岩石、雨水和二氧化碳通过风化过程帮助控制地球气候数千年——就像恒温器一样。由宾夕法尼亚州立大学科学家领导的一项新研究可能会提高我们对这种恒温器在温度变化时如何响应的理解。
“生命在这个星球上已经存在了数十亿年，所以我们知道地球的温度一直保持稳定，足以有液态水并支持生命，”埃文·皮尤大学教授和巴恩斯地球科学教授苏珊布兰特利说。“这个想法是硅酸盐岩石风化是这种恒温器，但没有人真正同意它的温度敏感性。
科学家们说，由于许多因素都会影响风化，因此仅使用实验室实验的结果来估计风化如何响应温度变化的全球估计一直具有挑战性。
该团队结合了来自全球45个土壤站点和许多流域的实验室测量和土壤分析，以更好地了解地球上主要岩石类型的风化，并利用这些发现对风化如何响应温度进行全球估计。
“当你在实验室做实验与从土壤或河流中取样时，你会得到不同的值，”布兰特利说。“因此，我们在这项研究中试图做的是跨越这些不同的空间尺度，并弄清楚我们如何理解世界各地地球化学家积累的关于地球上风化的所有数据。这项研究是我们如何做到这一点的典范。
风化是地球大气中二氧化碳平衡行为的一部分。在地球历史上，火山排放了大量的二氧化碳，但温室气体并没有变成一个温室，而是通过风化慢慢去除。
雨水从大气中吸收二氧化碳，产生一种弱酸，落到地球上并磨损表面的硅酸盐岩石。科学家说，副产品被溪流和河流带到海洋，碳最终被锁定在沉积岩中。
“长期以来，人们一直假设二氧化碳从火山进入大气层和被数百万年的风化拉出之间的平衡使地球的温度保持相对恒定，”布兰特利说。“关键是当大气中的二氧化碳更多，地球变得更热时，风化会更快，并吸收更多的二氧化碳。当地球变冷时，风化就会减慢。
但是，关于风化对温度变化的敏感性，还有很多未知数，部分原因是所涉及的空间和时间尺度很长。
“在土壤剖面图中，你看到的是一张土壤图片，其中相机快门有时打开了一百万年 - 有一百万年的综合过程发生，你试图将其与为期两年的烧瓶实验进行比较，”布兰特利说。
布兰特利说，关键区科学领域 - 检查从最高的植被到最深的地下水的景观 - 帮助科学家更好地了解影响风化的复杂相互作用。
例如，岩石必须破裂才能使水进入裂缝并开始分解材料。要做到这一点，岩石必须具有大的裸露表面积，而这在土壤较深的地区不太可能发生。
“只有当你开始跨越空间和时间尺度时，你才会开始看到真正重要的东西，”布兰特利说。“表面积非常重要。你可以在实验室中测量该解决方案所需的所有速率常数，但是除非你能告诉我表面积在自然系统中是如何形成的，否则你永远无法预测真正的系统。
科学家们在《科学》杂志上报告说，实验室的温度敏感性测量值低于他们研究中土壤和河流的估计值。利用实验室和现场的观察结果，他们扩大了他们的发现，以估计风化的全球温度依赖性。
他们的模型可能有助于理解风化将如何应对未来的气候变化，并评估人为增加风化以从大气中吸收更多二氧化碳的尝试 - 如碳封存。
“一个想法是通过挖掘大量岩石，研磨，运输并将其放在田间以使风化发生来增强风化，”布兰特利说。“这将奏效 - 它已经在起作用了。问题是，这是一个非常缓慢的过程。
科学家们说，虽然变暖可能会加速风化，但从人类添加的所有二氧化碳中抽出可能需要数千年或数十万年的时间。
参与这项研究的其他宾夕法尼亚州立大学研究人员是地球科学系的博士生Andrew Shaughnessy和地球与环境系统研究所的高级科学家Marina Lebedeva和Victor Balashov。
国家科学基金会和休伯特·L·巴恩斯和玛丽·巴恩斯教授支持这项工作。
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