稳定的碳捕获：改造农田可被用来应对全球变暖

稳定的碳捕获：改造农田可被用来应对全球变暖在耕地中添加碎火山岩可以在清除空气中的碳方面发挥关键作用。在一项实地研究中，加州大学戴维斯分校和康奈尔大学的科学家发现，即使在加州极端干旱期间，该技术也能在土壤中储存碳。这项研究发表在《环境研究通讯》（EnvironmentalResearchCommunications）杂志上。雨水落下时会捕捉空气中的二氧化碳，并与火山岩发生反应，从而锁住碳。这个过程被称为岩石风化，通常需要数百万年的时间，速度太慢，无法抵消全球变暖的影响。但如果将岩石粉碎成细小的粉尘，岩石风化的速度就会加快。先前的研究估计，如果将这种"增强型"岩石风化遍布全球耕地，在未来75年内可以储存2150亿吨二氧化碳。但直到现在，这项技术还没有在气候干燥的地区进行过实地测试。加州大学戴维斯分校的研究人员发现，在农田中添加碎火山岩可以清除空气中的二氧化碳。这种"增强型"岩石风化即使在干燥的气候条件下也能发挥作用。图片来源：AmyQuinton/加州大学戴维斯分校"这些反应需要水，"第一作者、加州大学戴维斯分校土地、空气和水资源系土壤和生物地球化学专业博士候选人IrisHolzer说。"由于我们对增强风化的全球碳储存潜力很感兴趣，我们需要了解它是否能在这些较干燥的气候条件下发挥作用，以及不同的测量方法是否有效。我们很高兴能在这种环境中观察到碳清除现象"。加利福尼亚的旱地：碳储存的新领域研究人员在萨克拉门托山谷一块5英亩的休耕玉米地上使用了碎石，包括偏玄武岩和橄榄石。他们在2020-2021年冬季收集了测量数据。当时，加利福尼亚州正经历极端干旱，降雨量仅为历史平均水平的41%。研究发现，与未使用碎石的地块相比，使用碎石的地块在研究期间每公顷（2.47英亩）储存了0.15吨二氧化碳。虽然研究人员预计不同环境下的风化速度不同，但如果加州所有耕地都能清除这一数量的碳，则相当于每年减少35万辆汽车上路。一台播撒机在中央山谷的一块休耕玉米地里卸下粉碎的玄武岩。图片来源：AmyQuinton/加州大学戴维斯分校影响和未来方向霍尔泽说："我们确实看到了风化过程在短时间内发生的证据。"即使是西部不常下的大雨，可能也足以推动岩石风化的增强，并带走二氧化碳。下一个挑战是在更大范围内测量和验证碳储存，并对其进行长期跟踪。"地球41%的陆地表面被旱地覆盖，而由于气候变化，旱地面积正在不断扩大。研究人员说，这使得研究旱地岩石风化增强变得越来越重要。康奈尔大学农业与生命科学学院罗纳德-P-林奇院长、资深作者本杰明-Z-侯尔顿（BenjaminZ.Houlton）说："就弯曲全球碳曲线而言，我们正在与时间赛跑。我们的研究展示了一种通过增强风化作用来验证二氧化碳去除效果的新方法，这对于在全球耕地中推广这项技术来说是一次关键的飞跃"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392817.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392817.htm

古代岩石释放的二氧化碳被发现与世界上所有火山释放的一样多

古代岩石释放的二氧化碳被发现与世界上所有火山释放的一样多加拿大麦肯齐河两岸的沉积岩，这是一个主要的河流流域，岩石风化是二氧化碳的来源。图片来源：罗伯特-希尔顿这些结果对气候变化情景建模具有重要意义，但目前气候建模还没有捕捉到岩石风化释放的二氧化碳。未来的工作重点将是人类活动是否会增加岩石风化释放的二氧化碳，以及如何控制这种情况。认识碳循环的范式转变牛津大学领导的一项新研究推翻了自然岩石风化作为二氧化碳汇的观点，表明自然岩石风化也可作为一个巨大的二氧化碳源，其作用可与火山相媲美。该研究成果于10月4日发表在《自然》（Nature）杂志上，对模拟气候变化情景具有重要意义。加拿大偏远的麦肯齐山脉高处的页岩含有大量岩石有机碳，是二氧化碳释放的热点地区。资料来源：罗伯特-希尔顿岩石与碳循环岩石中蕴藏着大量的碳，它们是数百万年前动植物的古老遗骸。这意味着"地质碳循环"就像一个恒温器，帮助调节地球的温度。例如，在化学风化过程中，当某些矿物质被雨水中的弱酸侵蚀时，岩石就会吸入二氧化碳。这一过程有助于抵消世界各地火山不断释放的二氧化碳，并构成地球自然碳循环的一部分，使地球表面在十亿年或更长的时间里一直适合生命居住。发现新的二氧化碳释放机制然而，这项新研究首次测量了岩石向大气释放二氧化碳的另一个自然过程，发现它与世界各地火山释放的二氧化碳一样重要。目前，大多数自然碳循环模型都没有包括这一过程。秘鲁安第斯山脉高地的山体滑坡使充满有机物的岩石风化，从而释放出二氧化碳。资料来源：罗伯特-希尔顿当形成于古代海床上的岩石（植物和动物被埋在沉积物中）被推回到地球表面时，例如，当喜马拉雅山脉或安第斯山脉等山脉形成时，就会发生这一过程。这使得岩石中的有机碳接触到空气和水中的氧气，从而发生反应并释放出二氧化碳。这意味着风化岩石可能是二氧化碳的来源，而不是通常认为的吸收汇。方法和研究结果迄今为止，测量岩石中风化有机碳释放的二氧化碳还很困难。在这项新研究中，研究人员使用了一种示踪元素（铼），当岩石中的有机碳与氧气发生反应时，这种元素就会释放到水中。通过对河水取样测量铼的含量，可以量化二氧化碳的释放量。然而，对全球所有河水进行取样以获得全球估计值将是一项重大挑战。为了扩大地球表面的范围，研究人员做了两件事。首先，他们计算出了地表附近岩石中的有机碳含量。其次，他们计算出了这些有机碳在哪些地方暴露得最快，即在陡峭的山区受到侵蚀的地方。法国南部的严重侵蚀使这些沉积岩暴露在风化过程中，古老的有机碳分解后释放出二氧化碳。资料来源：罗伯特-希尔顿牛津大学地球科学系领导这项研究的研究员杰西-赞德万博士（Dr.JesseZondervan）说："我们面临的挑战是如何将这些全球地图与河流数据结合起来，同时考虑到不确定性。我们将所有数据输入牛津大学的超级计算机，模拟物理、化学和水文过程的复杂相互作用。通过拼凑这幅巨大的行星拼图，我们最终可以估算出这些岩石风化并将其古老的碳排放到空气中时所释放的二氧化碳总量。然后，我们可以将这一数据与硅酸盐矿物的自然岩石风化所能吸收的二氧化碳量进行比较。研究结果发现，在许多大面积区域，风化是二氧化碳的来源，这对目前关于风化如何影响碳循环的观点提出了挑战。二氧化碳释放的热点集中在隆起率高、沉积岩裸露的山脉，如喜马拉雅山脉东部、落基山脉和安第斯山脉。研究发现，岩石有机碳风化产生的全球二氧化碳释放量为每年68兆吨碳。"罗伯特-希尔顿教授（牛津大学地球科学系）是ROC-CO2研究项目的负责人，该项目资助了这项研究："这比现今人类燃烧化石燃料所排放的二氧化碳少约100倍，但却与世界各地火山所释放的二氧化碳量相近，这意味着它是地球自然碳循环中的一个关键角色。"影响和未来方向在地球的过去，这些通量可能发生了变化。例如，在造山运动时期，许多含有有机物的岩石被抬升，二氧化碳的释放量可能会更高，从而影响过去的全球气候。目前和未来的工作正在研究人类活动导致的侵蚀变化，以及人为气候变化导致的岩石升温，会如何增加这种自然碳泄漏。研究小组现在提出的一个问题是，这种二氧化碳的自然释放在未来一个世纪是否会增加。希尔顿说："目前我们还不知道--我们的方法使我们能够提供一个可靠的全球估计值，但还不能评估它将如何变化。""虽然岩石风化释放的二氧化碳与当今人类的排放量相比微不足道，但加深对这些自然通量的了解将有助于我们更好地预测碳预算"，Zondervan博士总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388189.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388189.htm

研究人员推翻了30年前的气候范式 气候改变大气的能力比以前认为的要大

研究人员推翻了30年前的气候范式气候改变大气的能力比以前认为的要大至少直到今天。现在，来自哥本哈根大学的研究人员使用一种新的方法了解到，在3.85亿年前变成树木之前，在地球上居住的小型维管束植物可能发挥了比以前假设更大的作用。"一种新方法使我们能够根据植物化石计算出过去大气中的二氧化碳水平。这使我们能够了解二氧化碳水平上升时的气候变化。哥本哈根大学全球研究所的TaisW.Dahl副教授说："除其他外，第一个结果表明，二氧化碳水平的微小变化对气候的影响比以前假设的要大。"这项研究可以帮助我们了解控制地球气候的过程，例如，树木对今天气候的影响。"我们最初将该方法应用于森林出现之前的时期--研究人员一致认为该时期的特点是大气中的二氧化碳含量高。过去认为，森林的出现减少了地球上大气中的二氧化碳量。但是，我们现在已经证明，这个数字更可能是600ppm左右，而不是研究人员假设的当时地球上的4000ppm，这与我们今天接近的水平相差不远，"泰斯-W-达尔说，并补充说。"二氧化碳水平没有发生那么大的变化，这可能意味着气候对大气中二氧化碳水平的变化比以前假设的更加敏感。地球的气候敏感性是一个备受争议的话题，因为它受到各种过程的影响，如云的形成、水蒸气和洋流，它们可能会加剧温度的变化"。通过研究活体植物和古代植物化石，研究人员现在能够计算出化石活着时大气中的二氧化碳量。这种新方法使我们有可能更准确地计算出以前气候的二氧化碳水平。我们需要关注"风化作用"泰斯-W-达尔和他的同事认为树木并不像以前认为的那样善于从大气中清除二氧化碳。在树木出现之前就存在的具有浅根的维管束植物在这方面做得更有效。"我们认为原始维管束植物的出现而不是森林的出现导致了二氧化碳水平的最大降低。"泰斯-W-达尔说："这是因为维管束植物的根系很浅，与树根不同，它们不能从地面保持营养，因此需要通过矿物质的风化作用从底土吸收更多的营养。"而风化作用在理解我们如何减少大气中的二氧化碳水平方面起着关键作用。"植物从大气中清除二氧化碳有两个原因。第一个可能是我们最容易想到的，即植物本身吸收二氧化碳并将其转化为糖类。但植物也通过化学风化作用溶解岩石颗粒，从它们生活的土壤或岩石中吸收营养。在这个过程中，植物需要二氧化碳来溶解矿物质。这实际上是植物和树木在较长时间内降低二氧化碳水平的主要原因，"泰斯-W-达尔解释说。这也是树木可能不像他和他同事的前辈们过去认为的那样重要的原因。因为树木不像小型植物那样容易风化。"与树木相比，植物需要从地面的矿物质中吸收更多的营养，这就导致了更多的风化作用。树木不会移动，它们有功能良好的根系，这有助于它们抓住营养，并形成一个更封闭的系统。因此，随着时间的推移，原始植物比树木做更多的风化作用，而树木和植物主要是通过风化作用帮助从大气中清除二氧化碳，"泰斯-W-达尔解释说。这是否意味着我们应该开始种植大量的维管束植物--而不是树木和森林--以遏制大气中的二氧化碳量？并非如此。"树木是好的，因为有其他原因；生物多样性是一个原因。然后我们需要记住，解决现今气候变化的方法不是简单的更多的风化作用。需要更多的东西来对抗气候变化"。这项研究增加了我们对控制大气中二氧化碳水平的知识，以及气候对大气中温室气体数量的变化有多敏感。然后，它可以帮助我们了解自然过程如何影响二氧化碳水平。"找到解决方案是关键。但是为了找到解决方案，我们需要尽可能多地了解有可能从大气中清除二氧化碳的过程，例如植树和增加风化作用，"泰斯-W-达尔说，并补充道。"为了了解这在全球范围内是如何运作的，以及后果是什么，看一看过去地球发生重大变化时，这些机制发生了什么，而这正是这项研究的目的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342165.htm

科学家通过在田间施用固碳用岩尘以提高作物产量并减少温室气体

科学家通过在田间施用固碳用岩尘以提高作物产量并减少温室气体在自然状态下，岩石在环境中分解时会自然吸收大气中的二氧化碳。岩石碎裂成的块数越多，可用于固碳的总表面积就越大，因此可吸收的二氧化碳量也就越大。然而，大多数岩石需要很长时间才能自行碎裂成小块。此外，为了让所有这些碎块都能吸收二氧化碳，它们必须分布在一个大范围内，全部暴露在大气中。这就是强化岩石风化的作用所在。该工艺是用机械将岩石粉碎成粉尘状，然后将其撒在农田里。农民不一定要花费额外的时间来做这些工作，因为这些粉尘可以与已经施用在农田里的肥料或其他添加剂一起撒播。在2020年的研究中确定，如果在全球范围内实施强化岩石风化，每年可从大气中吸收多达20亿吨（约22亿吨）二氧化碳。这比全球航空和海运每年排放的二氧化碳总和还要多得多。这些岩石可以从采矿作业等渠道获得，农民可以得到经济激励，在他们的田地里使用这些粉尘。如果仅靠金钱还不够，那么提高产量的承诺可能会有所帮助。迪米塔-埃皮霍夫博士在一块试验田里视察大豆IlsaKantola，加州大学洛杉矶分校这项新研究在伊利诺伊大学能源农场进行，为期四年，研究对象是轮流种植玉米和大豆的田块。这些田地中的一些地块未经处理，作为对照组，而其他地块则每年以每公顷50吨（45吨）的比例施用玄武岩粉尘。最终发现，经过处理的地块产量比对照地块高出12%至16%。这一结果主要是由于玄武岩提高了土壤的pH值，进而增强了植物吸收土壤中已有养分的能力。此外，玄武岩在土壤中分解时，自身也释放出磷、钾和钙等养分。此外，经过玄武岩处理的地块上的植物含有更多的微量和大量营养元素，从而提高了它们对人类和牲畜的营养价值。固碳效果也得到了证实--现在人们相信，施用碎石粉每年每公顷可以清除大气中大约三到四吨的二氧化碳。首席科学家、谢菲尔德大学戴维-比尔林（DavidBeerling）教授说："我们用来之不易的数据证明了增强风化法在现实世界中的碳清除潜力。这是了解这项技术在减缓气候变化的同时提高产量和改善土壤健康的巨大潜力方面迈出的一大步"。有关这项研究的论文最近发表在《美国国家科学院院刊》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425844.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425844.htm

古代地球气候自然机制启发下的奇思：压碎岩石能否阻止全球变暖？

古代地球气候自然机制启发下的奇思：压碎岩石能否阻止全球变暖？气温升高可能是由于火山活动加剧，大量二氧化碳随之释放到大气中造成的。气温升高持续了大约20万年。过去的全球变暖事件让人们了解到调节地球气候的自然机制，如岩石风化，它可以减少大气中的二氧化碳。如今，加强岩石风化有助于减缓气候变化，但其效果取决于当地的地质条件和粘土形成的可能性，因为粘土会抑制岩石风化过程。早在2021年，美因茨约翰内斯-古腾堡大学（JGU）的菲利普-波格-冯-斯特兰德曼（PhilipPoggevonStrandmann）教授就已经对PETM升温后最终导致全球变冷和气候恢复的影响进行了研究。简而言之：雨水与大气中的二氧化碳结合产生碳酸，导致岩石风化加剧从而释放出钙和镁。然后，河流将钙、镁和碳酸带入海洋，在海洋中，钙、镁和二氧化碳一起形成了不溶于水的石灰石。换句话说，这是一种有助于控制气候的反馈效应。斯特兰德曼说："高温加速了岩石的化学风化过程，降低了大气中的二氧化碳含量，使气候得以恢复。"在PETM发生1600万年后的中始新世气候最适宜期（MECO），气候再次变暖。虽然火山活动导致排放到大气中的二氧化碳量与PETM期间大致相同，但气候恢复稳定所需的时间要长得多。变暖效应持续了长达40万年之久，是PETM期间的两倍。为什么这一时期的恢复如此缓慢？这些图表说明了MECO期间气候、二氧化碳浓度和粘土形成的变化。资料来源：AlexanderKrause为了寻找答案，斯特兰德曼和包括第一作者AlexKrause在内的合著者开始分析4000万年前的海洋碳酸盐和粘土矿物，并将结果与5600万年前的类似例子进行比较。结果发现，正如在PETM期间一样，MECO期间的风化和侵蚀也在加剧。然而，4000万年前地球表面裸露的岩石要少得多。研究人员解释说："相反，地球被全球雨林广泛覆盖，雨林的土壤主要由粘土矿物组成。与岩石相比，粘土不会风化；事实上，它是风化的产物。"这位地球科学家指出："因此，尽管气温很高，但大面积的粘土却阻止了岩石的有效风化，这一过程被称为土壤屏蔽。"在当今世界，我们该如何利用这些知识呢？"我们研究古气候，以确定我们能否以及如何积极地影响当前的气候。其中一种方法可能是促进岩石的化学风化。为了帮助实现这一目标，我们可以在田地里耕种细碎的岩石。"斯特兰德曼说。岩石的细粒会迅速侵蚀，从而与大气中的二氧化碳结合，使气候得以恢复。像这样吸收二氧化碳的负排放技术（NET）是全球范围内正在深入研究的课题。但与此同时，如果风化过程中形成了粘土，那么这一过程的效果就会大打折扣。粘土保持住了钙和镁，否则这些物质就会流入海洋。二氧化碳会继续流入海洋，但不会被束缚在海洋中，而是可以逃回大气中。在这种情况下，风化作用对气候几乎没有影响。也就是说，如果岩石颗粒在风化过程中完全溶解，那么强化风化的概念将是100%有效的。但是，如果所有的风化物质都变成了粘土，这又会使效果完全失效。实际上，实际结果可能介于这两个极端之间：在PETM期间，岩石的侵蚀作用增强，因此气候恢复得更快，而在MECO期间，粘土的形成则占主导地位。破碎岩石的溶解程度以及其中有多少以粘土形式保存下来，取决于一系列当地因素，例如全球范围内原有的粘土和岩石含量。因此，为了确定强化风化过程是否是一种可行的方法，首先有必要了解每个潜在地点在风化过程中会形成多少粘土。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1394865.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1394865.htm

科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法

科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法俄勒冈州立大学的研究人员发现，一种被称为金属有机框架（MOF）的具有成本效益的纳米材料，即使在潮湿的条件下也能有效去除工业排放物中的二氧化碳。这种新型MOF由铝和一种普通配位体组成，有望解决碳捕集过程中的一些难题，包括高成本和在潮湿环境中的有效性降低。图片来源：KyriakosStylianou提供，OSU科学学院。二氧化碳是一种温室气体，由燃烧化石燃料产生，是气候变暖的主要原因之一。Stylianou指出，过滤空气中碳的设施开始在全球兴起--世界上最大的过滤设施将于2021年在冰岛投入使用--但它们还不足以对全球的排放问题产生重大影响。冰岛发电厂一年的二氧化碳排放量相当于大约800辆汽车的年排放量。不过，在工厂等进入大气层的地方减缓二氧化碳排放的技术相对来说已经发展得很成熟。其中一项技术涉及被称为金属有机框架（MOFs）的纳米材料，这种材料可以在烟气通过烟囱时通过吸附作用拦截二氧化碳分子。化学助理教授Stylianou说："二氧化碳的捕获对于实现净零排放目标至关重要。由于多孔性和结构的多样性，MOFs在碳捕集方面展现出了广阔的前景，但合成MOFs通常意味着要使用重金属盐和有毒溶剂等在经济和环境方面都很昂贵的试剂。"他说，此外，处理烟囱气体中的水份也使二氧化碳的去除变得非常复杂。许多已显示出碳捕集潜力的MOF在潮湿条件下失去了功效。烟道气可以进行干燥处理，但这会大大增加二氧化碳去除过程的成本，足以使其在工业应用中失去可行性。因此，我们试图利用MOF来解决目前用于碳捕集的材料的各种局限性：成本高、对二氧化碳的选择性差、在潮湿条件下稳定性低以及二氧化碳吸收能力低。MOFs是一种结晶多孔材料，由带正电荷的金属离子和被称为配体的有机"连接"分子组成。金属离子形成节点，与连接体的臂结合在一起，形成类似笼子的重复结构；该结构具有纳米级孔隙，可以吸附气体，类似于海绵。MOF可由多种成分设计而成，这些成分决定了MOF的特性。化学研究人员已经合成了近10万种MOF，并对另外50万种MOF的特性进行了预测。"在这项研究中，我们引入了一种由铝和一种容易获得的配体（苯-1,2,4,5-四羧酸）组成的MOF，"Stylianou说。"MOF在水中合成，只需几个小时。MOF具有与二氧化碳分子大小相当的孔隙，这意味着有一个密闭的空间可以囚禁二氧化碳。MOF在潮湿的条件下也能很好地工作，而且更喜欢二氧化碳而不是氮气，这一点非常重要，因为氮氧化物是烟道气的一种成分。如果没有这种选择性，MOF就有可能与错误的分子结合。"这种MOF是湿法燃烧后碳捕集应用的理想候选材料，它成本低廉，分离性能优异，可以再生和重复使用至少三次，且吸收能力相当。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377049.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377049.htm