超火山が窒息するような二酸化炭素の雲を吐き出すと、その影響が致命的で壊滅的なものであっても、地球の大気は最終的に正常に戻ります。 では、温室効果ガスはどこに行き着くのでしょうか?
地球の表面には自然の空気フィルターが隠されていることが判明しました。
確かに、植物は光合成のために二酸化炭素を取り込み、その役割を果たしています。 しかし、さらに大きな制御メカニズムがあります。地球そのものです。 空気中の二酸化炭素は、地中の特定の鉱物を風化させることができます。 その過程で、それらのミネラルは二酸化炭素と反応し、大気からそれを引き出します.
地質学者はこのエアフィルターについて長い間知っていましたが、その仕組みをまだ理解していません. 現在、科学者たちは、地球規模でプロセスを制御しているものについての証拠を持っています。これらの鉱物は、天候が暖かく雨が多い場合、より速く風化します.
「誰もが地球がどのように機能するかを理解したいと思っています」と彼は言います。 スーザン・ブラントリー、ペンシルバニア州立大学の地質学者。 ブラントリーと彼女の同僚 公開された ジャーナルでの彼らの証拠 化学 今日。
風化とは、自然界の要素 (水、熱、微生物、植物など) にさらされて岩石や鉱物が劣化することです。 (風化は侵食ではなく、風が吹いたり水が流れたりして、岩のかけらを拾い上げて別の場所に落とすなどの動きを伴います)。
それでも、このガスはすべての鉱物を同じように風化させるわけではありません。 化学組成によっては、二酸化炭素を大気中に吐き出すものもいます。 代わりに、ブラントレーと彼女の同僚は、ケイ酸塩鉱物として知られる鉱物のグループを研究しました。その分子には、ケイ素と酸素原子が含まれています。 ケイ酸塩鉱物は二酸化炭素と反応し、二酸化炭素を地面に、場合によっては水中に蓄えます。 幸いなことに、これらの化合物は豊富にあります: 酸素とシリコン 最も一般的な2つの要素です 地球の地殻で。
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著者たちは、1 つの質問に答えたいと考えていました。ケイ酸塩鉱物はどのくらいの速さで風化し、環境が変化するとその属性はどのように変化するのでしょうか?
答えは簡単ではありません。 化学反応がすべての世界の風化を引き起こすわけではありません。 地質学者にとって、化学的風化を生物活動や地下水浸透から切り離すことは困難です。
その複雑さのために、地質学者は、制御された実験室よりも屋外の土壌で化学的風化がはるかにゆっくりと起こるようであることを発見しました. それは問題のある矛盾です。 Brantley の言葉を借りれば、「ビーカーから実験室の外の流れまで推定することさえできないのなら、どうして地球まで推定できるでしょうか?」
幸いなことに、この問題に関心を持った研究者は Brantley と同僚だけではありませんでした。 彼らは何十年にもわたる研究を行い、地方および地域規模で実施され、詳細を調べてきました。 彼らは研究室で行われた実験を見ることができました。 ズームアウトして、土壌区画の風化の観察結果を見ることができます。 さらにズームアウトして、河川系全体で風化がどのように機能したかを調べる研究を見つけることができます。
そのデータを分析すると、さらにズームアウトして世界的な傾向を推定できます。
Brantley のグループは、気温が上昇すると風化も進行することを発見しました。 同様に、風化は寒さで遅くなりました。 しかし、彼らが発見したのは暖かさだけではありませんでした。 地面が動いていない場合、つまり岩を移動させる浸食が少なくなったり、流れる水を作るための降雨が少なかったりすると、風化が遅くなります。
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「これは非常に詳細な分析です」と述べています。 サルヴァトーレ・カラブレーゼ、論文の著者ではなかったテキサスA&M大学の環境エンジニア。
「フィールドを整列させることができます [and] ラボは研究を行い、この首尾一貫したメッセージを作成します」と述べています。 ボブ・ヒントン、オックスフォード大学の地質学者で、論文の著者でもありませんでした.
ブラントリー氏によると、この発見は、地球の過去を調べようとしている地質学者にとって、火山噴火の長い歴史を振り返り、通常の状態に戻るのに確かに役立つ. 彼らのモデルが正確であると仮定すると、地質学者は実際に非常に遠くまで遡ることができます. たとえば、彼らは調べることができます 保存土壌 それは何十億年も前のものであり、その大気について知識に基づいた推測を行います.
より現在に関係するのは、火山が排出する温室効果ガスの量です。 バケツに落とす 化石燃料を燃やす人間からの排出量。 それは別の疑問を提起します: 風化が空気を脱炭素化できることがわかっているのなら、なぜプロセスを加速できないのでしょうか?
たまたま、科学者とエンジニアはすでにそれに取り組んでいます。彼らが呼ぶアイデアです。 強化された風化. 彼らが思い描いているように、このプロセスでは、海や広大な土地に砕石をまき散らす必要があるかもしれません。 やり過ぎた場合 大きなチャンク 世界の農地の中で、岩石中の鉱物が世界の二酸化炭素にへこみを作ることが期待されています。 (もちろん、これを行うことは、どこかから岩を採掘し、人々を岩の粉塵にさらす可能性があることを意味するかもしれません.)
これは新しいアイデアであり、今のところ、主に実験室に限定されています。 いくつかの実験では、熱帯林の小さな区画でのカラブレーゼと彼の同僚によるテストなど、土壌と植物の存在下でそれがどのように機能するかを評価しました. 「ある程度の測定はできますが、森全体で何が起こるかを実際に調べることはできません」と彼は言います。
つまり、強化された風化の支持者は、ブラントリーのような地質学者と同じ未知数の多くに直面しています。 彼らは研究室で何が起こっているかを知っていますが、このプロセスが実際の土壌とどのように相互作用するかは知りません. そして彼らは、自分たちの観測が領域のサイズによって変化するかどうかを知りません。
つまり、Brantley の調査結果は、将来の強化された風化研究に情報を提供する可能性があることを意味します。たとえば、研究者に豊富な水の供給がある場所を指摘することができます。 強化された耐候性をより効率的にするために、「よし、似たようなことができるかもしれない」と言うのは良い参考になるかもしれません、と Calabrese は言います。
ブラントリー氏は、風化の背後にある他のプレーヤー、つまり生物に比べて、風化の強化にはあまり関心がありません。 人生はできる ブースト 風化: 微生物は周囲の鉱物を操作できます。 同時に、生物はそれを遅くすることができます。たとえば、木は根を岩に切って安定させることができます.
ヒントンは、地質学者は今、微生物が何をしているかを研究すべきであることに同意します。
「おそらく、この温度応答の一部を動かしているのでしょう」とヒントンは言います。 「ですから、彼らがどのように働いているか、どのように機能しているかを理解することは非常に重要です。」