牛津大学的一项研究显示，岩石风化可能是一个主要的二氧化碳来源，可与火山排放相媲美。这一见解对于未来的碳预算预测至关重要。新的研究推翻了传统观点，即自然岩石风化是一个二氧化碳汇，可以从大气中清除二氧化碳。相反，自然岩石风化也是一个巨大的二氧化碳源，其作用可与火山相媲美。

加拿大麦肯齐河两岸的沉积岩，这是一个主要的河流流域，岩石风化是二氧化碳的来源。图片来源：罗伯特-希尔顿

这些结果对气候变化情景建模具有重要意义，但目前气候建模还没有捕捉到岩石风化释放的二氧化碳。未来的工作重点将是人类活动是否会增加岩石风化释放的二氧化碳，以及如何控制这种情况。

认识碳循环的范式转变

牛津大学领导的一项新研究推翻了自然岩石风化作为二氧化碳汇的观点，表明自然岩石风化也可作为一个巨大的二氧化碳源，其作用可与火山相媲美。该研究成果于10月4日发表在《自然》（Nature）杂志上，对模拟气候变化情景具有重要意义。

加拿大偏远的麦肯齐山脉高处的页岩含有大量岩石有机碳，是二氧化碳释放的热点地区。资料来源：罗伯特-希尔顿

岩石与碳循环

岩石中蕴藏着大量的碳，它们是数百万年前动植物的古老遗骸。这意味着"地质碳循环"就像一个恒温器，帮助调节地球的温度。例如，在化学风化过程中，当某些矿物质被雨水中的弱酸侵蚀时，岩石就会吸入二氧化碳。这一过程有助于抵消世界各地火山不断释放的二氧化碳，并构成地球自然碳循环的一部分，使地球表面在十亿年或更长的时间里一直适合生命居住。

发现新的二氧化碳释放机制

然而，这项新研究首次测量了岩石向大气释放二氧化碳的另一个自然过程，发现它与世界各地火山释放的二氧化碳一样重要。目前，大多数自然碳循环模型都没有包括这一过程。

秘鲁安第斯山脉高地的山体滑坡使充满有机物的岩石风化，从而释放出二氧化碳。资料来源：罗伯特-希尔顿

当形成于古代海床上的岩石（植物和动物被埋在沉积物中）被推回到地球表面时，例如，当喜马拉雅山脉或安第斯山脉等山脉形成时，就会发生这一过程。这使得岩石中的有机碳接触到空气和水中的氧气，从而发生反应并释放出二氧化碳。这意味着风化岩石可能是二氧化碳的来源，而不是通常认为的吸收汇。

方法和研究结果

迄今为止，测量岩石中风化有机碳释放的二氧化碳还很困难。在这项新研究中，研究人员使用了一种示踪元素（铼），当岩石中的有机碳与氧气发生反应时，这种元素就会释放到水中。通过对河水取样测量铼的含量，可以量化二氧化碳的释放量。然而，对全球所有河水进行取样以获得全球估计值将是一项重大挑战。

为了扩大地球表面的范围，研究人员做了两件事。首先，他们计算出了地表附近岩石中的有机碳含量。其次，他们计算出了这些有机碳在哪些地方暴露得最快，即在陡峭的山区受到侵蚀的地方。

法国南部的严重侵蚀使这些沉积岩暴露在风化过程中，古老的有机碳分解后释放出二氧化碳。资料来源：罗伯特-希尔顿

牛津大学地球科学系领导这项研究的研究员杰西-赞德万博士（Dr. Jesse Zondervan）说："我们面临的挑战是如何将这些全球地图与河流数据结合起来，同时考虑到不确定性。我们将所有数据输入牛津大学的超级计算机，模拟物理、化学和水文过程的复杂相互作用。通过拼凑这幅巨大的行星拼图，我们最终可以估算出这些岩石风化并将其古老的碳排放到空气中时所释放的二氧化碳总量。

然后，我们可以将这一数据与硅酸盐矿物的自然岩石风化所能吸收的二氧化碳量进行比较。研究结果发现，在许多大面积区域，风化是二氧化碳的来源，这对目前关于风化如何影响碳循环的观点提出了挑战。二氧化碳释放的热点集中在隆起率高、沉积岩裸露的山脉，如喜马拉雅山脉东部、落基山脉和安第斯山脉。研究发现，岩石有机碳风化产生的全球二氧化碳释放量为每年 68 兆吨碳。"

罗伯特-希尔顿教授（牛津大学地球科学系）是 ROC-CO2 研究项目的负责人，该项目资助了这项研究："这比现今人类燃烧化石燃料所排放的二氧化碳少约100倍，但却与世界各地火山所释放的二氧化碳量相近，这意味着它是地球自然碳循环中的一个关键角色。"

影响和未来方向

在地球的过去，这些通量可能发生了变化。例如，在造山运动时期，许多含有有机物的岩石被抬升，二氧化碳的释放量可能会更高，从而影响过去的全球气候。

目前和未来的工作正在研究人类活动导致的侵蚀变化，以及人为气候变化导致的岩石升温，会如何增加这种自然碳泄漏。研究小组现在提出的一个问题是，这种二氧化碳的自然释放在未来一个世纪是否会增加。希尔顿说："目前我们还不知道--我们的方法使我们能够提供一个可靠的全球估计值，但还不能评估它将如何变化。"

"虽然岩石风化释放的二氧化碳与当今人类的排放量相比微不足道，但加深对这些自然通量的了解将有助于我们更好地预测碳预算"，Zondervan 博士总结道。