如何控制地球气候变化?火星也许可以帮上忙
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图片说明:火星表面附着有一些河流、湖泊等的残留痕迹,但现在火星上的空气密度不足以维持水的存在。  图片来源:ESA

火星的表面是寒冷的不毛之地,目前火星上的空气密度约是地球上的0.6%,也就是说,火星的空气密度太稀薄,无法维持液态水或生命的存在。在一些火星图片上,我们可以看到火星表面附着一些残留痕迹,表明这里曾流淌着河流、湖泊、甚至可能是海洋。因此在历史上,火星上的空气曾经一度比现在更稠密,可能主要是二氧化碳气体。

如果研究人员能找出火星的二氧化碳为何消失殆尽,那么人们就可以应对地球空气中二氧化碳浓度不断增加、气候变化开始威胁人们生存的现状。
那么,火星上的空气到底去哪儿了?答案是大部分都被太阳风(太阳表面放射离子组成的离子流)带到了太空中,有些空气在两极地区形成了干冰,并储存至今,也有部分空气转化成了碳酸盐矿物质,并一直保留了下来。研究人员搜集了人造卫星和火星车的信息,并对从火星喷出、到达地球表面的陨石进行了一番研究,从而逐渐开始了解这种碳酸盐矿物质的形成是如何改变整个火星的空气密度的。

事实上,人类非常擅长利用各种技术从空气中捕获二氧化碳,然后将其压缩成稠密的液态二氧化碳,然而关于如何安全稳定地储存这种液态二氧化碳的问题一直未得到彻底解决。不过现在,一种被称为“含碳矿物质隔离”的新方法,即将使二氧化碳气体转化为一种稳定的碳酸盐矿物岩石。

二氧化碳转化为岩石

二氧化碳溶于水,会形成一种弱酸性液体碳酸,这种液体在与玄武岩和橄榄岩等岩石接触时,由于这些岩石中有很多橄榄石和辉石,所以会释放一些元素微粒融入碳酸液体中,比如镁、铁和钙,与碳酸液体反应形成富含碳的固态碳酸盐矿物质,填充了岩石中间的裂缝和孔隙。这样一来,二氧化碳也就成功转化为了矿产资源。在转化过程中,原有的岩石矿物会吸收大量水,即发生水合反应,岩石会因此扩张并形成裂缝,露出的新鲜(未风化)岩石也会和水反应。

图片说明:岩石与碳素液体反应形成固态碳酸盐矿物质,填充岩石中间的裂缝和孔隙。 图片来源:iflscience.com

上述 "含碳矿物质隔离"反应在地球上普遍存在,尤其是在蛇绿岩(涌入大陆板块的部分海洋地壳岩石)中。然而,几十万年来,这种自然反应进展十分缓慢,

但是,如果人们可以人工重现这种"含碳矿物质隔离"反应,加快其反应速度,就可以更安全地储存从空气中分离的二氧化碳。目前,冰岛、挪威和美国正在展开许多实验项目,探究这种含碳矿物地质工程技术的可行性。

这些国家的研究人员已经发现,当碳酸液体温度升高至185°C时,“含碳矿物质隔离”反应的速度会显著加快。加热后的碳酸液体顺着地下凿洞注入,到达形成岩石的位置,由于地表下方储存有热量以及反应过程中会产生热量,所以碳酸液体的热量不减。

图片说明:冰岛正在测试这种含碳矿物地质工程技术的可行性。  图片来源:PROThinkGeoEnergy/Flickr, CC BY

尽管如此,大规模采用这种技术以应对全球气候变化,目前还为时尚早,还有许多问题留待解决。人们面临的问题和挑战包括全面了解岩石和水之间的化学反应情况,该如何加速这些化学反应,以及如何更精确地测量二氧化碳转化为矿物资源的速度和所需空间。

火星的损失,地球的福利

人们从火星上获益的地方正在于此。探究火星上的化学反应演化过程或有助于启发地球上的地质工程。例如,了解火星上碳酸盐岩长久以来的演变情况以及与空气和水的反应,有助于人们得知地球上这种碳储存方法的有效性。分析火星上发现的碳酸盐岩、化学反应方式以及火星上的碳浓度改变,有助于人们更好地理解“含碳矿物质隔离”法是否可行。

不过,现在最大的问题是火星科学家和地球气候变化专家们之间交流甚少。如果这些科学家和专家们能通力合作,共享所在领域的知识,那么人们或许就可以通过利用地球上的地壳岩石,控制全球气候变化。最终,火星空气的损失或将拯救地球气候的变化。(科学之家,译审/编辑:YWY)
文章来源: http://www.iflscience.com/environment/how-exploring-mars-could-help-us-fight-climate-change-earth-0
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