L'altération des roches comme ces formations de basalte dans l'Idaho déclenche des processus chimiques qui éliminent le dioxyde de carbone de l'air. Matthew Dillon / Flickr, CC BY

Pourquoi le climat de la Terre est-il resté si stable au cours du temps géologique? La réponse pourrait bien vous bercer.

Les roches, en particulier les types créés par l'activité volcanique, jouent un rôle essentiel dans le maintien de la stabilité climatique à long terme de la Terre et le cycle du dioxyde de carbone entre la terre, les océans et l'atmosphère.

Les scientifiques sont connus pour décennies cette altération des roches - la décomposition chimique des minéraux dans les montagnes et les sols - élimine le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le transforme en minéraux stables à la surface de la planète et dans les sédiments océaniques. Mais comme ce processus se déroule sur des millions d'années, il est trop faible pour compenser le réchauffement climatique moderne des activités humaines.

Les dommages causés par les pluies acides aux bâtiments et aux monuments, comme cette statue de grès à Dresde, en Allemagne, sont une forme d'altération chimique. Slick / Wikipédia

Maintenant, cependant, la science émergente - y compris au California Collaborative for Climate Change Solutions '(C4) Centre d'innovation des terrains de travail - montre qu'il est possible d'accélérer les taux d'altération des roches. Une altération accrue des roches pourrait à la fois ralentir le réchauffement climatique et améliorer la santé des sols, ce qui permettrait de cultiver plus efficacement et de renforcer la sécurité alimentaire.

Chimie des roches

De nombreux processus météo roches à la surface de la Terre, influencé par la chimie, la biologie, le climat et la tectonique des plaques. La forme dominante d'altération chimique se produit lorsque le dioxyde de carbone se combine avec l'eau du sol et de l'océan pour produire de l'acide carbonique.

Environ 95% de la croûte terrestre et manteau - la couche épaisse entre la croûte de la planète et son noyau - est constituée de minéraux silicatés, qui sont des composés de silicium et d'oxygène. Les silicates sont le principal ingrédient de la plupart des roches ignées, qui se forment lorsque la matière volcanique se refroidit et durcit. Ces roches représentent environ 15% de la terre surface terrestre.

Lorsque l'acide carbonique entre en contact avec certains minéraux silicatés, il déclenche un processus chimique connu sous le nom de Réaction d'Urey. Cette réaction tire le dioxyde de carbone gazeux de l'atmosphère et le combine avec de l'eau et des silicates de calcium ou de magnésium, produisant deux ions bicarbonate. Une fois que le dioxyde de carbone est piégé dans ces carbonates du sol, ou finalement lavé dans l'océan, il ne réchauffe plus le climat.

Lorsque l'acide carbonique dissout les minéraux de silicate de calcium et de magnésium, ils se décomposent en composés dissous, dont certains contiennent du carbone. Ces matériaux peuvent s'écouler vers l'océan, où les organismes marins les utilisent pour fabriquer des coquillages. Plus tard, les coquilles sont enfouies dans les sédiments océaniques. L'activité volcanique libère du carbone dans l'atmosphère, mais une grande partie reste enfouie dans la roche pendant des millions d'années. Gretashum / Wikipédia, CC BY-SA

La réaction d'Urey s'exécute à un rythme plus élevé lorsque des montagnes riches en silicates comme l'Himalaya exposent des matériaux frais à l'atmosphère - par exemple, après un glissement de terrain - ou lorsque le climat devient plus chaud et plus humide. Des recherches récentes démontrent que les humains peuvent accélérer considérablement le processus pour aider à lutter contre le réchauffement climatique moderne.

Altération accélérée

La plus grande limite aux intempéries est la quantité de minéraux silicatés exposés à un moment donné. Le broyage des roches de silicate volcanique en une poudre fine augmente la surface disponible pour les réactions. De plus, l'ajout de cette poussière de roche au sol l'expose aux racines des plantes et aux microbes du sol. Les racines et les microbes produisent du dioxyde de carbone lorsqu'ils décomposent la matière organique du sol. À son tour, cela augmente les concentrations d'acide carbonique qui accélèrent l'altération.

Une étude récente menée par des scientifiques britanniques et américains suggère que l'ajout de roche de silicate finement broyée, comme le basalte, à tous les sols des terres cultivées en Chine, en Inde, aux États-Unis et au Brésil pourrait déclencher une altération qui éliminerait plus de 2 milliards de tonnes de dioxyde de carbone de l'atmosphère chaque année. À titre de comparaison, les États-Unis ont émis environ 5.3 milliards de tonnes de dioxyde de carbone en 2018.

L'agriculture avec des roches

Un aspect convaincant de l'amélioration des intempéries est que, dans les études en environnement contrôlé impliquant des amendements de basalte du sol, les rendements des céréales sont améliorés par environ 20%.

Au fur et à mesure que le basalte passe, il augmente les éléments nutritifs vitaux des plantes qui peuvent stimuler la production et augmenter les rendements des cultures. Les nutriments minéraux tels que le calcium, le potassium et le magnésium créent des sols plus sains. Les agriculteurs ont été amender le sol avec des minéraux de roche pendant des siècles, donc le concept n'est pas nouveau.

Épandre de la chaux sur un champ du Devon, en Angleterre, pour améliorer la qualité du sol. Mark Robinson / Wikipédia, CC BY

Au Centre d'innovation des terrains de travail, nous menons peut-être la plus grande expérience de démonstration d’altération améliorée dans de vraies fermes au monde. Nous travaillons en partenariat avec les agriculteurs, les éleveurs, le gouvernement, l'industrie minière et les tribus amérindiennes de Californie sur quelque 50 acres d'essais d'amendement des sols. Nous testons les effets de la poussière de roche et des amendements du compost sur les émissions de gaz à effet de serre du sol, la capture du carbone, le rendement des cultures et la santé des plantes et microbienne.

Nos premiers résultats suggèrent que l'ajout de basalte et wollastonite, un minéral silicate de calcium, a augmenté les rendements de maïs de 12% la première année. Travailler avec Programme d'échange de droits d'émission de gaz à effet de serre de la Californie et les divers intérêts agricoles de notre État, nous espérons établir une voie qui offrirait des incitations financières aux agriculteurs et aux éleveurs qui permettent une meilleure altération des roches sur leurs terres. Notre objectif est de créer un protocole permettant aux agriculteurs et aux éleveurs de gagner de l'argent à partir du carbone qu'ils cultivent dans le sol et d'aider les entreprises et l'industrie à atteindre leurs objectifs de neutralité carbone.

Pourquoi les émissions négatives sont importantes

En vertu des Normes sur l’information et les communications, les organismes doivent rendre leurs sites et applications Web accessibles. Ils y parviennent en conformant leurs sites Web au niveau AA des Web Content Accessibility Guidelines (WCAG). 2015 Paris accord climatique, les nations se sont engagées à limiter le réchauffement climatique à moins de 2 degrés Celsius au-dessus des niveaux préindustriels. Cela nécessitera des réductions massives des émissions de gaz à effet de serre.

Extraire le dioxyde de carbone de l'air - également connu sous le nom d'émissions négatives - est également nécessaire pour éviter les pires conséquences du changement climatique, car le dioxyde de carbone atmosphérique a un durée de vie moyenne de plus de 100 ans. Chaque molécule de dioxyde de carbone rejetée dans l'atmosphère par la combustion de combustibles fossiles ou le défrichage y restera pendant de nombreuses décennies, emprisonnant la chaleur et réchauffant la surface de la Terre.

{vembed Y=4IUQn9uL6W0} Dans une version encore plus rapide du vieillissement amélioré, les scientifiques pompent du dioxyde de carbone supercritique sous terre dans des formations de basalte, où il réagit avec les minéraux pour former de nouvelles roches solides.

Les nations ont besoin d'un portefeuille de solutions pour créer émissions négatives. L'altération améliorée est sur le point de se développer rapidement, en tirant parti des équipements agricoles déjà en place, des opérations minières mondiales et des chaînes d'approvisionnement qui fournissent actuellement des engrais et des semences dans le monde entier. En s'attaquant à l'érosion des sols et à la sécurité alimentaire ainsi qu'au changement climatique, je crois que l'altération des roches peut aider les humains à échapper à la situation difficile dans laquelle nous nous trouvons aujourd'hui.

A propos de l'auteur

Benjamin Z. Houlton, professeur d'études sur l'environnement mondial, membre du chancelier et directeur de l'Institut John Muir de l'environnement, Université de Californie, Davis

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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