Die Verwitterung von Gesteinen wie diesen Basaltformationen in Idaho löst chemische Prozesse aus, die Kohlendioxid aus der Luft entfernen. Matthew Dillon / Flickr, CC BY

Warum ist das Erdklima über die geologische Zeit so stabil geblieben? Die Antwort könnte dich rocken.

Gesteine, insbesondere solche, die durch vulkanische Aktivitäten entstehen, spielen eine entscheidende Rolle, um das langfristige Klima der Erde stabil zu halten und Kohlendioxid zwischen Land, Ozeanen und der Atmosphäre zu zirkulieren.

Wissenschaftler haben dafür bekannt Jahrzehnte Diese Gesteinsverwitterung - der chemische Abbau von Mineralien in Bergen und Böden - entfernt Kohlendioxid aus der Atmosphäre und wandelt es in stabile Mineralien auf der Oberfläche des Planeten und in Ozeansedimenten um. Da dieser Prozess jedoch über Millionen von Jahren abläuft, ist er zu schwach, um die moderne globale Erwärmung durch menschliche Aktivitäten auszugleichen.

Säureregenschäden an Gebäuden und Denkmälern wie dieser Sandsteinstatue in Dresden sind eine Form der chemischen Verwitterung. Slick / Wikipedia

Jetzt jedoch aufstrebende Wissenschaft - auch bei der California Collaborative for Climate Change Solutions (C4) Arbeitsland-Innovationszentrum - zeigt, dass es möglich ist, die Verwitterungsraten von Gesteinen zu beschleunigen. Eine verbesserte Verwitterung der Felsen könnte sowohl die globale Erwärmung verlangsamen als auch die Bodengesundheit verbessern und es ermöglichen, Pflanzen effizienter anzubauen und die Ernährungssicherheit zu verbessern.

Gesteinschemie

Viele Prozesse Wetterfelsen auf der Erdoberfläche, beeinflusst von Chemie, Biologie, Klima und Plattentektonik. Die vorherrschende Form der chemischen Verwitterung tritt auf, wenn sich Kohlendioxid mit Wasser im Boden und im Ozean zu Kohlensäure verbindet.

Etwa 95% der Erdkruste und Mantel - Die dicke Schicht zwischen der Kruste des Planeten und seinem Kern - besteht aus Silikatmineralien, die Verbindungen von Silizium und Sauerstoff sind. Silikate sind der Hauptbestandteil der meisten magmatischen Gesteine, die sich beim Abkühlen und Aushärten von vulkanischem Material bilden. Solche Gesteine ​​machen etwa 15% der Erdgesteine ​​aus Landoberfläche.

Wenn Kohlensäure mit bestimmten Silikatmineralien in Kontakt kommt, löst sie einen chemischen Prozess aus, der als Urey Reaktion. Diese Reaktion zieht gasförmiges Kohlendioxid aus der Atmosphäre und kombiniert es mit Wasser und Calcium- oder Magnesiumsilikaten, wobei zwei Bicarbonationen entstehen. Sobald das Kohlendioxid in diesen Bodenkarbonaten eingeschlossen oder schließlich in den Ozean gespült wird, erwärmt es das Klima nicht mehr.

Wenn Kohlensäure Calcium- und Magnesiumsilikatmineralien löst, zerfallen sie in gelöste Verbindungen, von denen einige Kohlenstoff enthalten. Diese Materialien können in den Ozean fließen, wo Meeresorganismen sie zum Bau von Muscheln verwenden. Später werden die Muscheln in Ozeansedimenten begraben. Durch vulkanische Aktivitäten wird etwas Kohlenstoff an die Atmosphäre zurückgegeben, aber ein Großteil davon bleibt Millionen von Jahren im Gestein verborgen. Gretashum / Wikipedia, CC BY-SA

Die Urey-Reaktion läuft schneller ab, wenn silikatreiche Berge wie der Himalaya frisches Material der Atmosphäre aussetzen - beispielsweise nach einem Erdrutsch - oder wenn das Klima heißer und feuchter wird. Jüngste Forschungsergebnisse zeigen, dass Menschen den Prozess erheblich beschleunigen können, um die moderne globale Erwärmung zu bekämpfen.

Beschleunigte Verwitterung

Die größte Verwitterungsgrenze ist die Menge an Silikatmineralien, die zu einem bestimmten Zeitpunkt freiliegt. Das Zerkleinern von vulkanischen Silikatgesteinen zu einem feinen Pulver vergrößert die für Reaktionen verfügbare Oberfläche. Wenn dieser Gesteinsstaub dem Boden hinzugefügt wird, ist er Pflanzenwurzeln und Bodenmikroben ausgesetzt. Sowohl Wurzeln als auch Mikroben produzieren Kohlendioxid, wenn sie organische Stoffe im Boden zersetzen. Dies erhöht wiederum die Kohlensäurekonzentrationen, die die Verwitterung beschleunigen.

Eine kürzlich von britischen und amerikanischen Wissenschaftlern durchgeführte Studie legt nahe, dass das Hinzufügen von fein zerkleinertem Silikatgestein wie Basalt zu allen Anbauflächen in China, Indien, den USA und Brasilien eine Verwitterung auslösen könnte, die sich entfernen würde mehr als 2 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre jedes Jahr. Zum Vergleich emittierten die USA etwa 5.3 Milliarden Tonnen von Kohlendioxid im Jahr 2018.

Landwirtschaft mit Steinen

Ein überzeugender Aspekt der verbesserten Verwitterung ist, dass in Studien mit kontrollierter Umgebung, in denen Basaltveränderungen des Bodens vorgenommen werden, die Getreideerträge durch verbessert werden grob 20%.

Wenn das Basaltwetter einsetzt, erhöht es die lebenswichtigen Pflanzennährstoffe, die die Produktion steigern und die Ernteerträge steigern können. Mineralische Nährstoffe wie Kalzium, Kalium und Magnesium sorgen für gesündere Böden. Landwirte waren Boden seit Jahrhunderten mit Gesteinsmineralien verändernDas Konzept ist also nichts Neues.

Verteilen von Kalk auf einem Feld in Devon, England, um die Bodenqualität zu verbessern. Mark Robinson / Wikipedia, CC BY

Bei der Arbeitsland-InnovationszentrumWir führen das vielleicht größte Demonstrationsexperiment zur Verbesserung der Verwitterung auf realen Farmen der Welt durch. Wir arbeiten mit Landwirten, Viehzüchtern, der Regierung, der Bergbauindustrie und Indianerstämmen in Kalifornien zusammen, um Versuche zur Änderung des Ackerlandbodens zu unternehmen. Wir testen die Auswirkungen von Gesteinsstaub- und Kompoständerungen auf die Treibhausgasemissionen aus dem Boden, die Kohlenstoffabscheidung, die Ernteerträge sowie die Gesundheit von Pflanzen und Mikroben.

Unsere ersten Ergebnisse legen nahe, dass Basalt und Wollastonit, ein Kalziumsilikatmineral, steigerte die Maiserträge im ersten Jahr um 12%. Arbeiten mit Kaliforniens Handelsprogramm für Treibhausgasemissionen Aufgrund der vielfältigen landwirtschaftlichen Interessen unseres Staates hoffen wir, einen Weg zu finden, der Landwirten und Viehzüchtern finanzielle Anreize bietet, die eine verbesserte Verwitterung der Felsen auf ihrem Land ermöglichen. Wir wollen ein Protokoll für Landwirte und Viehzüchter erstellen, um mit dem Kohlenstoff, den sie in den Boden bringen, Geld zu verdienen und Unternehmen und Industrie dabei zu helfen, ihre COXNUMX-Neutralitätsziele zu erreichen.

Warum negative Emissionen wichtig sind

Unter dem 2015 Pariser KlimaabkommenDie Nationen haben sich verpflichtet, die globale Erwärmung auf weniger als 2 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Dies erfordert massive Einsparungen bei den Treibhausgasemissionen.

Das Ziehen von Kohlendioxid aus der Luft - auch als negative Emissionen bezeichnet - ist ebenfalls erforderlich, um die schlimmsten Folgen des Klimawandels zu vermeiden, da atmosphärisches Kohlendioxid eine durchschnittliche Lebensdauer von mehr als 100 Jahren. Jedes Kohlendioxidmolekül, das durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder Rodung in die Atmosphäre freigesetzt wird, bleibt dort viele Jahrzehnte lang und fängt Wärme ein und erwärmt die Erdoberfläche.

{vembed Y=4IUQn9uL6W0} In einer noch schnelleren Version der verbesserten Verwitterung pumpen Wissenschaftler überkritisches Kohlendioxid unter der Erde in Basaltformationen, wo es mit Mineralien reagiert, um neues festes Gestein zu bilden.

Nationen brauchen ein Portfolio von Lösungen, um zu schaffen negativen Emissionen. Die verbesserte Verwitterung ist auf ein schnelles Scale-up ausgerichtet und nutzt bereits vorhandene landwirtschaftliche Geräte, globale Bergbaubetriebe und Lieferketten, die derzeit weltweit Düngemittel und Saatgut liefern. Durch die Bekämpfung der Bodenerosion und der Ernährungssicherheit sowie des Klimawandels kann die Verwitterung von Felsen den Menschen helfen, dem schwierigen Ort zu entkommen, an dem wir uns heute befinden.

Über den Autor

Benjamin Z. Houlton, Professor für globale Umweltstudien, Kanzlerstipendiat und Direktor des John Muir Institute of the Environment, University of California, Davis

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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