地球的天然空气净化系统在潮湿时工作得更好

如果超级火山喷出令人窒息的二氧化碳云，即使其影响是致命和毁灭性的，地球大气层最终也会恢复正常。那么，所有这些温室气体最终会流向何处呢？

事实证明，地球表面隐藏着一个天然的空气过滤器。

当然，植物也发挥着作用，吸收二氧化碳进行光合作用。但还有一个更大的控制机制：地球本身。空气中的二氧化碳可以风化地下的某些矿物质。在这个过程中，这些矿物质与二氧化碳发生反应，并将其从大气中吸收。

地质学家早就知道这种空气过滤器的存在，但他们尚未掌握其工作原理。现在，科学家们掌握了控制全球范围内这一过程的证据：如果天气温暖多雨，这些矿物的风化速度会更快。

宾夕法尼亚州立大学地质学家苏珊·布兰特利说：“每个人都想了解地球是如何运转的。”布兰特利和她的同事今天在《科学》杂志上发表了他们的证据。

风化是指岩石和矿物在自然元素（水、热、微生物和植物等）的作用下发生劣化。（风化不是侵蚀，侵蚀涉及运动，例如风吹或流水卷起岩石碎屑并将其散落到其他地方。）作者重点研究了一种特定类型的风化，这种风化是由涉及二氧化碳的化学反应引起的。

即便如此，这种气体风化所有矿物的方式也不同。根据矿物的化学成分，有些矿物可能会将二氧化碳直接排放到大气中。布兰特利和她的同事研究了一组被称为硅酸盐矿物的矿物，这些矿物的分子含有硅和氧原子。硅酸盐矿物与二氧化碳发生反应，将其储存在地下，有时也储存在水中。幸运的是，这些化合物很丰富：氧和硅是地壳中最常见的两种元素。

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作者想要回答一个问题：硅酸盐矿物风化的速度有多快，以及随着周围环境的变化，这种属性如何变化？

答案并不简单。化学反应并不是造成世界上所有风化现象的原因；地质学家很难将化学风化与生物活动或地下水渗透区分开来。

由于这种复杂性，地质学家发现，化学风化在室外土壤中发生的速度似乎比在受控实验室中慢得多。这是一个有问题的差异。用布兰特利的话来说，“如果你甚至不能从烧杯推断出实验室外的溪流，我们怎么能推断出地球呢？”

幸运的是，Brantley 和同事并不是唯一对这个问题感兴趣的研究人员。他们有几十年在当地和区域范围内进行的研究可供研究。他们可以研究实验室里进行的实验。他们可以缩小视野，观察土壤块的风化作用。他们可以进一步缩小视野，找到研究风化作用如何作用于整个河流系统的研究。

通过分析这些数据，他们可以进一步扩大视野并估计出全球趋势。

布兰特利的团队发现，随着温度升高，风化作用也会加剧。同样，在寒冷的天气里，风化作用也会减缓。但他们发现，温暖并不是唯一的因素。如果地面没有运动——如果侵蚀作用减少，无法移动岩石，或者降雨量减少，无法形成流水——风化作用就会减缓。

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“这是一项非常详细的分析，”德克萨斯 A&M 大学环境工程师 Salvatore Calabrese 说道，他并不是该论文的作者。

牛津大学地质学家鲍勃希尔顿 (Bob Hilton) 表示：“它能够将实地研究和实验室研究结合起来，形成连贯的信息。”他并不是该论文的作者。

布兰特利表示，这一发现无疑有助于地质学家研究地球的过去，回顾其漫长的火山爆发和恢复正常的历史。假设他们的模型是准确的，地质学家可以追溯到很久以前。例如，他们可以检查保存了数十亿年的土壤，并对其大气层做出有根据的猜测。

更切合当前情况的是，火山喷出的温室气体量与人类燃烧化石燃料的排放量相比只是沧海一粟。这又引出了另一个问题：如果我们知道风化作用可以减少空气中的碳含量，那么为什么我们不能加速这一过程呢？

事实上，科学家和工程师们已经在研究这一方法：他们称之为“增强风化”。他们设想，这一过程可能需要将岩石碎屑撒在海洋或大片土地上。如果将这一方法撒在世界上大片农田上，人们希望岩石中的矿物质能够减少全球二氧化碳的排放。（当然，这样做可能意味着从某个地方开采岩石，并可能使人们接触到岩石粉尘。）

这是一个新想法，目前主要局限于实验室。一些实验已经评估了它在土壤和植物存在下如何发挥作用，例如卡拉布雷斯和他的同事在热带森林的小块土地上进行的测试。“你可以进行一些测量，但你无法真正了解整个森林会发生什么，”他说。

这意味着强化风化支持者面临着许多与 Brantley 等地质学家相同的未知数。他们知道实验室中会发生什么，但他们不知道这个过程会如何与现实世界的土壤相互作用。他们也不知道他们的观察结果是否会随着区域大小而发生变化。

这意味着，Brantley 的发现可以为未来的强化风化研究提供参考：例如，引导研究人员去水资源充足的地方。“也许这是一个很好的参考，让我们说，好吧，也许我们可以做类似的事情”来提高强化风化效率，Calabrese 说。

就 Brantley 而言，她对强化风化的兴趣不及对风化背后的其他参与者的兴趣，即生物体。生命可以促进风化：微生物可以操纵周围的矿物质。同时，生物也可以减缓风化速度——例如，一棵树可以将其根扎入岩石并使其稳定。

希尔顿同意地质学家现在应该研究微生物在做什么。

希尔顿说：“它们可能是导致这种温度反应的部分原因。因此，了解它们的工作原理和功能非常重要。”