圖片：美國NASA照片上夏威夷的基拉韋亞火山陷落火山口仍持續有火山氣體的冒出。火山氣體雖然一直被視為大氣中二氧化碳的重要地質來源，但是矽酸鹽地質的風化作用卻也是地質環境之所以能夠持續收納儲存二氧化碳的重要媒介(圖片引自維基共享資源)。

翻譯整理：嚴融怡

為什麼地球的氣候在整個地質時期都保持如此穩定？一些地科學者認為必須考慮長期以來矽酸 鹽礦物風化可以順便帶走二氧化碳的因素。岩石，特別是火山活動產生的岩石，在保持地球長 期氣候穩定以及讓二氧化碳在陸地、海洋與大氣之間循環方面起著至關重要的作用。

數十年來，科學家們已經知道，岩石的風化作用(山區和土壤的礦物化學分解)可以從大氣中移 除二氧化碳，並將它們轉化為行星表面和海洋沉積物中的穩定礦物。但由於這個過程往往動輒 需要運行數百萬年，因此相較於人為二氧化碳產出而言太弱了，來不及抵銷人類活動所在現今 全球變暖的影響。

不過，現在，包括在加利福尼亞氣候變化解決方案合作組織(California Collaborative for Climate Change Solutions' (C4))工作地創新中心的新興科學研究顯示，或許可以透過人為 加快岩石的風化速率。並可能透過增強岩石風化來減緩全球變暖並改善土壤健康，從而有可能 更有效地種植農作物並加強糧食安全。

岩石化學

受到化學、生物學、氣候和板塊構造的影響，許多過程會侵蝕地球表面的岩石。當二氧化碳與 土壤和海洋中的水結合生成碳酸時，化學風化的主要形式就會發生。

地球外殼和地幔之間約95％的厚度是地球外殼與核心之間的較厚層，由矽酸鹽礦物製成，後者是矽和氧的化合物。矽酸鹽是大多數火成岩中的主要成分，當火山岩材料冷卻並硬化時會形成 矽酸鹽。這種岩石約佔地球陸地面積的15％。

當碳酸與某些矽酸鹽礦物接觸時，它會觸發稱為Urey反應(註)的化學過程。該反應從大氣中移 除二氧化碳，並將其與水和矽酸鈣或矽酸鎂結合，生成兩個碳酸氫根離子。一旦二氧化碳被困 在這些土壤碳酸鹽當中，或最終被沖入海洋，它便不再構成氣候暖化的因子。

當碳酸溶解鈣和矽酸鎂礦物質時，它們分解為溶解的化合物，其中一些包含碳。這些物質可以 流到海洋，海洋生物再利用它們來建造各類外殼。之後，這些外殼被埋在海洋沉積物中。雖然 火山活動會將一些碳釋放回大氣中，但其中會有許多碳一直埋藏在岩石當中長達數百萬年之久 。

當富含矽酸鹽的山脈(如喜馬拉雅山)將新鮮物質暴露於大氣中時(例如，山崩後)或氣候變熱和 變潮濕時，Urey反應將以較高的速率運行。最近的研究顯示，人類可以大大加快這一進程，以 幫助對抗現代全球變暖。

加速風化

風化的最大限制是在任何給定時間暴露的矽酸鹽礦物的量。將火山矽酸鹽岩石研磨成細粉會增 加可用於反應的表面積。此外，將這種岩石粉塵添加到土壤當中會將這些礦物質暴露於植物根 部和土壤微生物。根和微生物在分解土壤中的有機物時都會產生二氧化碳。反過來，這會增加 碳酸濃度，從而加速這些矽酸鹽的風化。

英美兩國科學家最近進行的一項研究顯示，在中國、印度、美國和巴西的所有農田土壤中如果 添加細碎的矽酸鹽岩石(例如玄武岩)，可能會可以觸發更多的風化作用，從而從土壤中每年清 除超過20億噸的二氧化碳。相較之下，美國在2018年約排放了53億噸二氧化碳。

用岩石耕種

抱持這項觀點的科學家認為，在土壤中添加岩石碎屑增強風化作用的另一有力應證，是在涉及 玄武岩改良劑的受控環境研究中，穀物的單一產值提高了約20％。

隨著玄武岩的風化，它還可能增加植物的某些養分，可以促進農作物的產量。鈣、鉀和鎂等礦 物質營養素可創造更健康的土壤。而幾個世紀以來，農民一直在用岩石礦物改良土壤，因此這 一概念已不新鮮。

目前在工作地創新中心，這個團隊的科學家正籌畫對於實際農場進行最大的增強型風化示範實驗。科學家正在與加利福尼亞州的農民、牧場主人、政府、採礦業和美國原住民部落合作進行 約50英畝的農田土壤改良試驗。研究團隊正在測試岩石粉塵和堆肥改良劑對土壤溫室氣體排放 、碳捕獲、作物產量以及植物和微生物健康的綜合影響。不過無論如何，土壤環境其實仍然是 相對脆弱、敏感且必須整體考量植物生理、微生物生態與植物營養循環等因素的微域環境，如果要以土壤環境作為對抗氣候暖化的前線，仍然需要非常嚴謹而審慎的評估。

註：Urey反應(Urey reaction)是地科學者Urey所闡述用來來解釋大陸地殼中碳酸鹽起源的理 論反應。在該反應過程，酸雨會從大氣中提取二氧化碳，並與矽酸鈣反應，之後產物再被運送 到海洋，藉由有機和無機過程累積沉澱碳酸鈣。二氧化碳的來源可能是早期大氣和地幔。該反 應去除了幾乎所有在地球形成後倖存於大氣中的二氧化碳。如果地表火山活動引入的二氧化碳 多於隱沒所損失的二氧化碳，則進入大氣層的二氧化碳將因Urey反應而損失到大陸地殼當中。 過去地質學家對地表儲層之間碳通量的研究顯示，Urey反應在地球整體調節大氣中二氧化碳的 濃度應該十分重要，只是需要時間。

本篇文章翻譯整理自原文

An effective climate change solution may lie in rocks beneath our feet -GreenBiz https://www.greenbiz.com/article/effective-climate-change-solution-may-lie-rocks-beneath-our-feet