풍화가 기후에 미치는 영향 첫 연구
- 지구환경 / 문광주 기자 / 2023-02-14 20:23:50
3'50" 읽기
- 화학적 풍화 작용은 암석의 CO2 결합, 수백만 년 동안 지구에서 중요한 기후 완충 역할
- 풍화작용의 CO2 흡수량은 1도당 평균 3.2%씩 증가
- 공기 중에 더 많은 CO2가 있고 지구가 따뜻해지면 풍화와 CO2 격리가 증가
풍화 작용이 없다면 지구는 온실 행성이 될 것이다. 수십억 년 동안 화산은 오늘날의 수준에 비해 대기 중 CO2 수준을 세 배로 늘릴 수 있는 충분한 양의 이산화탄소를 방출했다. 이것은 현무암 및 화강암 암석의 화학적 풍화를 방지했다. 이 화학 과정에서 CO2는 빗물에 용해되어 탄산을 형성한다. 이것은 암석에서 규산염 광물을 느슨하게 하고 그들과 반응하여 탄산염을 형성하기 위해 CO2를 결합한다. 이러한 풍화 산물은 강을 통해 바다에 도달하고 해저에 침전물로 퇴적된다.
풍화가 기후에 미치는 영향
따라서 풍화 작용은 화산 및 기타 과정에서 배출되는 CO2에 대한 중요한 길항제 역할을 한다. 탄소 순환에서 온실가스 이산화탄소를 제거하여 냉각 효과가 있기 때문이다. "요점은 공기 중에 더 많은 CO2가 있고 지구가 따뜻해지면 풍화와 CO2 격리가 증가한다는 것이다"고 펜실베니아 주립 대학의 수석 저자인 Susan Brantley는 설명했다. "반면에 더 시원하면 풍화도 느려진다.“
이 피드백은 CO2 배출과 CO2 격리 사이의 균형을 만들고 수십억 년 동안 지구의 기후를 안정시켰다. 피드백이 없으면 지구는 더 이상 거주할 수 없다. 풍화 작용의 영향 정도는 이 균형이 균형을 잃은 지구 역사의 단계에서 알 수 있다. 남극 빙하와 고생대 및 중생대의 여러 전지구 빙하는 결과적으로 과도한 풍화로 인해 촉발되었을 수 있다. 지각 과정의.
"온도 조절기"는 난방에 얼마나 강하게 반응할까?
"실리케이트 풍화 작용은 지구의 온도 조절 장치 역할을 한다"고 Brantley는 설명했다. 따라서 이론적으로는 적어도 장기적으로 현재의 지구 온난화를 완충할 수 있는 잠재력도 있다. 그러나 문제는 이전에는 온난화에 따라 풍화가 어느 정도까지 증가하는지가 불분명했다는 것이다. 연구팀은 “민감도는 1도당 2% 이상, 많게는 20% 이상일 수 있다”고 설명했다. 실험실 테스트는 복잡하고 장기적인 상호 작용을 완전히 묘사할 수 없기 때문이다.
보다 명확한 설명을 제공하기 위해 Brantley와 그녀의 팀은 기후와 온도 반응에 대한 기후 및 지구화학적 영향에 대해 포괄적인 모델을 만들려고 시도했다. 이를 위해 그들은 다양한 화강암 및 현무암 광물에 대한 실험실 테스트 결과를 평가했으며 전 세계 45개 토양 프로필 및 강 시스템의 측정 데이터를 포함했다. 그들은 이 데이터와 온도에 따른 반응 속도에 대한 Arrhenius 방정식을 사용하여 모델을 만들었다.
두 가지 요인에 의해 제한되는 기후 민감도
분석 결과 풍화에 의존하는 CO2 격리 비율만 고려하면 화강암과 현무암질 암석이 1도당 약 13%의 기후 민감도를 보이는 것으로 나타났다. 온도가 올라갈 때마다 화학적 풍화 작용의 완충 효과는 약 13% 증가한다. "하지만 공간과 시간을 고려할 때에만 실제로 중요한 것이 무엇인지 알 수 있다"고 Brantley는 말했다.
이는 온도와 풍화 사이의 피드백이 두 가지 요인에 의해 심각하게 제한되기 때문이다. 첫 번째 요소는 풍화에 적합한 표면이다. 암석이 노출되고 두꺼운 퇴적층으로 보호되지 않는 곳에서만 암석이 풍화될 수 있다. 예를 들어 산악 지역이나 지각 또는 지질학적 과정의 결과로 지하 암석이 갓 노출된 경우다.
두 번째 제한 요소는 물이다. 화학적 풍화는 빗물이 탄산 형태로 CO2를 흡수하여 암석에서 CO2 결합 반응을 가능하게 하는 충분한 빗물이 있는 경우에만 효과적으로 시작된다. 사막과 건조한 산맥을 포함한 지구의 대부분의 땅에는 노출된 암석이 충분하지만 화학적 풍화 작용을 하기에는 너무 건조하다.
피드백의 효과는 제한적
Brantley와 그녀의 동료들은 "전반적으로, 우리 모델은 지구의 많은 부분이 너무 건조하거나 토양층에 의해 너무 심하게 보호된다는 것을 강조한다"고 보고했다. 따라서 온난화의 경우 풍화가 더 이상 증가할 수 없다. 피드백이 방해를 받는다. 이러한 "차단된" 지역을 고려하면 풍화 작용의 기후 민감도는 지구 규모에서 1도당 약 3.2%로 떨어진다고 팀은 결정했다.
이것은 지구의 자연 온도 조절 장치가 여전히 존재하고 따뜻해지면 점프한다는 것을 의미한다. 그러나 단기 및 중기적으로 인위적인 온난화를 늦추거나 멈추기에는 너무 약하고 너무 느리게 반응한다. Brantley는 "온도 조절기는 작동하지만 프로세스가 매우 느리다는 것이 문제다"고 설명했다. 자연 풍화만으로 인위적인 CO2 증가를 상쇄하려면 수천 년에서 수십만 년이 걸릴 것이다.
이것은 지구 공학에 무엇을 의미할까?
이것은 지구 공학과도 관련이 있다. "지면 현무암을 적용하여 풍화를 높이려면 이러한 요소를 염두에 두어야 한다"고 연구원은 강조했다. 이 지구화학적 CO2 결합이 예를 들어 영양분이 부족한 토양에 현무암 먼지를 뿌리거나 석회로 바다를 "비옥하게" 하는 것과 같이 기후 변화에 대처하는 수단으로 어느 정도까지 사용될 수 있는지에 대해 오랫동안 논의되고 연구되었다.
그러나 이러한 지구화학적 CO2 결합 방법은 복잡할 것이며 이전 연구에서 보여준 것처럼 생태계, 강 및 바다에 부정적인 결과를 초래할 것이다. Brantley와 그녀의 팀은 이제 그러한 인위적으로 강화된 풍화가 특정 지역에서만 작동할 수 있으며 달성된 효과는 우리의 증손자에게만 도움이 될 것임을 확인했다.
(Science, 2023; doi:10.1126/science.add2922)
출처: Science, Penn State
- 화학적 풍화 작용은 암석의 CO2 결합, 수백만 년 동안 지구에서 중요한 기후 완충 역할
- 풍화작용의 CO2 흡수량은 1도당 평균 3.2%씩 증가
- 공기 중에 더 많은 CO2가 있고 지구가 따뜻해지면 풍화와 CO2 격리가 증가
지구의 온도 조절 장치로서의 풍화
모델은 암석에서 결합하는 CO2의 온도 의존성을 정량화한다.
지구화학적 기후 보호:
화학적 풍화 작용은 암석의 CO2를 결합하고 수백만 년 동안 지구에서 중요한 기후 완충 역할을 했다. 연구자들은 처음으로 풍화가 기온 상승에 어떻게 반응하고 어떤 요인이 전 지구적 강도를 결정하는지 포괄적으로 정량화했다. 따라서 풍화작용의 CO2 흡수량은 1도당 평균 3.2%씩 증가한다. 그러나 지구 표면의 많은 부분에서 이 피드백은 물 부족과 노출된 암석으로 인해 차단된다고 연구팀은 Science에 보고했다.
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| ▲ 탄산수의 화학적 풍화작용은 여기 미국 다이아몬드 동굴에 있는 석회암의 구멍과 공동을 먹는다. © James St. John/ CC-by 2.0 |
풍화 작용이 없다면 지구는 온실 행성이 될 것이다. 수십억 년 동안 화산은 오늘날의 수준에 비해 대기 중 CO2 수준을 세 배로 늘릴 수 있는 충분한 양의 이산화탄소를 방출했다. 이것은 현무암 및 화강암 암석의 화학적 풍화를 방지했다. 이 화학 과정에서 CO2는 빗물에 용해되어 탄산을 형성한다. 이것은 암석에서 규산염 광물을 느슨하게 하고 그들과 반응하여 탄산염을 형성하기 위해 CO2를 결합한다. 이러한 풍화 산물은 강을 통해 바다에 도달하고 해저에 침전물로 퇴적된다.
풍화가 기후에 미치는 영향
따라서 풍화 작용은 화산 및 기타 과정에서 배출되는 CO2에 대한 중요한 길항제 역할을 한다. 탄소 순환에서 온실가스 이산화탄소를 제거하여 냉각 효과가 있기 때문이다. "요점은 공기 중에 더 많은 CO2가 있고 지구가 따뜻해지면 풍화와 CO2 격리가 증가한다는 것이다"고 펜실베니아 주립 대학의 수석 저자인 Susan Brantley는 설명했다. "반면에 더 시원하면 풍화도 느려진다.“
이 피드백은 CO2 배출과 CO2 격리 사이의 균형을 만들고 수십억 년 동안 지구의 기후를 안정시켰다. 피드백이 없으면 지구는 더 이상 거주할 수 없다. 풍화 작용의 영향 정도는 이 균형이 균형을 잃은 지구 역사의 단계에서 알 수 있다. 남극 빙하와 고생대 및 중생대의 여러 전지구 빙하는 결과적으로 과도한 풍화로 인해 촉발되었을 수 있다. 지각 과정의.
"온도 조절기"는 난방에 얼마나 강하게 반응할까?
"실리케이트 풍화 작용은 지구의 온도 조절 장치 역할을 한다"고 Brantley는 설명했다. 따라서 이론적으로는 적어도 장기적으로 현재의 지구 온난화를 완충할 수 있는 잠재력도 있다. 그러나 문제는 이전에는 온난화에 따라 풍화가 어느 정도까지 증가하는지가 불분명했다는 것이다. 연구팀은 “민감도는 1도당 2% 이상, 많게는 20% 이상일 수 있다”고 설명했다. 실험실 테스트는 복잡하고 장기적인 상호 작용을 완전히 묘사할 수 없기 때문이다.
보다 명확한 설명을 제공하기 위해 Brantley와 그녀의 팀은 기후와 온도 반응에 대한 기후 및 지구화학적 영향에 대해 포괄적인 모델을 만들려고 시도했다. 이를 위해 그들은 다양한 화강암 및 현무암 광물에 대한 실험실 테스트 결과를 평가했으며 전 세계 45개 토양 프로필 및 강 시스템의 측정 데이터를 포함했다. 그들은 이 데이터와 온도에 따른 반응 속도에 대한 Arrhenius 방정식을 사용하여 모델을 만들었다.
두 가지 요인에 의해 제한되는 기후 민감도
분석 결과 풍화에 의존하는 CO2 격리 비율만 고려하면 화강암과 현무암질 암석이 1도당 약 13%의 기후 민감도를 보이는 것으로 나타났다. 온도가 올라갈 때마다 화학적 풍화 작용의 완충 효과는 약 13% 증가한다. "하지만 공간과 시간을 고려할 때에만 실제로 중요한 것이 무엇인지 알 수 있다"고 Brantley는 말했다.
이는 온도와 풍화 사이의 피드백이 두 가지 요인에 의해 심각하게 제한되기 때문이다. 첫 번째 요소는 풍화에 적합한 표면이다. 암석이 노출되고 두꺼운 퇴적층으로 보호되지 않는 곳에서만 암석이 풍화될 수 있다. 예를 들어 산악 지역이나 지각 또는 지질학적 과정의 결과로 지하 암석이 갓 노출된 경우다.
두 번째 제한 요소는 물이다. 화학적 풍화는 빗물이 탄산 형태로 CO2를 흡수하여 암석에서 CO2 결합 반응을 가능하게 하는 충분한 빗물이 있는 경우에만 효과적으로 시작된다. 사막과 건조한 산맥을 포함한 지구의 대부분의 땅에는 노출된 암석이 충분하지만 화학적 풍화 작용을 하기에는 너무 건조하다.
피드백의 효과는 제한적
Brantley와 그녀의 동료들은 "전반적으로, 우리 모델은 지구의 많은 부분이 너무 건조하거나 토양층에 의해 너무 심하게 보호된다는 것을 강조한다"고 보고했다. 따라서 온난화의 경우 풍화가 더 이상 증가할 수 없다. 피드백이 방해를 받는다. 이러한 "차단된" 지역을 고려하면 풍화 작용의 기후 민감도는 지구 규모에서 1도당 약 3.2%로 떨어진다고 팀은 결정했다.
이것은 지구의 자연 온도 조절 장치가 여전히 존재하고 따뜻해지면 점프한다는 것을 의미한다. 그러나 단기 및 중기적으로 인위적인 온난화를 늦추거나 멈추기에는 너무 약하고 너무 느리게 반응한다. Brantley는 "온도 조절기는 작동하지만 프로세스가 매우 느리다는 것이 문제다"고 설명했다. 자연 풍화만으로 인위적인 CO2 증가를 상쇄하려면 수천 년에서 수십만 년이 걸릴 것이다.
이것은 지구 공학에 무엇을 의미할까?
이것은 지구 공학과도 관련이 있다. "지면 현무암을 적용하여 풍화를 높이려면 이러한 요소를 염두에 두어야 한다"고 연구원은 강조했다. 이 지구화학적 CO2 결합이 예를 들어 영양분이 부족한 토양에 현무암 먼지를 뿌리거나 석회로 바다를 "비옥하게" 하는 것과 같이 기후 변화에 대처하는 수단으로 어느 정도까지 사용될 수 있는지에 대해 오랫동안 논의되고 연구되었다.
그러나 이러한 지구화학적 CO2 결합 방법은 복잡할 것이며 이전 연구에서 보여준 것처럼 생태계, 강 및 바다에 부정적인 결과를 초래할 것이다. Brantley와 그녀의 팀은 이제 그러한 인위적으로 강화된 풍화가 특정 지역에서만 작동할 수 있으며 달성된 효과는 우리의 증손자에게만 도움이 될 것임을 확인했다.
(Science, 2023; doi:10.1126/science.add2922)
출처: Science, Penn State
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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