Varför har jordens klimat förblivit så stabilt över geologisk tid? Svaret kanske bara skaka dig.

stenar, särskilt de typer som skapas av vulkanisk aktivitet, spelar en avgörande roll för att hålla jordens långsiktiga klimat stabila och cirkulerande koldioxid mellan land, haven och atmosfären.

Forskare har vetat i årtionden att stenvittring – den kemiska nedbrytningen av mineraler i berg och jordar – tar bort koldioxid från atmosfären och omvandlar den till stabila mineraler på planetens yta och i havssediment. Men eftersom denna process pågår under miljontals år, den är för svag för att kompensera den moderna globala uppvärmningen från mänskliga aktiviteter.

Nu, dock, framväxande vetenskap – inklusive vid California Collaborative for Climate Change Solutions (C4) Working Lands Innovation Center – visar att det är möjligt att påskynda stenvittringshastigheten. Förbättrad stenvittring kan både bromsa den globala uppvärmningen och förbättra markens hälsa, gör det möjligt att odla grödor mer effektivt och stärka livsmedelssäkerheten.

Bergskemi

Många processer väderpå stenar på jordens yta, påverkad av kemi, biologi, klimat och plattektonik. Den dominerande formen av kemisk vittring uppstår när koldioxid kombineras med vatten i marken och havet för att göra kolsyra.

Cirka 95 % av jordskorpan och manteln – det tjocka lagret mellan planetens skorpa och dess kärna – är gjord av silikatmineraler, som är föreningar av kisel och syre. Silikater är huvudingrediensen i de flesta magmatiska bergarter, som bildas när vulkaniskt material svalnar och hårdnar. Sådana stenar utgör cirka 15 % av jordens landyta.

När kolsyra kommer i kontakt med vissa silikatmineraler, det utlöser en kemisk process som kallas Urey-reaktionen. Denna reaktion drar gasformig koldioxid från atmosfären och kombinerar den med vatten och kalcium- eller magnesiumsilikater, producerar två bikarbonatjoner. När väl koldioxiden är fångad i dessa jordkarbonater, eller slutligen sköljs ut i havet, det värmer inte längre klimatet.

Urey-reaktionen går i högre takt när silikatrika berg som Himalaya exponerar färskt material för atmosfären - till exempel, efter ett jordskred — eller när klimatet blir varmare och fuktigare. Ny forskning visar att människor kan påskynda processen avsevärt för att hjälpa till att bekämpa den moderna globala uppvärmningen.

Accelererad vittring

Den största gränsen för vittring är mängden silikatmineraler som exponeras vid varje given tidpunkt. Att mala upp vulkaniska silikatstenar till ett fint pulver ökar den tillgängliga ytan för reaktioner. Ytterligare, att lägga till detta stendamm till jorden utsätter det för växtrötter och jordmikrober. Både rötter och mikrober producerar koldioxid när de bryter ner organiskt material i jorden. I tur och ordning, detta ökar kolsyrakoncentrationerna som påskyndar väderpåverkan.

En nyligen genomförd studie av brittiska och amerikanska forskare tyder på att tillsats av finkrossad silikatsten, som basalt, till all jordbruksmark i Kina, Indien, USA och Brasilien kan utlösa vittring som skulle ta bort mer än 2 miljarder ton koldioxid från atmosfären varje år. För jämförelse, USA släppte ut cirka 5,3 miljarder ton koldioxid 2018.

Jordbruk med stenar

En övertygande aspekt av förbättrad väderlek är att, i kontrollerade miljöstudier som involverar basaltförändringar av jord, spannmålsskördarna förbättras med ungefär 20 %.

Som basalt väder, det ökar livsviktiga växtnäringsämnen som kan öka produktionen och öka skördarna. Mineralnäringsämnen som kalcium, kalium och magnesium skapar friskare jordar. Bönder har ändrat mark med stenmineraler i århundraden, så konceptet är inget nytt.

På Working Lands Innovation Center, vi genomför det kanske största förbättrade vittringsexperimentet på riktiga gårdar i världen. Vi samarbetar med bönder, ranchägare, regering, the mining industry and Native American tribes in California on some 50 acres of cropland soil amendment trials. We are testing the effects of rock dust and compost amendments on greenhouse gas emissions from the soil, carbon capture, crop yields, and plant and microbial health.

Our initial results suggest that adding basalt and wollastonite, a calcium silicate mineral, increased corn yields by 12% in the first year. Working with California's greenhouse gas emissions trading program and our state's diverse agricultural interests, we hope to establish a pathway that would offer monetary incentives to farmers and ranchers who allow enhanced rock weathering on their lands. We aim to create a protocol for farmers and ranchers to make money from the carbon they farm into the soil and help businesses and industry achieve their carbon neutrality goals.

Why negative emissions matter

Under the 2015 Paris climate agreement, nations have pledged to limit global warming to less then 2 degrees Celsius above preindustrial levels. This will require massive cuts in greenhouse gas emissions.

Pulling carbon dioxide from the air—also known as negative emissions—is also necessary to avoid the worst climate change outcomes, because atmospheric carbon dioxide has an average lifespan of more than 100 years. Every molecule of carbon dioxide that is released to the atmosphere through fossil fuel combustion or land clearing will remain there for many decades trapping heat and warming Earth's surface.

Nations need a portfolio of solutions to create negative emissions. Enhanced weathering is poised for rapid scale-up, taking advantage of farm equipment that's already in place, global mining operations and supply chains that currently deliver fertilizers and seeds worldwide. By addressing soil erosion and food security along with climate change, I believe rock weathering can help humans escape the hard place we find ourselves in today.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.