効果的な気候変動ソリューションは、私たちの足の下の岩に横たわる可能性があります

効果的な気候変動ソリューションは、私たちの足の下の岩に横たわる可能性があります
アイダホのこれらの玄武岩層のような岩石の風化は、空気から二酸化炭素を除去する化学プロセスを引き起こします。
マシュー・ディロン/ Flickr, CC BY

Why has Earth's climate remained so stable over geological time?なぜ地球の気候は地質時代にわたってそれほど安定しているのですか? The answer just might rock you.答えはあなたを揺さぶるかもしれません。

岩石、特に火山活動によって生成されたタイプは、地球の長期的な気候を安定させ、陸、海、大気の間で二酸化炭素を循環させる上で重要な役割を果たします。

科学者は 数十年 that rock weathering – the chemical breakdown of minerals in mountains and soils – removes carbon dioxide from the atmosphere and transforms it into stable minerals on the planet's surface and in ocean sediments.その岩の風化-山や土壌の鉱物の化学的分解-は大気から二酸化炭素を取り除き、それを惑星の表面や海底堆積物の中で安定した鉱物に変えます。 But because this process operates over millions of years, it is too weak to offset modern global warming from human activities.しかし、このプロセスは何百万年にもわたって機能しているため、現代の地球温暖化を人間の活動から相殺するには弱すぎます。

ドイツのドレスデンにあるこの砂岩像のような建物やモニュメントへの酸性雨による被害は、化学的風化の一形態です。ドイツのドレスデンにあるこの砂岩像のような建物やモニュメントへの酸性雨による被害は、化学的風化の一形態です。 スリック/ウィキペディア

しかし、今では、気候変動ソリューションのためのカリフォルニア共同研究(C4)を含む新しい科学 ワーキングランドイノベーションセンター –岩石の風化速度を加速することが可能であることを示しています。 Enhanced rock weathering could both slow global warming and improve soil health, making it possible to grow crops more efficiently and bolster food security.強化された岩石の風化は、地球温暖化を遅らせ、土壌の健康を改善し、作物をより効率的に栽培し、食料安全保障を強化することを可能にします。

ロックケミストリー

多くのプロセス 天気の岩 on Earth's surface, influenced by chemistry, biology, climate and plate tectonics.化学、生物学、気候、プレートテクトニクスの影響を受けた地球の表面。 The dominant form of chemical weathering occurs when carbon dioxide combines with water in the soil and the ocean to make carbonic acid.化学的風化の主な形態は、二酸化炭素が土壌や海洋の水と結合して炭酸を生成するときに発生します。

地球の地殻の約95%と マントル –惑星の地殻とその核の間の厚い層–はでできています ケイ酸塩鉱物、シリコンと酸素の化合物です。 Silicates are the main ingredient in most igneous rocks, which form when volcanic material cools and hardens.ケイ酸塩は、ほとんどの火成岩の主成分であり、火山性物質が冷えて固まると形成されます。 Such rocks make up about 15% of Earth'sそのような岩は地球の約XNUMX%を占めています 地表.

炭酸が特定のケイ酸塩鉱物と接触すると、それはとして知られている化学プロセスを引き起こします ウレイ反応。 This reaction pulls gaseous carbon dioxide from the atmosphere and combines it with water and calcium or magnesium silicates, producing two bicarbonate ions.この反応は、大気からガス状の二酸化炭素を引き出し、それを水とケイ酸カルシウムまたはマグネシウムと組み合わせて、XNUMXつの重炭酸イオンを生成します。 Once the carbon dioxide is trapped in these soil carbonates, or ultimately washed into the ocean, it no longer warms the climate.二酸化炭素がこれらの土壌炭酸塩に閉じ込められるか、最終的に海に洗い流されると、それはもはや気候を暖めません。

効果的な気候変動の解決策は、私たちの足元の岩にあるかもしれませんWhen carbonic acid dissolves calcium and magnesium silicate minerals, they break down into dissolved compounds, some of which contain carbon.炭酸がケイ酸カルシウムとケイ酸マグネシウムの鉱物を溶解すると、それらは溶解した化合物に分解され、その一部には炭素が含まれています。 These materials can flow to the ocean, where marine organisms use them to build shells.これらの物質は海に流れ、そこで海洋生物はそれらを使って殻を作ります。 Later the shells are buried in ocean sediments.その後、貝殻は海底堆積物に埋もれます。 Volcanic activity releases some carbon back to the atmosphere, but much of it stays buried in rock for millions of years.火山活動は、いくらかの炭素を大気に放出しますが、その多くは何百万年もの間岩に埋もれたままです。 グレタシャム/ウィキペディア, のCC BY-SA

The Urey reaction runs at a higher rate when silicate-rich mountains such as the Himalayas expose fresh material to the atmosphere – for example, after a landslide – or when the climate becomes hotter and moister.ヒマラヤなどのケイ酸塩が豊富な山々が、たとえば地滑りの後など、新鮮な物質を大気にさらすとき、または気候がより高温で湿ったときに、Urey反応はより高い速度で実行されます。 Recent research demonstrates that humans can speed up the process substantially to help fight modern global warming.最近の研究は、人間が現代の地球温暖化と戦うのを助けるためにプロセスを大幅にスピードアップできることを示しています。

加速風化

The biggest limit on weathering is the amount of silicate minerals exposed at any given time.風化の最大の制限は、任意の時点で暴露されるケイ酸塩鉱物の量です。 Grinding up volcanic silicate rocks into a fine powder increases the surface area available for reactions.火山性ケイ酸塩岩を微粉末に粉砕すると、反応に利用できる表面積が増加します。 Further, adding this rock dust to the soil exposes it to plant roots and soil microbes.さらに、この岩粉を土壌に加えると、植物の根や土壌微生物にさらされます。 Both roots and microbes produce carbon dioxide as they decompose organic matter in the soil.根と微生物はどちらも、土壌中の有機物を分解するときに二酸化炭素を生成します。 In turn, this increases carbonic acid concentrations that accelerate weathering.次に、これは、風化を加速する炭酸濃度を増加させます。

英国と米国の科学者による最近の研究によると、玄武岩などの細かく砕いたケイ酸塩岩を中国、インド、米国、ブラジルのすべての耕作地の土壌に加えると、風化が引き起こされて除去される可能性があることが示唆されています 2億トン以上の二酸化炭素 from the atmosphere each year.毎年大気から。 For comparison, the US emitted比較のために、米国は 約5.3億トン 2018年の二酸化炭素の。

岩を使った農業

強化された耐候性の魅力的な側面のXNUMXつは、土壌の玄武岩の改良を含む制御された環境の研究では、穀物の収量が おおよそ20%.

As basalt weathers, it increases vital plant nutrients that can boost production and increase crops yields.玄武岩が風化するにつれて、それは生産を高め、作物の収穫量を増やすことができる重要な植物栄養素を増やします。 Mineral nutrients such as calcium, potassium and magnesium create healthier soils.カルシウム、カリウム、マグネシウムなどのミネラル栄養素は、より健康的な土壌を作り出します。 Farmers have been農民はされています 何世紀にもわたって岩石鉱物で土壌を修正する、したがって、概念は新しいものではありません。

土壌の質を改善するためにイギリスのデボンの畑に石灰を散布する。土壌の質を改善するためにイギリスのデボンの畑に石灰を散布する。 マークロビンソン/ウィキペディア, CC BY

ワーキングランドイノベーションセンター、私たちはおそらく世界最大の強化された耐候性実証実験を実際の農場で実施しています。 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.私たちは、カリフォルニアの農民、牧場主、政府、鉱業、およびネイティブアメリカンの部族と約XNUMXエーカーの耕作地土壌改良試験で提携しています。 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.私たちは、土壌からの温室効果ガス排出量、炭素回収、収穫量、植物と微生物の健康に対する岩粉と堆肥の改良の影響をテストしています。

私たちの最初の結果は、玄武岩と ウォラストナイト、ケイ酸カルシウム鉱物は、最初の年にトウモロコシの収量を12%増加させました。 Working with一緒に働く カリフォルニアの温室効果ガス排出権取引プログラム 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.そして私たちの州の多様な農業利益のために、私たちは彼らの土地で強化された岩の風化を可能にする農民と牧場主に金銭的インセンティブを提供する経路を確立したいと思っています。 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.私たちは、農家や牧場主が自分たちが耕作した炭素から土壌にお金を稼ぎ、企業や産業がカーボンニュートラルの目標を達成できるようにするためのプロトコルを作成することを目指しています。

負の排出が重要な理由

2015パリ気候協定、各国は、地球温暖化を産業革命前のレベルよりも摂氏2度未満に制限することを約束しています。 This will require massive cuts in greenhouse gas emissions.これには、温室効果ガス排出量の大幅な削減が必要になります。

大気中の二酸化炭素には二酸化炭素が含まれているため、気候変動の最悪の結果を回避するために、大気から二酸化炭素を排出することも必要です。 100年以上の平均寿命。 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.化石燃料の燃焼や土地の開墾によって大気中に放出される二酸化炭素のすべての分子は、熱を閉じ込めて地球の表面を暖めるために何十年もそこにとどまります。

強化された耐候性のさらに高速なバージョンでは、科学者は超臨界二酸化炭素を地下の玄武岩層に送り込み、そこで鉱物と反応して新しい固体岩を形成します。

各国は、作成するソリューションのポートフォリオを必要としています 負の排出量。 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.強化された耐候性は、すでに設置されている農機具、世界的な採掘事業、および現在世界中に肥料と種子を供給しているサプライチェーンを活用して、迅速なスケールアップの準備ができています。 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.気候変動とともに土壌侵食と食料安全保障に取り組むことにより、岩石の風化は、人間が今日私たちが直面している困難な場所から逃れるのに役立つと信じています。会話

著者について

ベンジャミン・Z・ホールトン、地球環境学教授、首相フェロー、ジョン・ミュア環境研究所所長、 カリフォルニア大学デ​​ービス校

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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