Bạn nghĩ gì khi nghe đến từ "hấp thụ carbon dioxide"? Hình ảnh cây cối và đại dương có thể hiện lên trong tâm trí bạn lúc này, khiến bạn muốn ra ngoài và gần gũi hơn với thiên nhiên.
Tuy nhiên, có một câu trả lời thường bị bỏ qua: đá. Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thu giữ và lưu trữ CO2 trong khí quyển. Để đạt được mục tiêu “trung hòa carbon”, đá ở cao nguyên Thanh Hải - Tây Tạng phải hoạt động rất chăm chỉ.
Trung hòa carbon là gì?
Sự nóng lên toàn cầu đã trở thành chủ đề quan tâm nóng hổi của cộng đồng khoa học và chính phủ nhiều quốc gia. Để giải quyết vấn đề này, các chính phủ đã đề xuất các mục tiêu và kế hoạch có liên quan. Vào tháng 9 năm 2020, Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình đã có bài phát biểu quan trọng tại Đại hội đồng Liên hợp quốc lần thứ 75, công bố mục tiêu trung hòa carbon của Trung Quốc. Theo sách trắng "Trung Quốc đẩy nhanh quá trình giảm phát thải carbon" do Bloomberg New Energy Finance công bố vào tháng 12 năm 2020, các quốc gia và khu vực chiếm 60% lượng khí thải carbon trên thế giới đã đặt ra mục tiêu trung hòa carbon, bao gồm Trung Quốc, Liên minh châu Âu, Vương quốc Anh, Nhật Bản, Hàn Quốc và các quốc gia khác.
Trung hòa carbon là tổng lượng CO2 hoặc khí thải nhà kính được một quốc gia, doanh nghiệp, sản phẩm, hoạt động hoặc cá nhân tạo ra trực tiếp hoặc gián tiếp trong một khoảng thời gian nhất định. Nó có thể đạt được sự bù trừ tích cực và tiêu cực và đạt được "mức phát thải bằng không" tương đối bằng cách bù đắp lượng khí thải CO2 hoặc khí nhà kính do chính nó tạo ra thông qua việc sử dụng năng lượng carbon thấp để thay thế nhiên liệu hóa thạch, trồng rừng, bảo tồn năng lượng và giảm phát thải. Nói một cách đơn giản, chúng ta sản xuất CO2 và tiêu thụ nó cùng một lúc. Khi lượng tiêu thụ và lượng sản xuất bù trừ cho nhau thì sẽ không có tăng trưởng nào xảy ra.
Trên con đường đạt được mức trung hòa carbon, ngoài các quốc gia chủ yếu kiềm chế sự nóng lên của khí hậu thông qua bảo tồn năng lượng và giảm phát thải cùng công nghệ CCS (thu giữ và lưu trữ carbon) để tăng cường thu giữ và lưu trữ carbon, một số quá trình vật lý và hóa học trong tự nhiên, chẳng hạn như phong hóa hóa học của đá, cũng có thể thu giữ và lưu trữ CO2 trong khí quyển, được gọi là CCS tự nhiên.
Một trong những CCS trong tự nhiên: Phong hóa hóa học của đá
Đầu tiên, chúng ta cần hiểu quá trình phong hóa hóa học của đá là gì. Phong hóa là toàn bộ quá trình trong tự nhiên mà trong đó đá và khoáng chất trên bề mặt trải qua những thay đổi về mặt vật lý và hóa học khi chúng tiếp xúc với khí quyển, nước, không khí và sinh vật, do đó hình thành nên các lớp trầm tích rời rạc tại chỗ. **Quá trình đá bị phân rã và vỡ vụn dưới tác động vật lý và cơ học được gọi là phong hóa vật lý, trong khi quá trình phong hóa có thể làm thay đổi thành phần hóa học của đá được gọi là phong hóa hóa học.
Sự phong hóa chênh lệch nhiệt độ gây ra sự gia nhiệt không đều, co ngót không đồng đều và nứt đá
Địa điểm chụp: Lưu vực sông Namtso Qugaqie, Nhiếp ảnh gia: Yu Zhengliang
Quá trình oxy hóa pirit trong đá granit (khi đá chứa sắt bị phong hóa, chúng có màu nâu đỏ đặc trưng, tức là phong hóa hóa học) Được chụp tại lưu vực sông Nam Co Qugaqie, bởi Yu Zhengliang
Theo phân loại thành phần khoáng vật, đá chủ yếu được chia thành đá silicat và đá cacbonat. Đá silicat hấp thụ CO2 trong khí quyển trong quá trình phong hóa hóa học và sau đó niêm phong nó dưới dạng CaCO3, tạo thành hiệu ứng bồn chứa carbon theo thang thời gian địa chất (>1 triệu năm). Sự phong hóa đá cacbonat cũng có thể hấp thụ CO2 từ khí quyển, tạo thành bể chứa cacbon trong thời gian ngắn hơn (<100.000 năm) dưới dạng HCO3-. Mô hình đơn giản hóa quá trình phong hóa đá silicat:
Mô hình đơn giản hóa quá trình phong hóa đá cacbonat:
Là một quá trình địa chất bề mặt lan rộng, có mối quan hệ kết hợp chặt chẽ giữa quá trình phong hóa hóa học của đá trên cạn với chu trình cacbon toàn cầu và biến đổi khí hậu: nồng độ CO2 trong khí quyển tăng dẫn đến hiện tượng nóng lên toàn cầu, nhiệt độ cao hơn dẫn đến quá trình phong hóa hóa học của đá tăng cường, từ đó làm tăng lượng CO2 hấp thụ từ khí quyển, do đó ức chế sự phát triển nhanh chóng của CO2 trong khí quyển và dẫn đến hiện tượng lạnh đi toàn cầu, từ đó hình thành cơ chế phản hồi tiêu cực.
Mặt khác, khi nhiệt độ trái đất thấp, cường độ phong hóa hóa học cũng ở mức thấp và luồng hấp thụ CO2 trong khí quyển rất hạn chế. Do đó, CO2 thải ra từ hoạt động núi lửa và biến chất đá có thể tích tụ, khiến Trái đất phát triển theo hướng nóng lên và ngăn nhiệt độ Trái đất xuống quá thấp. Có thể thấy rằng quá trình phong hóa hóa học của đá bề mặt (đặc biệt là quá trình phong hóa đá silicat) là một yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh nồng độ CO2 trong khí quyển và thúc đẩy biến đổi khí hậu toàn cầu. Nó là "chất ổn định" cho quá trình tiến hóa của hệ thống Trái Đất và được gọi là "máy điều hòa không khí địa chất".
Cao nguyên Thanh Hải - Tây Tạng có phải là máy điều hòa không khí lớn không?
Cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng lạnh giá, thiếu oxy và có địa hình cao, được mệnh danh là Cực thứ ba của Trái Đất. Được mệnh danh là "Tháp nước của Châu Á", cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng đã hình thành nên nhiều sông băng, hồ và sông. Nó nằm xa trung tâm hoạt động của con người và ít bị ảnh hưởng bởi các hoạt động của con người. Đây là "phòng thí nghiệm tự nhiên" để nghiên cứu sự tương tác giữa các phạm vi khác nhau của hệ thống Trái Đất. **Các nhà khoa học thu thập nước mặt từ cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng, chẳng hạn như sông, hồ và dòng chảy của sông băng, và đo thành phần hóa học của chúng để phản ánh quá trình phong hóa hóa học trong lưu vực nghiên cứu, sau đó tìm hiểu mức tiêu thụ CO2 trong khí quyển trong quá trình phong hóa.
Xét về mặt phân bố không gian, sự nâng cao của dãy Himalaya đã dẫn đến lượng mưa dồi dào ở các sườn phía nam, nhưng do địa hình cản trở nên khí hậu ở vùng đất phía sau cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng tương đối khô. Do đó, mặc dù sự nâng cao của dãy Himalaya gây ra tốc độ phong hóa hóa học cao hơn ở các sườn phía nam, nhưng hạn hán nội địa mà nó gây ra lại có tác động phản hồi tiêu cực đến cường độ phong hóa hóa học tổng thể của cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng. Xét theo những thay đổi hàng năm, sự khác biệt theo mùa về tốc độ phong hóa hóa học ở lưu vực nội địa của cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng là rất đáng kể, trong đó thời kỳ gió mùa dài hơn nhiều so với thời kỳ không gió mùa.
Ngoài ra, bằng cách so sánh sự khác biệt trong các quá trình và tốc độ phong hóa hóa học giữa các lưu vực băng hà và không phải lưu vực băng hà ở cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng, các nhà khoa học kết luận rằng hoạt động băng hà ở cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng đã thúc đẩy quá trình phong hóa hóa học của đá. Có thể nói, ở cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng, quá trình phong hóa hóa học trong các lưu vực băng hà có thể đóng vai trò điều hòa phản hồi tiêu cực đối với sự gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển.
**Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, tốc độ ấm lên ở cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng gấp đôi tốc độ trung bình toàn cầu. **Sông băng là sản phẩm của khí hậu, và sự nóng lên của khí hậu chắc chắn sẽ dẫn đến việc sông băng tan chảy nhanh hơn. Sự phong hóa hóa học của đá ở quy mô không gian của lưu vực sông cũng có thể tăng lên, do đó tăng cường quá trình chu trình cacbon trong lưu vực sông. Tuy nhiên, **suy luận lý thuyết trên vẫn chưa được xác minh bằng dữ liệu quan sát thực địa. **Trong tương lai, các quan sát định vị dài hạn về quá trình phong hóa hóa học và tác động của bể chứa carbon trong các lưu vực sông băng điển hình trên cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng vẫn cần thiết để giải đáp bí ẩn về tác động mà những thay đổi của sông băng có thể gây ra đối với quá trình phong hóa hóa học của đá và tác động của bể chứa carbon.
Lịch sử thay đổi của sự kết thúc của lưỡi sông băng Azha ở phía đông nam cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng
Làm thế nào để tận dụng tốt quá trình phong hóa đá?
Vậy, chức năng hấp thụ cacbon quan trọng của quá trình phong hóa hóa học đá có thể được con người tận dụng không? Câu trả lời cho câu hỏi này nhiều khả năng là có.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng có thể hạn chế sự gia tăng nhanh chóng nồng độ CO2 trong khí quyển bằng cách tăng cường nhân tạo quá trình phong hóa hóa học của đá. Ví dụ, Beerling và cộng sự. tin rằng việc bổ sung đá bazan nghiền hoặc các khoáng chất silicat khác vào đất không chỉ cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết như K và Si cho sự phát triển của cây trồng trong quá trình phong hóa hóa học mà còn tăng cường khả năng hấp thụ CO2 trong khí quyển (hấp thụ 500-200 triệu tấn CO2 mỗi năm). **Công nghệ này dễ vận hành và có chi phí thấp, do đó việc thúc đẩy công nghệ này trong tương lai có thể giúp đạt được mục tiêu lớn là "trung hòa carbon" sớm nhất có thể.
Theo dữ liệu quan sát từ Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ, nồng độ CO2 trong khí quyển toàn cầu đã tăng từ 280 ppm trước cuộc cách mạng công nghiệp lên 416,74 ppm vào tháng 3 năm 2021. Việc áp dụng nhiều biện pháp khác nhau để giảm nồng độ CO2 trong khí quyển và kiềm chế đà nóng lên toàn cầu là điều bắt buộc. Mặc dù công chúng khó có thể trực tiếp tham gia vào các nghiên cứu khoa học có liên quan, họ vẫn có thể đóng góp vào việc tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải bằng cách điều chỉnh lối sống, giúp đạt được mục tiêu "trung hòa carbon".
Tài liệu tham khảo:
[1]Beerling, DJ, Kantzas, EP, Lomas, MR và cộng sự. Tiềm năng loại bỏ CO2 trên diện rộng thông qua quá trình phong hóa đá tăng cường với đất trồng trọt. Thiên nhiên583, 242–248 (2020).
[2]Dupré B., Món tráng miệng C., Oliva P., và cộng sự. 2003. Sông, phong hóa hóa học và khí hậu Trái Đất. Comptes Rendus Geoscience, 335(16): 1141-1160.
[3]Viers J., Oliva P., Dandurand, JL, và cộng sự. 2004. Tốc độ phong hóa hóa học, lượng CO2 tiêu thụ và các thông số kiểm soát được suy ra từ thành phần hóa học của sông. Trong: Drever, JI (Biên tập), Nước mặt và nước ngầm, phong hóa và đất. Holland, HD, Turekian, KK (Biên tập viên điều hành), Luận thuyết về địa hóa học, tập. 5. Công ty TNHH Elsevier: 1-25.
[4]Yu ZL, Wu GJ, Keys L., và cộng sự. 2019. Biến đổi theo mùa của quá trình phong hóa hóa học và các yếu tố kiểm soát của nó ở lưu vực hai dãy núi cao, lưu vực Nam Co, cao nguyên Tây Tạng trung tâm. Tạp chí Thủy văn, 576: 381–395.
[5]Yu ZL, Yan N., Wu GJ, và cộng sự. 2021. Phong hóa hóa học ở thượng nguồn và trung lưu của lưu vực Yarlung Tsangpo, phía nam cao nguyên Tây Tạng, Địa chất hóa học, Tập 559.
[6]Báo cáo của IPCC, Thu giữ và lưu trữ Carbon Dioxide, Tóm tắt cho các nhà hoạch định chính sách và Tóm tắt kỹ thuật.
[7] Liu Haiying, 2013, Phong hóa hóa học có thể làm mát Trái đất đang nóng lên - Các nhà khoa học Anh tin rằng thời gian phục hồi khí hậu ngắn hơn bốn lần so với suy nghĩ ban đầu, Science and Technology Daily.
Tác giả: Yan Ni, Yu Zhengliang, Wu Guanjian, An Baosheng
Đơn vị tác giả: Viện nghiên cứu cao nguyên Tây Tạng, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Bài viết này được xuất bản lần đầu trên Science Park và chỉ thể hiện quan điểm của tác giả, không đại diện cho lập trường của Science Park.
Viện Hàn lâm Khoa học là nền tảng phổ biến khoa học chính thức của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Sự kiện này do Cục Truyền thông Khoa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc tổ chức và được điều hành bởi nhóm Triển lãm phổ biến khoa học Trung Quốc. Cam kết diễn giải sâu sắc các kết quả nghiên cứu khoa học mới nhất và tiếng nói khoa học về các sự kiện xã hội nóng hổi.
