北極溫度上升將加速岩石風化釋放更多的二氧化碳加劇全球暖化
牛津大學的研究人員發現，北極溫度升高將加速岩石風化，釋放出更多的二氧化碳，並導致氣候變遷。 他們的研究表明，到2100年，麥肯錫河流域的二氧化碳排放量可能會增加一倍，這凸顯了將硫化物風化納入氣候模式的重要性。
皮爾河上游的景觀，顯示陡峭山坡上裸露的基岩與河道相連，物理風化正在產生大量新鮮物質。 圖片來源：羅伯特-希爾頓
來自牛津大學地球科學系的研究人員證明，氣溫升高將加速加拿大北極地區的岩石風化，形成一個正向回饋循環，導致越來越多的二氧化碳被釋放到大氣中。 該研究發表在Science Advances上。
對於像北極這樣的敏感地區（地表氣溫的升溫速度比全球平均快近四倍）來說，了解大氣中的二氧化碳來自風化的潛在貢獻尤其重要。 其中一個途徑是某些礦物和岩石與大氣中的氧氣發生反應，透過一系列化學反應釋放出二氧化碳。 例如，硫化物礦物（如”愚人金”）的風化會產生酸，導致附近的其他岩石礦物釋放出二氧化碳。 在北極的永凍土層中，由於氣溫升高，地面解凍，這些礦物也隨之裸露出來，這可能成為加速氣候變遷的正回饋迴路。
然而，到目前為止，人們在很大程度上還不知道這種反應會如何應對溫度變化，以及會釋放出多少額外的二氧化碳。
在這項新研究中，研究人員利用加拿大最大的河流系統麥肯錫河流域*23個地點的硫酸鹽（SO42- ）濃度和溫度記錄，研究了風化過程對溫度上升的敏感性。 硫酸鹽與CO2 一樣，都是硫化物風化的產物，可用來追蹤此過程發生的速度。
沛爾高原上的解凍坍塌，使冰川沉積物中的硫化物和碳酸鹽礦物暴露在有殘冰的下坡地區的地表風化反應中。 資料來源：Suzanne Tank
結果表明，在整個集水區，硫酸鹽濃度隨著溫度的升高而迅速上升。 在過去的60 年裡（從1960 年到2020 年），隨著氣溫上升2.3oC，硫化物風化增加了45%。 這突顯，風化釋放的二氧化碳可能會引發正向回饋循環，加速北極地區的暖化。
研究人員利用這些河流過去的紀錄預測，在中度排放情境下，到2100年，麥肯錫河流域釋放的二氧化碳可能會增加一倍，達到每年30億公斤。這項變化相當於加拿大國內航空業典型年份年排放總量的一半。
主要作者Ella Walsh 博士（研究時為牛津大學地球科學系）表示：「我們發現，即使是中度變暖，整個麥肯齊地區的硫化物氧化作用也會急劇增加。 到目前為止，我們還不知道硫化物岩石釋放CO2 的溫度敏感性及其在大範圍和時間尺度上的主要驅動因素。
並非集水區的所有地方都有相同的反應。 在多岩石的山區和被永凍土覆蓋的地區，風化作用對溫度的敏感度要高得多。 透過模擬這個過程，研究人員發現，岩石在凍結和破碎過程中的碎裂進一步加速了硫化物的風化。
相反，被泥炭地覆蓋的地區隨著氣候變暖，硫化物氧化的增加速度較低，因為泥炭保護了基岩免受此過程的影響。
論文共同作者鮑勃-希爾頓教授（牛津大學地球科學系）說：”未來北極廣袤地區的氣候變暖可能會進一步提高硫化物的氧化率，並影響區域碳循環預算。既然我們已經發現了這一點，我們正在努力了解如何減緩這些反應，泥炭地的形成似乎有助於降低硫化物氧化過程。
整個北極地區有許多類似的環境，那裡的岩石類型、高比例的裸露基岩以及大面積的永久冰凍地面共同創造了條件，氣候變暖將導致硫化物風化迅速增加。 因此，這種影響極有可能不限於麥肯錫河流域。
研究人員認為，這項研究強調了在大規模排放模型中考慮硫化物風化的價值，這種模型對預測氣候變遷非常有用。
編譯自/ SciTechDaily