岩浆也能“吃”二氧化碳？深海发现天然碳捕获装置，地质碳循环中以前未知的部分

研究海洋转换断层的研究人员描述了地质碳循环中以前未知的部分

一项新的研究指出，在由岩浆释放二氧化碳推动的海洋转换中地幔岩石的广泛矿物碳化。这些发现描述了转换断层中地质碳循环中以前未知的部分，这些断层代表了地球上三个主要板块边界之一。构造上出露的地幔岩石和富含二氧化碳的碱性玄武岩的汇合是通过圣保罗转换断层的有限程度的熔融形成的，这可能是海洋转换断层普遍存在的一个特征。由于转换断层在以前对全球地质二氧化碳通量的估计中没有被考虑在内，岩浆二氧化碳向改变的海洋地幔和海水的质量转移可能比以前认为的要大。

简而言之，这项研究主要研究了在洋中脊转换断层处，岩浆脱气和熔岩浸润如何驱动橄榄岩的矿物碳酸化过程。通过对洋中脊转换断层处岩石的研究，发现岩浆活动产生的热量和化学物质可以加速橄榄岩与海水中的二氧化碳发生反应，从而形成碳酸盐矿物。该研究结果对于理解地球碳循环以及开发新的碳捕获和封存技术具有重要意义。

参考文献：Frieder Klein, Timothy Schroeder, Cédric M. John, Simon Davis, Susan E. Humphris, Jeffrey S. Seewald, Susanna Sichel, Wolfgang Bach, Daniele Brunelli. Mineral carbonation of peridotite fueled by magmatic degassing and melt impregnation in an oceanic transform fault. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (8) DOI: 10.1073/pnas.2315662121

一、什么是矿物碳酸化？

矿物碳酸化，简单来说，就是把二氧化碳（CO₂）转化为固态的碳酸盐矿物。这个过程有点像给二氧化碳找一个“家”，让它安稳地待在岩石中，不再参与大气循环。首先，我们需要将空气中的二氧化碳捕获起来。然后，我们将捕获到的二氧化碳与特定的岩石（比如橄榄岩）接触。 在一定条件下，二氧化碳会与岩石中的矿物发生反应，生成稳定的碳酸盐矿物。这些矿物就像一个个小“牢笼”，将碳原子牢牢锁住。

通过将二氧化碳转化为固态矿物，我们可以有效地减少大气中的二氧化碳浓度，从而减缓全球变暖的速度。碳酸盐矿物非常稳定，可以将碳原子长期安全地封存起来，防止它们重新回到大气中。矿物碳酸化是一个自然发生的地球化学过程，我们只是在加速这个过程，使其更好地服务于人类。

矿物碳酸化的优势在于其几乎永久封存，与其他碳捕获技术相比，矿物碳酸化具有更长的碳封存时间，可以实现永久封存。矿物碳酸化是一个天然过程，相对来说更加安全可靠。矿物碳酸化可以利用工业生产产生的废弃物，实现资源的循环利用。

总之，矿物碳酸化是一种很有潜力的碳捕获和封存技术，它为我们应对气候变化提供了新的思路。不过，矿物碳酸化也面临一些挑战，比如：矿物碳酸化的反应速度相对较慢，需要寻找方法来加速这个过程。矿物碳酸化的成本较高，需要进一步的研究和开发来降低成本。尽管如此，矿物碳酸化仍然是一个非常有前景的研究方向，值得我们深入探索。

二、洋中脊转换断层是什么？它与矿物碳酸化有什么关系？

洋中脊转换断层是什么？在地球的海洋底部，存在着许多海底山脉，我们称之为洋中脊。这些洋中脊是地壳板块分离的地方，不断有新的地壳物质从地幔涌出，形成海底火山。而洋中脊转换断层，就是这些洋中脊上的“断裂带”。形象地说，洋中脊转换断层就像海底山脉上的“大裂谷”。在这个断裂带处，地壳的运动非常活跃，岩浆活动也比较频繁。这种地质活动为矿物碳酸化提供了特殊的条件。

洋中脊转换断层与矿物碳酸化的关系是什么？岩浆活动产生的高温为矿物碳酸化反应提供了所需的热量。高温可以加速岩石与二氧化碳的反应速率，促进碳酸盐矿物的形成。海水是地球上最大的碳库之一。在洋中脊转换断层处，海水可以渗入岩石的裂隙中，为矿物碳酸化反应提供反应介质。洋中脊转换断层处的岩石，尤其是橄榄岩，富含镁和铁等元素，这些元素是形成碳酸盐矿物的关键成分。洋中脊转换断层在全球海洋中广泛分布，这为矿物碳酸化提供了巨大的潜力。

总结来说，洋中脊转换断层就像一个天然的“碳反应器”， 在岩浆热能、海水和富含镁铁元素的岩石的共同作用下，可以高效地将二氧化碳转化为稳定的碳酸盐矿物。

为什么要关注洋中脊转换断层？洋中脊转换断层为我们提供了一个天然的碳捕获和封存的场所。全球的洋中脊转换断层具有巨大的碳封存潜力，可以为应对气候变化做出重要贡献。研究洋中脊转换断层处的矿物碳酸化过程，有助于我们更好地理解地球的碳循环。通过深入研究洋中脊转换断层处的矿物碳酸化过程， 科学家们希望能够开发出更加高效、经济的碳捕获和封存技术，为应对气候变化提供新的解决方案。

三、岩浆脱气和熔岩浸润是如何驱动橄榄岩碳酸化的？

岩浆脱气和熔岩浸润是驱动橄榄岩碳酸化的两个重要因素。它们共同作用，为橄榄岩与海水中的二氧化碳发生反应创造了有利条件。

1、岩浆脱气

• 热源提供： 岩浆携带大量热能，当岩浆上升至地表附近时，压力降低，岩浆中的挥发分（如水蒸气、二氧化碳等）会迅速释放，形成气泡。这些气泡在上升过程中不断破裂，将大量的热量传递给周围的岩石，从而提高了岩石的温度。高温有助于加速矿物反应的速度，促进橄榄岩与二氧化碳的反应。
• 酸性流体产生： 岩浆脱气过程中产生的酸性流体（如盐酸、硫酸等）可以加速橄榄岩的溶解，增加其与海水的接触面积，从而促进碳酸盐矿物的形成。
• 创造反应通道： 岩浆脱气产生的裂隙和孔隙可以为海水提供进入橄榄岩内部的通道，增加海水与橄榄岩的接触面积，从而加速矿物碳酸化反应。

2、熔岩浸润

• 提供反应物： 熔岩中含有大量的硅酸盐成分，当熔岩与橄榄岩接触时，硅酸盐成分可以与橄榄岩中的矿物发生反应，形成新的矿物组合，从而为碳酸盐矿物的形成创造了有利条件。
• 改变岩石结构： 熔岩的侵入可以改变橄榄岩的结构，产生新的裂隙和孔隙，增加岩石的表面积，为海水与二氧化碳的反应提供更大的接触面积。
• 提供碱性物质： 熔岩中往往含有碱性物质，这些碱性物质可以中和海水中的酸性成分，从而促进碳酸盐矿物的沉淀。

岩浆脱气和熔岩浸润这两个过程是相互关联的。岩浆脱气产生的热量和酸性流体可以加速熔岩的冷却和固化，而熔岩的侵入又可以为岩浆脱气提供新的空间。两者共同作用，为橄榄岩碳酸化提供了复杂的热力学和化学条件，促使橄榄岩与海水中的二氧化碳发生反应，形成稳定的碳酸盐矿物。

三、这项研究的意义

这项研究揭示了洋中脊转换断层处橄榄岩矿物碳酸化这一天然的碳封存过程，为我们提供了一个了解地球碳循环的窗口。自然界已经为我们提供了一个高效的碳捕获和封存的范例。通过深入研究这一过程，我们可以从中获得灵感，开发出更加高效、经济的碳捕获技术。通过量化洋中脊转换断层处的碳封存潜力，我们可以评估这种方法在全球碳减排中的作用。

这项研究对开发新的碳捕获技术也有一定的启示作用。地质过程可以为碳捕获提供巨大的潜力。我们可以通过模拟和加速自然的地质过程，实现大规模的碳封存。不同类型的岩石矿物具有不同的碳捕获潜力。我们可以通过选择合适的岩石矿物，提高碳捕获效率。 通过人为干涉，我们可以创造出有利于矿物碳酸化反应的条件，如提高温度、压力、增加反应面积等。

四、思考

橄榄岩与二氧化碳的反应在原子和分子尺度上是如何发生的？不同矿物相的反应速率有何差异？温度、压力、流体成分等因素对反应速率的影响程度如何？是否存在最佳反应条件？是否存在天然或人工的催化剂可以显著加速反应速率？

矿物碳酸化过程对全球碳循环的反馈机制是什么？矿物碳酸化与其他碳捕获技术（如直接空气捕获、生物能源碳捕获与封存）相比，有何优缺点？矿物碳酸化在应对气候变化中的作用有多大？

在地质尺度上，碳酸盐矿物的稳定性如何？是否存在潜在的碳泄漏风险？不同类型的橄榄岩或其他超基性岩的碳封存潜力有何差异？深海环境与浅海环境的碳封存效果有何不同？大规模碳封存的可行性如何？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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