研究:地球內部正在“吞噬”比想像中更多的碳 將其鎖在深處

2021年07月29日09:05

  來自劍橋大學和新加坡南洋理工大學的科學家們發現,構造板塊的“慢動作”碰撞將更多的碳拖入地球內部,這比之前想像的要多。他們發現,在俯衝區--構造板塊碰撞並潛入地球內部的地方--被吸入地球內部的碳往往被鎖在深處,而不是以火山排放的形式重新浮現。

  他們的研究結果發表在《自然通訊》上,表明在火山鏈下回收的碳中只有大約三分之一通過循環回到地表,這與之前的理論相反。

  應對氣候變化的解決方案之一是找到減少地球大氣中二氧化碳含量的方法。通過研究碳在地球深處的表現,科學家可以更好地瞭解地球上碳的整個生命週期,以及它如何在大氣、海洋和地表生命之間流動。

  對碳循環最瞭解的部分是在地球表面或附近,但是深層的碳儲存通過調節大氣中的二氧化碳水平在維持我們星球的可居住性方面發揮著關鍵作用。主要作者Stefan Farsang說:“我們目前對地表的碳庫和它們之間的通量有比較好的瞭解,但對地球內部的碳庫瞭解得少得多,這些碳庫在幾百萬年的時間里進行著循環。”

  碳被釋放回大氣層(作為二氧化碳)的方式有很多,但是只有一條路徑可以讓它回到地球內部:通過板塊俯衝。在這裏,地表碳,例如以貝殼和微生物的形式,將大氣中的二氧化碳鎖在它們的殼里,被引導到地球的內部。科學家們曾認為,這些碳的大部分隨後通過火山的排放作為二氧化碳返回到大氣中。但是新研究顯示,在俯衝區被吞噬的岩石中發生的化學反應捕獲了碳,並將其送入地球內部更深的地方--阻止其中一些回到地球表面。

  該團隊在歐洲同步輻射光源(ESRF)設施進行了一系列實驗。“歐洲同步輻射光源設施擁有世界領先的設施和我們獲得結果所需的專業知識,”共同作者、新加坡國立大學理學院院長西蒙-雷德芬說,“該設施可以在我們感興趣的高壓和高溫條件下測量這些金屬的極低濃度。”為了複製俯衝區的高壓和高溫,他們使用了一個加熱的 “鑽石砧”,通過將兩個微小的鑽石砧壓在樣品上實現極端壓力。

  這項工作支援了越來越多的證據,即碳酸鹽岩石(其化學構成與白堊相同)在進入地幔深處時,其鈣含量減少,鎂含量增加。這種化學變化使得碳酸鹽不那麼容易溶解--這意味著它不會被吸入供應火山的液體中。相反,大部分的碳酸鹽下沉到地幔深處,最終可能成為鑽石。

  “在這個領域仍有許多研究要做,”Farsang說。“在未來,我們的目標是通過研究碳酸鹽在更廣泛的溫度、壓力範圍和幾種流體成分中的溶解度來完善我們的估計。”

  這些發現對於理解碳酸鹽形成在我們的氣候系統中更普遍的作用也很重要。Redfern說:“我們的結果表明,這些礦物非常穩定,當然可以將大氣中的二氧化碳鎖成固體礦物形式,從而導致負排放。該團隊一直在研究使用類似的方法進行碳捕獲,將大氣中的二氧化碳轉移到岩石和海洋中儲存。

  “這些結果也將幫助我們瞭解將碳鎖定在固體地球中,脫離大氣的更好方法。Redfern說:“如果我們能夠以比自然界更快的速度加速這一過程,它可能被證明是一條幫助解決氣候危機的途徑。”

  本文來自cnBeta

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