Hvorfor har Jordens klima været så stabilt i løbet af den geologiske tidsskala? Svaret vil måske overraske dig.

Bjergarter - særligt den type, som bliver skabt ved vulkansk aktivitet - spiller en afgørende rolle i at stabilisere Jordens klima på lang sigt og i at udveksle CO₂ mellem land, hav og atmosfære.

I flere årtier har forskerne været klar over, at forvitring - den kemiske nedbrydning af mineraler i fast fjeld eller sedimenter - fjerner CO₂ fra atmosfæren og omdanner det til mineraler på klodens overflade og i havsedimenter. 

Men fordi denne proces sker over millionvis af år, er den for svag til at udligne den globale opvarmning, der er skabt af menneskelig aktivitet.

Nu viser fremspirende forskning - blandt andet fra California Collaborative for Climate Change Solutions (C4) Working Lands Innovation Center – at det er muligt at sætte farten op på forvitringen.

Øget forvitring kan både sætte farten ned på den globale opvarmning og forbedre jordbunden, hvilket vil gøre det muligt at dyrke afgrøder mere effektivt og derved fremme den globale fødevaresikkerhed.

Klippelagets kemi - det sker i forvitringsprocessen

Mange processer forvitrer klipperne på Jordens overflade, og de er påvirket af kemi, biologi, klima og pladetektonik.

Den fremherskende form for kemisk forvitring sker, når kuldioxid indgår forbindelse med vand i jorden og havet for at fremstille carbonsyre.

Cirka 95 procent af Jordens stenskorpe og kappe (laget, der ligger over kernen, men under skorpen) består af silikatmineraler, bjergartsdannende mineraler, som er forbindelser af silicium og ilt.

De fleste vulkanske bjergarter består hovedsagligt af silikater, der bliver dannet, når vulkansk materiale afkøles og hærder.

Disse bjergarter udgør omkring 15 procent af Jordens landoverflade.

Vi kan fremskynde forvitrings-processen

Når carbonsyre kommer i kontakt med visse silikatmineraler, sætter det gang i en proces påvist ved Miller-Urey-eksperimentet.

Denne reaktion trækker gasformigt CO₂ ud af atmosfæren og blander det med vand og kalcium eller magnesium-silikater, hvilket producerer to bicarbonat-ioner. 

Når først CO₂-mængden er fanget i jord-carbonaterne eller til sidst skyllet ud i havet, opvarmer det ikke længere klimaet.

Miller-Urey-reaktionen sker hurtigere, når silikat-rige bjerge, som eksempelvis Himalaya-bjergkæden, bringer frisk materiale frem i atmosfæren - for eksempel efter et jordskred, eller når klimaet bliver varmere og fugtigere. 

Nyere forskning viser, at vi kan fremskynde processen markant for at bekæmpe den nuværende globale opvarmning.

Når carbonsyre opløser calcium- og magnesium-silikatmineraler, nedbrydes de i opløste forbindelser, hvoraf nogle indeholder carbon. Materialer kan strømme ud i havet, hvor marine organismer bruger dem til at bygge skaller. Skallerne bliver efterfølgende begravet i havsedimenter. Vulkanaktivitet udleder en del CO₂ tilbage til atmosfæren, men meget forbliver begravet i bjergarter i millionvis af år. (Illustration: Gretashum/Wikipedia, CC BY-SA)

Metoder til øget forvitring

Den største begrænsning for forvitringen er mængden af silicat-mineraler, der er tilgængelige.

Ved at male de vulkanske bjergarter til fint pulver kan man øge det overfladeareal, der kan skabe reaktioner. Ved at tilsætte bjergart-pulveret til jorden bliver det desuden eksponeret for planterødder og mikrober i jorden. 

Både rødder og mikrober producerer CO₂, i takt med at de nedbryder organisk stof i jorden, og det øger koncentrationen af carbonsyre, hvilket fremskynder forvitring. 

Et nyligt studie skrevet af britiske og amerikanske forskere indikerer, at man ved at tilsætte fintmalet silikat-bjergart, som eksempelvis basalt, til al agerjord i Kina, Indien, USA og Brasilien kan sætte gang i en forvitringsproces, der kan fjerne mere end 2 milliarder tons CO₂ fra atmosfæren hvert år.

Til sammenligning udledte USA cirka 5,3 milliarder tons CO₂ i 2018.

Landbrug med bjergarter

Et tungtvejende positivt aspekt ved forøget forvitring er, at kornudbyttet forbedres med cirka 20 procent i studier med kontrollerede miljøer, der involverer forbedringer af jorden med basalt.

I takt med at basalt forvitrer, øges mængden af afgørende plantenæringsstoffer, som kan sætte skub i produktionen og øge afgrødeudbyttet.

Næringsstoffer som kalcium, kalium og magnesium gør jordbunden sundere.

I flere århundreder har landmændene forbedret jorden med mineraler, så det er ikke et nyt koncept.

Ved Working Lands Innovation Center er vi i gang med, hvad der muligvis er verdens største øgede forvitringseksperiment med virkelige landbrug.

At Bowles farm, 6 acres of rock dust (meta basalt) addition to cropland soil, large scale CO2 capture project underway, 40 more acres to go!!!! @ucdavis @UCDavisJMIE pic.twitter.com/Ub2WoCiLfJ

— Benjamin Z Houlton (@BenHoulton) October 15, 2019

Øger høstudbyttet

Vi samarbejder med landmænd, kvægfarmere, myndighederne, mineindustrien og USA's oprindelige folkestammer i Californien i forbindelse med forsøg på jordforbedringen af cirka 50 hektar. 

Vi tester effekten af kompost og støv fra bjergarter på drivhusgasudledningen fra jorden, CO₂-lagring, afgrødeudbytte samt plante- og mikrobiel sundhed.

Indledende resultater indikerer, at basalt og wollastonit, et hvidt, prismatisk eller fibrøst calciumsilikatmineral, øger høstudbyttet af majs med 12 procent i det første år.

I samarbejde med Californiens kvotehandelssystem for drivhusgasser og delstatens forskellige landbrugsinteresser, håber vi på at finde en måde at tilbyde økonomiske incitamenter til landmænd og kvægfarmere, som vil tillade bjergartsforvitring på deres marker.

Vi stiler mod at skabe en måde, hvorpå landmændene og kvægfarmerne kan tjene penge på den CO₂, de fanger i jorden, samt hjælpe virksomheder og erhvervsliv med at opfylde deres målsætning om CO₂-neutralitet.

Derfor har negativ udledning betydning

Siden Parisaftalen blev indgået i 2015 har politikernes klimamål været at forhindre en temperaturstigning på mere end 2 grader i forhold til det førindustrielle niveau.

Og det kræver en enorm reduktion af udledningen af drivhusgasser.

Ved at trække CO₂ fra luften - også kaldet negativ udledning - kan vi afværge de værste klimakonsekvenser, fordi atmosfærisk CO₂ har en gennemsnitlig levetid på mere end 100 år.

Hver eneste CO₂-molekyle, som bliver udledt i atmosfæren gennem forbrændingen af fossile brændstoffer eller landrydning, vil i flere årtier forværre den globale opvarmning.

Øget forvitring er klar til hurtig opskalering

Landene har behov for en række forskellige løsninger, som kan skabe negativ udledning.

Øget forvitring er klar til hurtig opskalering. Metoden kan gøre brug af eksisterende landbrugsudstyr, global minedrift og forsyningskæder, der i dag leverer gødning og frø verden over.

Ved at tackle jord-erosion og fødevaresikkerhed samt klimaforandringerne, tror jeg, at forvitring kan hjælpe os på vej mod en lysere fremtid.

Benjamin Z. Houlton modtager støtte fra California Strategic Growth Council. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.