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meili 发表于 2022-10-21 15:29:19

研究发现地球的岩石可吸收大量碳，气候改变迎来潜在解决方案

通古拉瓦火山在黄昏时分喷发。地球将内部的碳释放到地表的方式之一是通过火山喷发。摄影：MIKE THEISS，NAT GEO IMAGE COLLECTION成年后我一直随身携带着大约12公斤的碳。其实，你也一直在搬运着碳：你身体的近18%由碳原子组成。所有这些碳原子都来自我们曾经吃的食物，在那之前，碳存在于空气、海洋、岩石和其他形式的生命中。碳是一种由爆炸的恒星产生的元素，对所有生命形式都是必不可少的，因此，你可能会对地球上90%以上的碳都在地下的事实感到吃惊。更值得注意的是，研究者发现，以微生物和细菌形式存在的生命，在我们脚下数公里处繁衍生息，其含碳总量是地球上77亿人碳含量的400倍。地球上最大的生态系统之一位于地球深处，这只是为期10年的深碳观测计划（DCO）的众多发现之一。DCO召集了来自55个国家的2023名研究人员，致力于探索地球的内部运作机制。当地时间10月24日至26日，来自世界各地的数百名科学家齐聚华盛顿参加DCO会议，共同分享和庆祝研究成果。“我们现在知道，地球的生物圈和岩石圈是一个完整而复杂的系统，碳是其中的关键，”卡内基科学研究所的DCO执行理事Robert Hazen说。“这是对地球的一种全新思考方式，” Hazen在一次采访中表示。在过去的十年里，DCO启动了268个项目，发表了2023项同行评审的研究。以下是几十个关于地球深处的惊人新发现的重要部分，其中包括地球深处在孕育生命方面的作用。吸收碳，释放碳经过亿万年的俯冲运动过程，海洋板块下沉到大陆板块之下，动植物排放的碳随之进入地球深处。研究者在地表以下410到660公里处形成的钻石中发现了这种曾经存在的碳。只要有足够的时间，这些以钻石、岩石或火山释放的二氧化碳形式存在的碳就会重返地表，再次接受太阳的照射。换句话说，就像我们一样，地球也在不断地吸收和释放碳，通常以二氧化碳的形式。这个曾经稳定的碳循环已经因我们加速向地表输送碳而遭破坏，主要原因是人类不断挖掘和燃烧大量的碳氢化合物（石油、天然气和煤炭）。与此同时，砍伐森林、修建城市和道路，以及以其他方式改变地球表面，都削弱了地球吸收碳的能力。Hazen说，对碳循环的破坏就是我们所谓的气候危机。triazolite 是DCO的碳矿物挑战项目发现的31种新的含碳矿物之一，该矿物发现于智利。triazolite被认为部分来源于鸬鹚的鸟粪。供图：JOY DESOR，MINERALANALYTIK ANALYTICAL SERVICES“气候变化对人类的生存构成了威胁，不是在遥远的未来，而是在未来一两代人的时间里，”他说。在未来的20到40年里，来自化石燃料的二氧化碳排放必须被消除，大气中已经存在的大量二氧化碳必须被清除，以防止全球变暖达到非常危险的水平。然而，DCO揭示的关于深层碳循环的新发现给了Hazen希望。他说，有些天然的碳封存方法“非常有效”。观测岩石形成其中一种固碳方法涉及很久以前从地球的上地幔中突起的一大片岩石，位于如今的阿曼。这些岩石被称为塞马伊勒蛇绿岩，其风化作用和内部的微生物可吸收空气中的二氧化碳，并将其转化为碳酸盐矿物。Hazan说，这个过程非常高效，“你甚至可以亲眼看到大气中的二氧化碳被吸收，然后以岩石的形式堆积在你眼前。”科学家开展了将富含碳的流体注入到蛇绿岩岩层的实验，结果发现碳酸盐矿物形成非常迅速。这可能会有助于清除大气中的数十亿吨二氧化碳，不过这将是一个巨大的项目，对依赖石油收入的阿曼来说，情况将会大不相同，Hazan说。科学家在北美、非洲和其他地方也发现过蛇绿岩。另一种自然的碳封存方法涉及来自玄武岩岩层的岩石，就像科学家在夏威夷发现的那样，当这类岩石被压碎时，可从空气中吸收二氧化碳。在冰岛，DCO的另一个自然碳封存项目CarbFix曾将含碳液体注入玄武岩，观测玄武岩向固体的转变情况。关于地球吸收碳的能力的新发现“给了我巨大的信心，” Hazen说。洞察外星生命DCO还增强了人们对其他星球上存在生命可能性的乐观态度。纯钻石完全由碳元素构成，但大多数钻石都含有少量杂质。这类钻石可能只能做成廉价的珠宝，但在研究却中是无价之宝。这些被称为内含物的杂质表明“非生命的”甲烷是地球深处生命的能量来源。当水与无处不在的矿物橄榄石在高压下相遇时，橄榄石会转变成另一种矿物蛇纹石，同时产生非生物的甲烷。如果微生物能在如此的极端高温和高压下利用岩石中的化学能量生存，那么其他星球上的微生物也可能如此。这一发现也支持了生命最初起源、进化于地球深处的观点，而不是像科学家普遍认为的最初的地点是海洋。阿尔弗雷德·P·斯隆基金会的科学顾问、洛克菲勒大学的Jesse Ausubel称，“深碳观测计划为上述假说提供了重要证据。”钻石也为DCO的研究人员提供了地球深处的水比地球上所有海洋含水量都要多的证据，只是大部分都以离子的形式封存于矿物晶体中，而不是以液态水的形式存在。研究者认为，和碳一样，大陆和海洋板块在俯冲过程中也把水带到了地球深处。地球的警报DCO对火山释放的气体进行了监测，结果首次探测到哥斯达黎加的一座火山在喷发之前二氧化碳与二氧化硫排放量的比率发生变化，从而提供了一个潜在的早期预警系统。圣安德鲁斯大学的Sami Mikhail表示：“火山释放的气体比例可能在火山喷发前发生变化只是一种理论，但DCO使我们有机会去寻找答案。这就像一个门铃，告诉我们是不是有人在敲门。”几座位于人口稠密地区的火山目前都处于监测之中，其中包括厄瓜多尔的通古拉瓦火山、意大利的埃特纳火山和蒙特色拉特岛的苏弗里埃尔山。这些和其他火山监测站也提供了确凿的证据，表明与燃烧化石燃料相比，火山排放的二氧化碳只占很小的一部分。一些否认气候变化的人一直将大气中二氧化碳浓度的上升归咎于火山。DCO的未来虽然DCO的任务已经结束，但在NASA、美国国家科学基金会、德国研究基金会、加拿大高级研究所和其他机构的资助下，深碳观测计划的科学家将继续开展现有的和新的研究。巴黎地球物理研究所将作为深碳观测计划的新总部。

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