Вивітрювання порід виявилося суперечливим регулятором вуглецю

Класичний погляд: вивітрювання як стабілізатор клімату

У 1980–1990-х роках Роберт Бернер (Robert Berner) та колеги формалізували, як вивітрювання силікатів реагує на концентрацію CO₂ в атмосфері та температуру. Вони описали негативний зворотний зв’язок: більше CO₂ — тепліший клімат і кисліші дощі, що прискорює вивітрювання, а воно, своєю чергою, вилучає CO₂ з атмосфери.

Пізніше Морін Реймо (Maureen Raymo) та Вільям Раддіман (William Ruddiman) припустили, що підняття гірських хребтів, зокрема Гімалаїв, могло охолодити Землю в кайнозої, оголюючи свіжі породи для ерозії. Франсіс Макдональд (Francis Macdonald) з колегами пов’язали вулканізм у зонах субдукції та пов’язане з ним вивітрювання з великими кліматичними переходами. Усе це закріпило уявлення, що горотворення і оголення порід загалом сприяють прохолоднішому клімату.

Темний бік: коли породи вивільняють вуглець

Буфе наголошує, що вилучення CO₂ — лише одна сторона балансу. Вивітрювання та ерозія також можуть вивільняти вуглець. Окиснення викопного органічного вуглецю в осадових породах і сульфідних мінералів, таких як пірит, постачає CO₂ в атмосферу — у деяких ландшафтах на рівні, що конкурує або навіть перевищує поглинання через силікатне вивітрювання.

У роботі Буфе, Джеремі Рюгенштайна (Jeremy Rugenstein) та Нільса Говіуса (Niels Hovius), опублікованій у Science у 2024 році, зібрано глобальні дані, які показують, що гірські хребти можуть бути не лише поглиначами, а й джерелами вуглецю. Баланс між поглинанням і викидами залежить від складу порід, швидкості ерозії та руху води.

Наприклад, у Південних Альпах Нової Зеландії швидка ерозія вуглецевмісних осадових порід може зміщувати баланс у бік чистих викидів. Натомість вулканічні дуги, де домінує свіжий базальт, частіше сприяють вилученню CO₂.

Біологія, гідрологія та масштаб ускладнюють картину

Ситуація стає ще складнішою, коли врахувати живі організми та водний режим. С’юзан Брантлі (Susan Brantley) з колегами у 2023 році показали, що глибина та будова критичної зони — «вивітрілої шкіри» Землі, де взаємодіють порода, ґрунт, вода й життя, — визначають, скільки мінеральної поверхні доступно для реакцій.

Рослинність, мікроорганізми та органічна речовина ґрунту можуть як прискорювати розчинення мінералів, так і екранувати їх від інфільтрації води. Тим часом органічний вуглець постійно еродує з ґрунтів, переноситься річками, відкладається у заплавах і дельтах або знову окиснюється до CO₂.

Дослідження під керівництвом Роберта Гілтона (Robert Hilton) та А. Дж. Веста (A. J. West) описали цей біосферний вуглецевий цикл, а робота Гійома Суле (Guillaume Soulet) з колегами оцінила, наскільки ефективно біосфера обмінюється вуглецем з атмосферою через ерозію. Це ускладнює будь-які спроби розглядати вивітрювання як односторонній «насос» вуглецю.

С’ю Танк (Sue Tank) з колегами показали, що в умовах вічної мерзлоти на високих широтах доля вуглецю, утвореного вивітрюванням у струмках і озерах, може різко змінюватися зі зміною клімату.

Велике значення має просторовий масштаб. Потік вивітрювання, виміряний на одному схилі, не обов’язково лінійно переноситься на рівень усього басейну річки, а оцінки на рівні басейну — на рівень гірських систем чи континентів. Запас свіжої мінеральної поверхні, стік, температура та літологія накладають власні залежності, які можуть змінювати знак у різних середовищах.

У гарячих вологих тропічних базальтових регіонах вивітрювання може бути надзвичайно швидким і обмеженим саме наявністю свіжих мінералів. У холодних, посушливих або транспортно обмежених умовах ті самі породи вивітрюються дуже повільно.

Час додає ще один рівень складності. Імпульси тектонічного підняття або льодовикового подрібнення оголюють свіжу породу, яка спочатку вивітрюється швидко, але згодом темп падає, коли легкорозчинні мінерали вичерпуються. На мільйонолітніх шкалах це означає, що сучасні потоки вивітрювання частково відображають давній клімат і тектоніку, тож небезпечно трактувати їх як просту реакцію на нинішні умови.

Міждисциплінарна головоломка та невизначений «геологічний термостат»

Додаткову складність створюють межі між науковими дисциплінами. Геохіміки, які відстежують розчинені іони в річках, геоморфологи, що вимірюють ерозію та транспорт осадів, ґрунтознавці, екологи та кліматичні моделювальники — усі вони тримають у руках різні частини однієї головоломки.

Буфе вважає, що лише дослідження, які охоплюють різні просторові й часові масштаби та поєднують ці дисципліни, дозволять зрозуміти, як вивітрювання модулює вуглецевий цикл у світі, що теплішає.

У міру зміни клімату змінюватиметься й саме вивітрювання: підвищення температур і зміна гідрологічного режиму прискорять деякі реакції, танення вічної мерзлоти відкриє нові мінеральні поверхні та вивільнить давній органічний вуглець, а посилення штормів активізує транспорт осадів способами, які моделі лише починають враховувати.

Чи допоможе цей «геологічний термостат» пом’якшити антропогенне потепління, і на яких часових масштабах, залишається відкритим і надзвичайно важливим питанням.

Посилене вивітрювання і ризики для ринку вуглецевих кредитів

На тлі цієї реальної наукової невизначеності Буфе переходить до найгострішої критики. Посилене вивітрювання — практика розсипання подрібнених силікатних порід, наприклад базальту, на сільськогосподарські поля для прискорення вилучення CO₂ — стрімко набирає популярності як стратегія видалення вуглецю.

Зростає індустрія, що продає вуглецеві кредити, виходячи з припущення, що певна, нібито вимірювана й постійна частка внесеної породи розчиняється, а утворений бікарбонат означає довготривале зв’язування вуглецю. З’являються комерційні рейтинги «найкращих» проєктів посиленого вивітрювання, а ринок розширюється швидше, ніж наука встигає задати надійні рамки.

У супровідному огляді в Nature Reviews Earth & Environment Максиміліан Шідунг (Maximilian Schiedung) з колегами описали значні невизначеності у вимірюванні, звітуванні та верифікації результатів посиленого вивітрювання — від реальної швидкості розчинення в ґрунтах до утворення вторинних карбонатів, які можуть повернути вуглець в атмосферу.

Буфе стверджує, що нині видавати вуглецеві кредити за посилене вивітрювання передчасно. Ті самі складнощі, які роблять природне вивітрювання важким для кількісної оцінки — конкуренція джерел і поглиначів, залежність від літології, гідрології, біології та часу — повною мірою стосуються й інженерних рішень.

Подрібнена порода, внесена на одне поле, може поводитися зовсім інакше, ніж на іншому. Чистий кліматичний ефект має враховувати вуглецеві витрати на видобуток, подрібнення та транспортування породи, а також можливі викиди закису азоту та інших парникових газів, які можуть спричинити ґрунтові добавки.

Без надійних, контекстно специфічних вимірювань того, скільки вуглецю насправді вилучається і на який час, вуглецеві кредити ризикують монетизувати припущення, а не перевірений результат, підриваючи довіру до системи видалення вуглецю загалом.

Не відмовлятися, а спершу розібратися

Водночас Буфе не закликає відмовлятися від посиленого вивітрювання. Вивітрювання порід залишається одним із найперспективніших і потенційно масштабованих шляхів до негативних викидів, заснованим на процесі, що регулював клімат Землі еонами.

Щоб реалізувати цей потенціал відповідально, потрібні інвестиції у фундаментальну науку: довготривалі польові експерименти в різних кліматах і типах ґрунтів, кращі трасери розчинення мінералів і долі вуглецю в річках та океанах, а також моделі, які враховують заплутану взаємодію тектоніки, ерозії, гідрології та життя.

Геологічний термостат реальний, але це не проста ручка регулювання. Щоб перетворити вивітрювання порід на надійний інструмент боротьби зі зміною клімату, а не на застережну історію про те, як ринок випередив науку, потрібно спершу зрозуміти, як влаштовані його «шестерні» — і чому деякі з них іноді крутяться у протилежний бік.

Вивітрювання порід виявилося суперечливим регулятором вуглецю з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com