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使水变得浑浊:风化作杏耀登录地址用除去大气中的二氧化碳可能比我们想象的要少




剑桥大学的新研究表明,地球表面岩石的风化作用从大气中除去的温室气体可能比之前估计的要少。
 
这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究结果表明,地球通过岩石风化从大气中吸收二氧化碳的自然机制实际上可能比科学家们想象的要弱,这让人们对数百万年来岩石在减缓气候变暖方面所起的确切作用产生了质疑。
 
研究还表明,可能存在一个以前未知的碳汇,从大气中吸收二氧化碳,并在很长一段时间内影响气候变化,研究人员现在希望找到这一点。
 
风化作用是指大气中的二氧化碳分解岩石,然后被困在沉积物中的过程。它是地球碳循环的重要组成部分,使二氧化碳在陆地、海洋和空气之间穿梭,并影响全球气温。
 
“风化作用就像行星的恒温器,这就是地球适宜居住的原因。科学家们一直认为,杏耀网址这就是为什么我们不会像在金星上那样出现失控的温室效应,”剑桥大学地球科学系的首席作者Ed Tipper说。通过将二氧化碳锁在沉积物中,风化作用使其在很长一段时间内从大气中消失,从而减少温室效应,降低全球气温。
 
研究小组的最新计算表明,在全球范围内,风化通量被高估了28%,山区的河流受到的影响最大,因为那里的岩石分解速度更快。
 
他们还报告说,地球上三个最大的河流系统,包括邻近的黄河和萨尔温江,它们起源于青藏高原和北美的育空河,在很长时间内并不像人们所认为的那样吸收二氧化碳。
 
几十年来,青藏高原一直被认为是一个长期的碳汇和气候调解者。世界海洋中大约25%的沉积物来自高原。
 
“研究碳循环的最佳地点之一是河流,它们是各大洲的动脉。河流是固体地球和海洋之间的纽带,它把陆地风化的沉积物拖到海洋中,而海洋中的碳被锁在岩石中,”蒂珀说。
 
“几十年来,科学家们一直在测量河水的化学成分,以估计风化速率,”合著者维多利亚·阿尔科克(Victoria Alcock)说,“溶解的钠是风化过程中最常用的测量产物之一,但我们已经证明,事情并没有那么简单,事实上,钠通常来自其他地方。”
 
当地球上大多数岩石的基本组成部分硅酸盐矿物溶解在碳酸(大气中的二氧化碳和雨水的混合物)中时, 杏耀代理 ,钠就会被释放出来。
 
然而,研究小组发现并非所有的钠都来自这种风化过程。合著者艾米丽·史蒂文森说:“我们在全球的河水中发现了另一种钠的来源。”“多余的钠并不是像其他研究认为的那样来自风化的硅酸盐岩石,事实上来自非常古老的粘土,这些粘土正在江河流域中被侵蚀。”

蒂珀和他的研究小组研究了地球上8个最大的河流系统,这项任务涉及16个野外季节和数千个实验室分析,以寻找多余的钠从哪里来。
 
他们在一种粘土和水的糊状“凝胶”中找到了答案,这种“凝胶”被称为阳离子交换池,它由浑浊的河流沉积物携带而来。
 
交换池是阳离子的反应蜂巢——带正电的离子,如钠离子——它们与粘土颗粒的结合很弱。这些阳离子可以很容易地从凝胶中置换出其他元素,比如河水中的钙,这个过程只需要几个小时。
 
尽管自20世纪50年代以来,人们就在土壤中描述了交换池在向河流供应钠方面所起的作用,但它在很大程度上被忽视了。
 
研究报告的合著者阿拉斯代尔·奈特说:“交换池中粘土的化学成分和同位素组成告诉我们它们的组成和来源。”“我们知道,这些河流携带的许多粘土来自古代沉积物,我们认为,河流中的一些钠一定来自这些粘土。”
 
这些粘土最初是数百万年前大陆侵蚀形成的。在它们顺流而下的旅途中,它们从周围的水中收集阳离子——它们的交换池在到达大海时吸收钠。今天,这些古老的粘土,连同它们的钠,正被现代河流所侵蚀。
 
这种古老的钠,可以从交换池的粘土中转换到河水中,以前被误认为是现代风化作用溶解后的残留物。
 
“生成一个数据点需要在实验室进行大量的工作,我们还必须做大量的数学运算,”史蒂文森说。“这就像拆开一块蛋糕,用法医的方法分离出沉积物中的关键成分,留下了交换池和粘土。长期以来,人们一直使用同样的方法,而且确实有效。但我们发现了一种额外的成分可以提供钠,我们需要对此做出解释。”
 
“多亏了许多合作者和学生多年来的努力工作,我们的样本有机会在全球范围内掌握这种复杂的化学过程,”蒂珀说。
 
科学家们现在不得不去思考,在地质时期,杏耀登录地址还有什么东西可以吸收地球上的二氧化碳。目前还没有确定的候选者,但有一种有争议的可能性是,生命正在从大气中吸收碳。另一个理论是海底的硅酸盐溶解或火山弧可能是重要的。“人们花了几十年的时间来研究大陆的风化作用,所以也许我们现在需要开始扩大我们的研究范围,”蒂珀说。

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