Một nghiên cứu từ Đại học Oxford cho thấy quá trình phong hóa đá có thể là nguồn tạo ra carbon dioxide chính, có thể so sánh với lượng khí thải từ núi lửa. Cái nhìn sâu sắc này rất quan trọng cho việc dự báo ngân sách carbon trong tương lai. Nghiên cứu mới đã đảo ngược quan niệm thông thường rằng phong hóa đá tự nhiên hoạt động như một bể chứa carbon dioxide giúp loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển. Ngược lại, quá trình phong hóa đá tự nhiên cũng là nguồn cung cấp carbon dioxide khổng lồ, có thể so sánh với lượng khí thải từ núi lửa.
Đá trầm tích ở hai bên bờ sông Mackenzie ở Canada, một lưu vực sông lớn nơi phong hóa đá là nguồn tạo ra carbon dioxide. Nguồn hình ảnh: Robert Hilton
Những kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc lập mô hình các kịch bản biến đổi khí hậu, nhưng mô hình khí hậu hiện không thu được lượng carbon dioxide do phong hóa đá thải ra. Công việc trong tương lai sẽ tập trung vào việc liệu hoạt động của con người có làm tăng sự giải phóng carbon dioxide từ quá trình phong hóa đá hay không và làm thế nào để kiểm soát được điều này.
Một sự thay đổi mô hình trong việc tìm hiểu chu trình carbon
Một nghiên cứu mới do Đại học Oxford dẫn đầu đã đảo ngược ý tưởng phong hóa đá tự nhiên như một bể chứa carbon dioxide, cho thấy phong hóa đá tự nhiên cũng có thể hoạt động như một nguồn carbon dioxide khổng lồ, với vai trò tương đương đến núi lửa. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature ngày 4/10 và có ý nghĩa rất lớn trong việc mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu.
Đá phiến ở vùng núi Mackenzie xa xôi của Canada chứa một lượng lớn carbon hữu cơ trong đá và là điểm nóng giải phóng carbon dioxide. Nguồn: Robert Hilton
Đá và chu trình cacbon
Đá chứa một lượng lớn carbon, là tàn tích cổ xưa của thực vật và động vật hàng triệu năm trước. Điều này có nghĩa là “chu trình carbon địa chất” hoạt động giống như một bộ điều nhiệt, giúp điều hòa nhiệt độ Trái đất. Ví dụ, trong quá trình phong hóa hóa học, khi một số khoáng chất bị xói mòn bởi axit yếu trong nước mưa, đá sẽ hấp thụ carbon dioxide. Quá trình này giúp bù đắp lượng khí carbon dioxide thải ra liên tục từ các núi lửa trên khắp thế giới và tạo thành một phần của chu trình carbon tự nhiên của Trái đất, giữ cho bề mặt hành tinh có thể tồn tại sự sống trong một tỷ năm hoặc hơn.
Phát hiện cơ chế giải phóng carbon dioxide mới
Tuy nhiên, nghiên cứu mới này là nghiên cứu đầu tiên đo lường một quá trình tự nhiên khác trong đó đá giải phóng carbon dioxide vào khí quyển và nhận thấy rằng nó cũng quan trọng như quá trình được giải phóng bởi các núi lửa trên khắp thế giới. Hiện nay, hầu hết các mô hình chu trình cacbon tự nhiên đều không bao gồm quá trình này.
Sạt lở đất ở vùng cao nguyên thuộc dãy Andes thuộc Peru tạo ra những tảng đá chứa đầy chất hữu cơ, giải phóng carbon dioxide. Nguồn: Robert Hilton
Quá trình này xảy ra khi các tảng đá hình thành dưới đáy biển cổ đại (nơi thực vật và động vật bị chôn vùi trong trầm tích) bị đẩy trở lại bề mặt Trái đất, ví dụ như khi các dãy núi như dãy Himalaya hay dãy Andes được hình thành. Điều này cho phép carbon hữu cơ trong đá tiếp xúc với oxy trong không khí và nước, khiến nó phản ứng và giải phóng carbon dioxide. Điều này có nghĩa là đá bị phong hóa có thể là nguồn cung cấp carbon dioxide, chứ không phải là bể chứa như người ta thường nghĩ.
Phương pháp và kết quả
Việc đo lượng carbon dioxide được giải phóng bằng cách phong hóa carbon hữu cơ trong đá cho đến nay vẫn còn khó khăn. Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nguyên tố đánh dấu (rhenium) được giải phóng vào nước khi carbon hữu cơ trong đá phản ứng với oxy. Sự giải phóng carbon dioxide có thể được định lượng bằng cách đo nồng độ rheni trong nước sông. Tuy nhiên, việc lấy mẫu tất cả nước sông trên khắp thế giới để có được ước tính toàn cầu sẽ là một thách thức lớn.
Để mở rộng phạm vi bề mặt Trái đất, các nhà nghiên cứu đã làm hai việc. Đầu tiên, họ tính toán lượng carbon hữu cơ trong những tảng đá gần bề mặt. Thứ hai, họ tính toán nơi carbon hữu cơ này sẽ tiếp xúc nhanh nhất, cụ thể là ở những khu vực miền núi dốc, nơi nó có thể bị xói mòn.
Sự xói mòn nghiêm trọng ở miền nam nước Pháp đã khiến những loại đá trầm tích này tiếp xúc với các quá trình phong hóa, giải phóng carbon dioxide khi carbon hữu cơ cổ xưa bị phân hủy. Nguồn: Robert Hilton
Tiến sĩ Jesse Zondervan, nhà nghiên cứu tại Khoa Khoa học Trái đất tại Đại học Oxford, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: "Thách thức là kết hợp các bản đồ toàn cầu này với dữ liệu về sông, có tính đến những yếu tố không chắc chắn. Chúng tôi đã đưa tất cả dữ liệu vào siêu máy tính tại Đại học Oxford, mô phỏng sự tương tác phức tạp của các quá trình vật lý, hóa học và thủy văn. Bằng cách ghép các câu đố về hành tinh khổng lồ này lại với nhau, cuối cùng chúng tôi có thể ước tính tổng lượng carbon điôxit được giải phóng khi những tảng đá này bị phong hóa và giải phóng cacbon cổ xưa vào không khí. Sau đó, chúng ta có thể so sánh dữ liệu này với lượng cacbon đioxit có thể được hấp thụ bởi quá trình phong hóa đá tự nhiên của các khoáng vật silicat. lượng carbon dioxide toàn cầu thải ra từ quá trình phong hóa carbon hữu cơ trong đá là 68 megaton carbon mỗi năm "
Giáo sư Robert Hilton (Khoa Khoa học Trái đất, Đại học Oxford) là người đứng đầu dự án nghiên cứu ROC-CO2, nơi tài trợ cho nghiên cứu. : "Lượng carbon dioxide này ít hơn khoảng 100 lần so với lượng carbon dioxide mà con người thải ra ngày nay từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, nhưng tương tự với lượng do các núi lửa trên khắp thế giới thải ra, có nghĩa là nó là nhân tố chính trong chu trình carbon tự nhiên của Trái đất."TA GPH10
Tác động và tương lai chỉ dẫn
Những dòng chảy này có thể đã thay đổi trong quá khứ của Trái Đất. Ví dụ, trong thời kỳ hình thành núi, khi nhiều loại đá chứa chất hữu cơ được nâng lên, lượng khí carbon dioxide giải phóng có thể cao hơn, ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu trong quá khứ.
Công việc hiện tại và tương lai đang xem xét những thay đổi về xói mòn do hoạt động của con người gây ra, cũng như sự nóng lên của đá do biến đổi khí hậu do con người gây ra, có thể làm tăng sự rò rỉ carbon tự nhiên này như thế nào. Một câu hỏi mà nhóm nghiên cứu hiện đang đặt ra là liệu lượng khí CO2 thải ra tự nhiên này có tăng lên trong thế kỷ tới hay không. Hilton cho biết: “Chúng tôi vẫn chưa biết – phương pháp của chúng tôi cho phép chúng tôi đưa ra ước tính toàn cầu đáng tin cậy, nhưng chưa đánh giá được nó sẽ thay đổi như thế nào”. Tiến sĩ Zondervan kết luận: “Mặc dù lượng carbon dioxide thải ra do phong hóa đá là rất nhỏ so với lượng khí thải của con người ngày nay, nhưng sự hiểu biết sâu sắc hơn về những dòng chảy tự nhiên này sẽ giúp chúng ta dự đoán tốt hơn lượng carbon”.