地質碳匯

李采 何慶成 郭朝斌

近年來，以二氧化碳（CO2）為代表的溫室氣體濃度越來越高，使地球愈發“火熱”。“全球沸騰的時代到來！”聯合國秘書長古特雷斯對全球變暖發出這樣的警告。對此，人類該怎樣應對？讓我們一起踏上這段關于碳平衡的探索、發現、行動之旅吧！

碳在地球上的旅程

碳從哪里來？

地球上所有的碳都來自太空。

碳在地球上的分布

目前，盡管我們對地球上的碳總量仍不知曉，但對于從地殼到大氣層這段薄層中的碳，人們已經有了初步估算，并對碳在巖石圈、水圈、生物圈以及大氣圈之間的循環也有了基本認識。

在這4個圈層中，巖石圈碳含量最大，其次是水圈，接下來是生物圈，最后是大氣圈。

數百萬年的循環

碳是移動的，它從一個圈層運動到另一個圈層，用數百萬年完成一個循環：

最初，含碳物質隨著地球深部的熾熱巖漿從火山噴出，在噴發的過程中，巖漿中的含碳物質發生脫碳反應，產生二氧化碳、水、一氧化碳等氣體，形成最早期的大氣。

隨后，大氣中的一部分二氧化碳用于植物的光合作用，形成植物的一部分，植物通過食物鏈又成為動物身體的一部分。動、植物死后，這些含碳的有機物開始分解，一部分成為二氧化碳或甲烷，回到大氣中；另一部分隨著成礦作用成為沉積物，再經過漫長的地質演化，成為巖石，返回地殼。

同時，大氣中的另一部分二氧化碳會通過溶解作用進入河流、湖泊與大海，轉化為碳酸。遇到水中的鈣、鎂離子后，碳酸便會與之反應，沉淀下來形成碳酸鹽礦物，成為地殼、洋殼的一部分。

不僅如此，大氣中還有一部分二氧化碳會與地表一些巖石反應，形成碳酸鹽；巖石也可能被降水、地表水溶解，形成碳酸氫根。碳酸鹽和碳酸氫根進入水體，參與水生植物光合作用，形成生物形式的碳。

80萬年以來地球大氣中平均二氧化碳濃度變化

回到巖石圈的碳隨著板塊運動，在俯沖帶進入地球深部，成為巖漿的一部分，開始下一個循環……

碳的平衡被打破

數十億年來，碳在從地球深部向地表運動的循環中已達到某種平衡，這種平衡維持了氣候與環境的相對穩定。

然而，科學家從南極冰心氣泡包含的信息中得知，在過去的幾百萬年里，大氣中二氧化碳的濃度在200 ppm（百萬分比濃度）至280 ppm之間波動。但在20世紀中期，大氣中二氧化碳濃度突破了300 ppm；到2015年，這個值已超過了400 ppm。短短60多年間，大氣中二氧化碳濃度的上升速度遠遠超過了幾百萬年前的任何時候。與此同時，大氣中甲烷濃度增加了2倍；1880年地球有溫度記錄以來，全球的平均氣溫總體在持續升高。

同一時期內，大氣中二氧化碳、甲烷的濃度與全球氣溫都出現了快速增加的趨勢，宣告著碳的平衡已被打破。在過去的這100多年中，為了發展，人類竭盡所能地把藏在巖石圈中的含碳化石能源采掘出來，將它們燃燒，從而驅動機器的運轉。人類因此進入了現代文明，同時也付出了代價——化石能源燃燒后的產物二氧化碳，被源源不斷地排入了大氣，一層一層地將地球裹起來，地球變得越來越熱，極端天氣頻頻出現。

地質碳匯——重建和諧的碳平衡

地質作用來幫忙

面對前所未有的危機，一方面，我們應當盡量減少向大氣排放大量的二氧化碳；另一方面，應當對排放到大氣中的二氧化碳進行正確處理。通常，人們把從大氣中減少二氧化碳的過程稱為碳匯。通過地質作用與工程措施，把大氣中多余的二氧化碳放回巖石圈的過程，被稱為地質碳匯。

? 由于全球變暖加劇，極端天氣頻發

地質碳匯可以是消耗了二氧化碳的地質活動，也可以是把二氧化碳捕集起來注入地層中的過程。

吸收二氧化碳的神奇石頭

如何把大氣中的二氧化碳放回巖石圈，大自然給了我們無比“高明”的啟示——硅酸鹽巖在風化過程中會吸收二氧化碳。在地質歷史的漫漫長河中，當溫度升高，硅酸鹽巖吸收二氧化碳的速率也隨之上升；當溫度降低，其吸收速率則放慢。這很像一個溫控器，不斷調節著大氣中二氧化碳的濃度，使地球溫度保持相對穩定。

硅酸鹽巖中形成的白色網狀碳酸鹽巖脈（供圖/曾令森）

像蛇綠巖一樣可以吸收二氧化碳的還有橄欖巖（左）、玄武巖（右）

例如，在阿拉伯半島阿曼的雄偉山地中，有一種奇特的巖石——蛇綠巖，它是因地幔巖石在板塊作用下沖到玄武巖洋殼之上形成的，富含鎂元素和鈣元素。當蛇綠巖暴露在大氣中時，便會與二氧化碳反應，生成碳酸鎂與碳酸鈣，成為像網一樣交織的白色巖脈。蛇綠巖分秒不停地消耗著大氣中的二氧化碳，阿曼所擁有的蛇綠巖足以消耗人類產生的所有二氧化碳。

把二氧化碳“塞”進地下深處

盡管蛇綠巖足以消耗人類產生的所有二氧化碳，但這需要很長的時間，而地球急需得到碳平衡。于是，我們將目光投向了另一種地質碳匯的方法——將大氣中或準備向大氣排放的二氧化碳捕集起來，注入上千米深的地層中。

采出石油、天然氣的那些地層，是最理想的二氧化碳封存之處，其次是那些深度相仿的咸水層，再者是那些富含甲烷且不易開采的煤層。據估算，全球可封存二氧化碳的地層有約10萬億噸的潛力，同樣相當于人類產生的所有二氧化碳。相比蛇綠巖，這種方法更加有效、可控。

當然，我們還有很多希望。森林、草地、湖泊、河流、大海，自然界有許多能夠吸收利用二氧化碳的寶貴資源。我們每一個人的行動力，更是最大的希望——改變依賴能源的類型、保護生態環境、增加植被、發展科技……讓大氣中的二氧化碳越來越少，實現“碳中和”，重建碳平衡！

（責任編輯 / 代竹蕊? ? 美術編輯 / 韋英章）