“地球呼吸”:山体侵蚀是气候难题中的缺失部分 地平线:《欧盟研究与创新》杂志

地表下不断变化的构造板块形成了火山,火山喷发着大量的气体和熔融的岩石。 但是,当板块随时间缓慢移动时,它们也会升起山峰,并带来被埋在地下数千年的碳排放物质。

随着人类向大气中注入前所未有的二氧化碳,研究人员正在努力了解自然碳循环的工作方式,以及不仅受大气中碳增加的影响,而且还将受到全球气温升高和天气模式变化的影响气候变化。

数百万年来,碳一直埋藏在山石中。 其中一些曾经是在海底微小生物的外壳中,或者是埋在土壤重压下的枯树上,随着时间的推移,这些土壤会凝结成岩石。 但是随着地球的构造板块移动了数千年,曾经躺在海洋底部的岩石板被弄皱,弯曲或被抬升到高山的高处。

英国达勒姆大学的地质学家罗伯特·希尔顿教授解释说:“当这些岩石暴露在地表附近时,空气和水中的氧气会与这些岩石中的有机物发生反应,并释放出二氧化碳形式的碳。” 。 “这就像地球的呼吸,有机物的这种消耗和缓慢的释放。”

我们所知道的生命取决于碳,它在陆地,海洋和大气之间的运动被称为 “碳循环”

希尔顿教授主持了一个名为 二氧化碳 目的是量化山石中有机碳对这种自然碳循环的贡献。

在以前的模型中,人们认为山脉会从大气中捕获碳。 碳酸和水侵蚀矿物和岩石,碳最终通过河流流向海洋。 但是通过侵蚀释放的有机碳可能会减少我们假设从大气中去除的碳量。 这些贡献以及了解它们随着地球变得越来越热将如何发生变化,对于了解从现在起一个世纪后我们将生活的世界至关重要。

“这就像地球的呼吸,有机物的这种消耗和缓慢的释放。”

罗伯特·希尔顿教授,英国达勒姆大学

周期

据我们称,我们对碳循环的理解存在很多空白,主要是关于陆地上发生的过程而不是海洋上发生的过程。 苏珊·特朗伯教授德国马克斯·普朗克生物地球化学研究所所长。 “随着气候变化,二氧化碳数量(可用)的变化,生态系统本身的变化(通过改变动物群,新疾病和新物种),预测未来的能力更差。 她说,我们从根本上不了解这些过程。

在他的博士学位期间,希尔顿教授认识到山区侵蚀的作用是这些差距之一。 他说,令我感到惊讶的是,其中某些方面的理解如此之差。

尽管与人相关的碳排放及其影响是气候研究的主要重点,但它们却占了大约 9,400 兆吨,几乎是山区风化或火山爆发的100倍-较小的贡献也是难题的重要组成部分,并且会持续较长的时间。 几个世纪以来一直感受到它们的影响,并且对我们的气候至关重要。 另一方面,人为的碳排放发生在很短的时间内,导致自然系统发生前所未有的变化。

希尔顿教授说:“我们需要了解过去的山区气候如何运作。” 他说,这一点很重要,因为碳循环与地球的气候紧密相连,从而为动植物的进化奠定了基础。

随着山脉和水土流失,“物质一直沿斜坡向下移动,使新的岩石与大气和水接触,从而使陆地表面一直处于更新状态。”

比利时UC Louvain的地质学家Sophie Opfergelt教授对岩石的化学风化进行了研究,他像一座大型反应堆一样描述了山脉和风化。

山区是将材料带入反应堆的方法。 她说:“当山脉隆起或发生侵蚀时,就会使更多的矿物质和地表暴露于风化中。” “它还涵盖了其中的一些材料,并阻止了材料进入反应堆。”

助焊剂

希尔顿教授和他的同事们通过ROC-CO2开发了测量山地碳排放或通量速率的技术。

一种技术,他们 在最近的一篇论文中描述通过在岩石上钻一个40厘米深的孔,并在其上建立一个气密室来测量释放的碳量,从而直接测量高山的碳排放量。

希尔顿教授说:“我们周围的大气中都有碳,而您不想测量它。” “当我们呼吸时,我们会呼吸大量碳,我们非常确定我们不想测量这一点。 当植物呼吸时,它们会释放二氧化碳,我们对此也不感兴趣。

希尔顿教授及其同事通过用密闭室覆盖岩石并将其收集的用于分析的气体反复排空来避免污染。 后来,在实验室中,他们必须证明气体不是来自其他来源。

所有现代碳都包含14碳,这是一种不稳定的碳形式,会随着时间分解。 岩石中的古代碳不再包含任何这种放射性碳,因为它已经分解了。 希尔顿教授说:“这很关键,因为否则人们会说您正在测量一种植物及其根部(岩石内部)的碳。”

另一种方法是寻找这些风化反应的残余物,并使用它们来估算通量。 “这里的想法是,当您分解这些岩石时,您会释放可能可以追踪的其他东西。 因此,例如,我们可以测量河流或河流中的水,并对上游发生的(化学)反应说些话。”希尔顿教授说。

2017年的论文,包括希尔顿教授在内的作者在一年的时间内测量了秘鲁科斯尼帕塔河悬浮沉积物中有机碳颗粒的量。 他们发现,估计的安第斯山脉侵蚀与实际流向下游河流的侵蚀之间存在很大差异。 这就引起了人们对亚马逊河流域实际碳收支的质疑,亚马逊流域被认为是地球上主要的碳汇之一。

调查中

希尔顿教授目前正在研究从加拿大到法国,从瑞士到新西兰等世界各地的碳通量。

希尔顿教授说:“我们认识到我们无法测量到处的通量。” 比例尺“太笨拙”,但具有多种位置,意味着它们可以尝试表征不同环境的通量。

“这样做的原因之一是量化整体通量,但更重要的是要说这种通量为什么会发生变化,如何控制它,以及它如何对诸如温度变化之类的东西做出反应。”

希尔顿教授最终希望描述几个世纪甚至几千年以来通量的变化。 “我们的愿望是能够告诉人们更多有关这一过程为什么会随着时间变化的信息-在遥远的地质历史甚至是下个世纪(预测将会发生的事情)。”

研究人员 包括希尔顿教授已经显示 气候以及雨水和径流的增加或减少影响侵蚀发生的速度。 现在的目的是了解侵蚀加剧是否会释放出数千年来一直被锁在岩石中的碳,从而进一步加速气候变化。

希尔顿教授也希望回答这个问题。

“这个过程(通量)如何变化以影响自然碳循环?” 他问。 “(这)影响了大气中二氧化碳排放的寿命。”

本文中的研究由欧洲研究理事会资助。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。


Source: Horizon, the EU Research and Innovation magazine

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