通古拉瓦火山在黃昏時(shí)分噴發(fā)。地球?qū)?nèi)部的碳釋放到地表的方式之一是通過火山噴發(fā)。
攝影：MIKE THEISS，NAT GEO IMAGE COLLECTION
成年后我一直隨身攜帶著大約12公斤的碳。其實(shí)，你也一直在搬運(yùn)著碳：你身體的近18%由碳原子組成。所有這些碳原子都來自我們曾經(jīng)吃的食物，在那之前，碳存在于空氣、海洋、巖石和其他形式的生命中。碳是一種由爆炸的恒星產(chǎn)生的元素，對所有生命形式都是必不可少的，因此，你可能會(huì)對地球上90%以上的碳都在地下的事實(shí)感到吃驚。
更值得注意的是，研究者發(fā)現(xiàn)，以微生物和細(xì)菌形式存在的生命，在我們腳下數(shù)公里處繁衍生息，其含碳總量是地球上77億人碳含量的400倍。地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)之一位于地球深處，這只是為期10年的深碳觀測計(jì)劃（DCO）的眾多發(fā)現(xiàn)之一。DCO召集了來自55個(gè)國家的1200名研究人員，致力于探索地球的內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月24日至26日，來自世界各地的數(shù)百名科學(xué)家齊聚華盛頓參加DCO會(huì)議，共同分享和慶祝研究成果。
“我們現(xiàn)在知道，地球的生物圈和巖石圈是一個(gè)完整而復(fù)雜的系統(tǒng)，碳是其中的關(guān)鍵，”卡內(nèi)基科學(xué)研究所的DCO執(zhí)行理事Robert Hazen說?！斑@是對地球的一種全新思考方式，” Hazen在一次采訪中表示。
在過去的十年里，DCO啟動(dòng)了268個(gè)項(xiàng)目，發(fā)表了1400項(xiàng)同行評審的研究。以下是幾十個(gè)關(guān)于地球深處的驚人新發(fā)現(xiàn)的重要部分，其中包括地球深處在孕育生命方面的作用。
吸收碳，釋放碳
經(jīng)過億萬年的俯沖運(yùn)動(dòng)過程，海洋板塊下沉到大陸板塊之下，動(dòng)植物排放的碳隨之進(jìn)入地球深處。研究者在地表以下410到660公里處形成的鉆石中發(fā)現(xiàn)了這種曾經(jīng)存在的碳。只要有足夠的時(shí)間，這些以鉆石、巖石或火山釋放的二氧化碳形式存在的碳就會(huì)重返地表，再次接受太陽的照射。
換句話說，就像我們一樣，地球也在不斷地吸收和釋放碳，通常以二氧化碳的形式。這個(gè)曾經(jīng)穩(wěn)定的碳循環(huán)已經(jīng)因我們加速向地表輸送碳而遭破壞，主要原因是人類不斷挖掘和燃燒大量的碳?xì)浠衔铮ㄊ?、天然氣和煤炭）。與此同時(shí)，砍伐森林、修建城市和道路，以及以其他方式改變地球表面，都削弱了地球吸收碳的能力。
Hazen說，對碳循環(huán)的破壞就是我們所謂的氣候危機(jī)。
triazolite 是DCO的碳礦物挑戰(zhàn)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)的31種新的含碳礦物之一，該礦物發(fā)現(xiàn)于智利。triazolite被認(rèn)為部分來源于鸕鶿的鳥糞。
供圖：JOY DESOR，MINERALANALYTIK ANALYTICAL SERVICES
“氣候變化對人類的生存構(gòu)成了威脅，不是在遙遠(yuǎn)的未來，而是在未來一兩代人的時(shí)間里，”他說。
在未來的20到40年里，來自化石燃料的二氧化碳排放必須被消除，大氣中已經(jīng)存在的大量二氧化碳必須被清除，以防止全球變暖達(dá)到非常危險(xiǎn)的水平。
然而，DCO揭示的關(guān)于深層碳循環(huán)的新發(fā)現(xiàn)給了Hazen希望。他說，有些天然的碳封存方法“非常有效”。
觀測巖石形成
其中一種固碳方法涉及很久以前從地球的上地幔中突起的一大片巖石，位于如今的阿曼。這些巖石被稱為塞馬伊勒蛇綠巖，其風(fēng)化作用和內(nèi)部的微生物可吸收空氣中的二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為碳酸鹽礦物。
Hazan說，這個(gè)過程非常高效，“你甚至可以親眼看到大氣中的二氧化碳被吸收，然后以巖石的形式堆積在你眼前。”
科學(xué)家開展了將富含碳的流體注入到蛇綠巖巖層的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)碳酸鹽礦物形成非常迅速。這可能會(huì)有助于清除大氣中的數(shù)十億噸二氧化碳，不過這將是一個(gè)巨大的項(xiàng)目，對依賴石油收入的阿曼來說，情況將會(huì)大不相同，Hazan說。
科學(xué)家在北美、非洲和其他地方也發(fā)現(xiàn)過蛇綠巖。另一種自然的碳封存方法涉及來自玄武巖巖層的巖石，就像科學(xué)家在夏威夷發(fā)現(xiàn)的那樣，當(dāng)這類巖石被壓碎時(shí)，可從空氣中吸收二氧化碳。在冰島，DCO的另一個(gè)自然碳封存項(xiàng)目CarbFix曾將含碳液體注入玄武巖，觀測玄武巖向固體的轉(zhuǎn)變情況。
關(guān)于地球吸收碳的能力的新發(fā)現(xiàn)“給了我巨大的信心，” Hazen說。
洞察外星生命
DCO還增強(qiáng)了人們對其他星球上存在生命可能性的樂觀態(tài)度。純鉆石完全由碳元素構(gòu)成，但大多數(shù)鉆石都含有少量雜質(zhì)。這類鉆石可能只能做成廉價(jià)的珠寶，但在研究卻中是無價(jià)之寶。這些被稱為內(nèi)含物的雜質(zhì)表明“非生命的”甲烷是地球深處生命的能量來源。
當(dāng)水與無處不在的礦物橄欖石在高壓下相遇時(shí)，橄欖石會(huì)轉(zhuǎn)變成另一種礦物蛇紋石，同時(shí)產(chǎn)生非生物的甲烷。如果微生物能在如此的極端高溫和高壓下利用巖石中的化學(xué)能量生存，那么其他星球上的微生物也可能如此。
這一發(fā)現(xiàn)也支持了生命最初起源、進(jìn)化于地球深處的觀點(diǎn)，而不是像科學(xué)家普遍認(rèn)為的最初的地點(diǎn)是海洋。
阿爾弗雷德·P·斯隆基金會(huì)的科學(xué)顧問、洛克菲勒大學(xué)的Jesse Ausubel稱，“深碳觀測計(jì)劃為上述假說提供了重要證據(jù)。”
鉆石也為DCO的研究人員提供了地球深處的水比地球上所有海洋含水量都要多的證據(jù)，只是大部分都以離子的形式封存于礦物晶體中，而不是以液態(tài)水的形式存在。研究者認(rèn)為，和碳一樣，大陸和海洋板塊在俯沖過程中也把水帶到了地球深處。
地球的警報(bào)
DCO對火山釋放的氣體進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果首次探測到哥斯達(dá)黎加的一座火山在噴發(fā)之前二氧化碳與二氧化硫排放量的比率發(fā)生變化，從而提供了一個(gè)潛在的早期預(yù)警系統(tǒng)。
圣安德魯斯大學(xué)的Sami Mikhail表示：“火山釋放的氣體比例可能在火山噴發(fā)前發(fā)生變化只是一種理論，但DCO使我們有機(jī)會(huì)去尋找答案。這就像一個(gè)門鈴，告訴我們是不是有人在敲門。”
幾座位于人口稠密地區(qū)的火山目前都處于監(jiān)測之中，其中包括厄瓜多爾的通古拉瓦火山、意大利的埃特納火山和蒙特色拉特島的蘇弗里埃爾山。這些和其他火山監(jiān)測站也提供了確鑿的證據(jù)，表明與燃燒化石燃料相比，火山排放的二氧化碳只占很小的一部分。一些否認(rèn)氣候變化的人一直將大氣中二氧化碳濃度的上升歸咎于火山。
DCO的未來
雖然DCO的任務(wù)已經(jīng)結(jié)束，但在NASA、美國國家科學(xué)基金會(huì)、德國研究基金會(huì)、加拿大高級研究所和其他機(jī)構(gòu)的資助下，深碳觀測計(jì)劃的科學(xué)家將繼續(xù)開展現(xiàn)有的和新的研究。
巴黎地球物理研究所將作為深碳觀測計(jì)劃的新總部。
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