牛津大學的一項研究顯示，岩石風化可能是一個主要的二氧化碳來源，可與火山排放相媲美。這項見解對於未來的碳預算預測至關重要。新的研究推翻了傳統觀點，即自然岩石風化是一個二氧化碳匯，可以從大氣中清除二氧化碳。相反，自然岩石風化也是一個巨大的二氧化碳源，其作用可與火山相媲美。

加拿大麥肯錫河兩岸的沉積岩，這是一個主要的河流流域，岩石風化是二氧化碳的來源。圖片來源：羅伯特-希爾頓

這些結果對氣候變遷情境建模具有重要意義，但目前氣候建模還沒有捕捉到岩石風化釋放的二氧化碳。未來的工作重點將是人類活動是否會增加岩石風化釋放的二氧化碳，以及如何控制這種情況。

認識碳循環的典範轉移

牛津大學領導的一項新研究推翻了自然岩石風化作為二氧化碳彙的觀點，表明自然岩石風化也可作為一個巨大的二氧化碳源，其作用可與火山相媲美。這項研究成果於10月4日發表在《自然》（Nature）期刊上，對模擬氣候變遷情境具有重要意義。

加拿大偏遠的麥肯錫山脈高處的頁岩含有大量岩石有機碳，是二氧化碳釋放的熱點地區。來源：羅伯特-希爾頓

岩石與碳循環

岩石中蘊藏著大量的碳，它們是數百萬年前動植物的古老遺骸。這意味著”地質碳循環”就像恆溫器，幫助調節地球的溫度。例如，在化學風化過程中，當某些礦物質被雨水中的弱酸侵蝕時，岩石就會吸入二氧化碳。這個過程有助於抵消世界各地火山不斷釋放的二氧化碳，並構成地球自然碳循環的一部分，使地球表面在十億年或更長的時間裡一直適合生命居住。

發現新的二氧化碳釋放機制

然而，這項新研究首次測量了岩石向大氣釋放二氧化碳的另一個自然過程，發現它與世界各地火山釋放的二氧化碳一樣重要。目前，大多數自然碳循環模型都沒有包括這一過程。

秘魯安地斯山脈高地的山崩使充滿有機物的岩石風化，從而釋放出二氧化碳。來源：羅伯特-希爾頓

當形成於古代海床上的岩石（植物和動物被埋在沉積物中）被推回到地球表面時，例如，當喜馬拉雅山脈或安第斯山脈等山脈形成時，就會發生這一過程。這使得岩石中的有機碳接觸到空氣和水中的氧氣，從而發生反應並釋放出二氧化碳。這意味著風化岩石可能是二氧化碳的來源，而不是通常認為的吸收匯。

方法和研究結果

迄今為止，測量岩石中風化有機碳釋放的二氧化碳仍很困難。在這項新研究中，研究人員使用了一種示蹤元素（錸），當岩石中的有機碳與氧氣反應時，這種元素就會釋放到水中。透過對河水取樣測量錸的含量，可以量化二氧化碳的釋放量。然而，對全球所有河水進行取樣以獲得全球估計值將是一項重大挑戰。

為了擴大地球表面的範圍，研究人員做了兩件事。首先，他們計算了地表附近岩石中的有機碳含量。其次，他們計算了這些有機碳在哪些地方暴露得最快，也就是在陡峭的山區受到侵蝕的地方。

法國南部的嚴重侵蝕使這些沉積岩暴露在風化過程中，古老的有機碳分解後釋放出二氧化碳。來源：羅伯特-希爾頓

牛津大學地球科學系領導這項研究的研究員傑西-贊德萬博士（Dr. Jesse Zondervan）說：「我們面臨的挑戰是如何將這些全球地圖與河流數據結合起來，同時考慮到不確定性。我們將所有數據輸入牛津大學的超級計算機，模擬物理、化學和水文過程的複雜相互作用。透過拼湊這幅巨大的行星拼圖，我們最終可以估算出這些岩石風化並將其古老的碳排放到空氣中時所釋放的二氧化碳總量。

然後，我們可以將此數據與矽酸鹽礦物的自然岩石風化所能吸收的二氧化碳量進行比較。研究結果發現，在許多大面積區域，風化是二氧化碳的來源，這對目前關於風化如何影響碳循環的觀點提出了挑戰。二氧化碳釋放的熱點集中在隆起率高、沉積岩裸露的山脈，如喜馬拉雅山脈東部、洛磯山脈和安地斯山脈。研究發現，岩石有機碳風化產生的全球二氧化碳釋出量為每年68 兆噸碳。”

羅伯特-希爾頓教授（牛津大學地球科學系）是ROC-CO2 研究計畫的負責人，該計畫資助了這項研究：「這比現今人類燃燒化石燃料所排放的二氧化碳少約100倍，但卻與世界各地火山所釋放的二氧化碳量相近，這意味著它是地球自然碳循環中的關鍵角色。”

影響和未來方向

在地球的過去，這些通量可能已經改變了。例如，在造山運動時期，許多含有有機物的岩石被抬升，二氧化碳的釋放量可能會更高，影響過去的全球氣候。

目前和未來的工作正在研究人類活動導致的侵蝕變化，以及人為氣候變遷導致的岩石升溫，會如何增加這種自然碳洩漏。研究小組現在提出的一個問題是，這種二氧化碳的自然釋放在未來一個世紀是否會增加。希爾頓說：「目前我們還不知道–我們的方法使我們能夠提供一個可靠的全球估計值，但還不能評估它將如何變化。”

“雖然岩石風化釋放的二氧化碳與當今人類的排放量相比微不足道，但加深對這些自然通量的了解將有助於我們更好地預測碳預算”，Zondervan 博士總結道。