近日，由德國地球科學研究中心（GFZ）的Aaron Bufe和Niels Hovius領導的一支研究團隊利用不同的岩石侵蝕速度，研究了岩石的上升和侵蝕如何平衡碳的排放和吸收。令人驚訝的結果是：在高侵蝕率下，風化過程會釋放二氧化碳；在低侵蝕率下，它們會從大氣中封存碳。該研究已發表在《自然地球科學》上。

這一切的背後是構造和化學過程。尤其是在快速生長的山區，地殼結構的抬升和侵蝕不斷將新鮮的岩石材料從地下帶上來。在那裡，它暴露在循環的酸性水中，溶解或改變了岩石。

根據岩石的類型，這種風化作用對地球氣候的影響非常不同。例如，如果土壤中的碳酸與硅酸鹽礦物接觸，石灰石（碳酸鈣或CaCO3）就會沉澱下來，碳就會在其中被束縛很長時間。在黃鐵礦等含硫礦物與石灰石結合的情況下，情況正好相反。黃鐵礦與水和氧氣接觸時形成的硫酸會溶解碳酸鹽礦物，從而產生二氧化碳。

這種造山和化學風化之間的關係，被認為會影響我們地球上數百萬年的氣候。但阿爾卑斯山或喜馬拉雅山的生長究竟是如何影響氣候的？是矽酸鹽風化加速，導致氣候變冷？還是以硫酸溶解石灰石為主，促使大氣中的二氧化碳濃度上升，隨之而來的是全球氣候變暖？

這些問題可以在中國台灣南部找到答案。台灣位於一個俯衝帶，即海洋板塊在亞洲大陸下方滑動的地方。這種俯衝導致山體快速生長。島的中心已經屹立了幾百萬年，而南端卻剛剛從海裡冒出來。

在研究中，研究人員以不同的侵蝕速度對從這些山脈中收集水的河流進行了採樣。從溶解在河流中的物質中，研究人員估計了風化物中硫化物、碳酸鹽和矽酸鹽礦物的比例。這些結果使他們能夠估算出被封存的二氧化碳量和風化反應釋放的二氧化碳量。第一作者Aaron Bufe報告說：”我們發現，在中國台灣最南端，大氣中的二氧化碳封存占主導地位。然而，在更北的地方，山體侵蝕速度更快，碳酸鹽和硫化物風化速率佔主導地位，二氧化碳被釋放出來。”

那麼，山脈的風化是否會增加大氣中的二氧化碳呢？Aaron Bufe說：

我們可以對台灣做比較好的說明。在這個最活躍的山地帶中，由於化學風化，似乎是大氣中二氧化碳的淨排放者。但是，當從山上沖下來的沉積物被困在廣闊的沖積平原上時，也許故事就會發生變化；比如在喜馬拉雅山腳下或阿爾卑斯山上。這些沉積物往往富含矽酸鹽，其風化作用會封存二氧化碳。

此外，造山不僅將含有黃鐵礦和碳酸鹽的沉積岩帶到了地球表面，還將由凝固的岩漿形成的岩石類型帶到了地球表面，其中含有許多新鮮的矽酸鹽，這些矽酸鹽的風化速度很快。在我們完全了解風化對地球氣候的淨影響之前，研究人員還有一些山要爬。