eller magnesiumsilikater, fremstilling af to bikarbonationer. Når kuldioxidet er fanget i disse jordcarbonater, eller i sidste ende skyllet i havet, det varmer ikke længere klimaet.

Urey-reaktionen kører med en højere hastighed, når silikatrige bjerge som Himalaya udsætter frisk materiale for atmosfæren-f.eks. efter et jordskred - eller når klimaet bliver varmere og fugtigere. Nyere forskning viser, at mennesker kan fremskynde processen betydeligt for at hjælpe med at bekæmpe moderne global opvarmning.

Accelereret forvitring

Den største grænse for forvitring er mængden af ​​silikatmineraler, der udsættes på et givet tidspunkt. Slibning af vulkansk silikatsten til et fint pulver øger overfladearealet, der er tilgængeligt for reaktioner. Yderligere, tilføjer dette stenstøv til jorden udsættes det for plantens rødder og jordmikrober. Både rødder og mikrober producerer kuldioxid, da de nedbryder organisk materiale i jorden. På tur, dette øger koncentrationen af ​​kulsyre, der fremskynder forvitring.

En nylig undersøgelse foretaget af britiske og amerikanske forskere tyder på, at tilsætning af fint knust silikatsten, såsom basalt, til al dyrket jord i Kina, Indien, USA og Brasilien kunne udløse forvitring, der ville fjerne mere end 2 milliarder tons kuldioxid fra atmosfæren hvert år. Til sammenligning, USA udledte omkring 5,3 milliarder tons kuldioxid i 2018.

Landbrug med sten

Et overbevisende aspekt ved forbedret forvitring er, at i kontrollerede miljøundersøgelser, der involverer basaltændringer af jord, kornudbyttet forbedres med cirka 20%.

Som basalt vejr, det øger vitale plantens næringsstoffer, der kan øge produktionen og øge afgrødeudbyttet. Minerale næringsstoffer såsom calcium, kalium og magnesium skaber sundere jordbund. Landmænd har ændret jord med stenmineraler i århundreder, så konceptet er ikke noget nyt.

På Working Lands Innovation Center, we are conducting perhaps the largest enhanced weathering demonstration experiment on real farms in the world. We are partnering with farmers, ranchers, government, the mining industry and Native American tribes in California on some 50 acres of cropland soil amendment trials. We are testing the effects of rock dust and compost amendments on greenhouse gas emissions from the soil, carbon capture, crop yields, and plant and microbial health.

Our initial results suggest that adding basalt and wollastonite, a calcium silicate mineral, increased corn yields by 12% in the first year. Working with California's greenhouse gas emissions trading program and our state's diverse agricultural interests, we hope to establish a pathway that would offer monetary incentives to farmers and ranchers who allow enhanced rock weathering on their lands. We aim to create a protocol for farmers and ranchers to make money from the carbon they farm into the soil and help businesses and industry achieve their carbon neutrality goals.

Why negative emissions matter

Under the 2015 Paris climate agreement, nations have pledged to limit global warming to less then 2 degrees Celsius above preindustrial levels. This will require massive cuts in greenhouse gas emissions.

Pulling carbon dioxide from the air—also known as negative emissions—is also necessary to avoid the worst climate change outcomes, because atmospheric carbon dioxide has an average lifespan of more than 100 years. Every molecule of carbon dioxide that is released to the atmosphere through fossil fuel combustion or land clearing will remain there for many decades trapping heat and warming Earth's surface.

Nations need a portfolio of solutions to create negative emissions. Enhanced weathering is poised for rapid scale-up, taking advantage of farm equipment that's already in place, global mining operations and supply chains that currently deliver fertilizers and seeds worldwide. By addressing soil erosion and food security along with climate change, I believe rock weathering can help humans escape the hard place we find ourselves in today.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.