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. Crédit :Matthew Dillon/Flickr, CC PAR
Pourquoi le climat de la Terre est-il resté si stable au cours des temps géologiques ? La réponse pourrait bien vous bercer.
Rochers, en particulier les types créés par l'activité volcanique, jouer un rôle essentiel dans le maintien de la stabilité climatique à long terme de la Terre et le recyclage du dioxyde de carbone entre les terres, les océans et l'atmosphère.
Les scientifiques savent depuis des décennies que l'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 parce que ce processus fonctionne sur des millions d'années, il est trop faible pour compenser le réchauffement climatique moderne dû aux activités humaines.
Maintenant, cependant, la science émergente, notamment au Centre d'innovation des terres de travail du California Collaborative for Climate Change Solutions (C4), 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, permettant de cultiver plus efficacement et de renforcer la sécurité alimentaire.
Chimie du rock
De nombreux processus altèrent les roches à la surface de la Terre, influencé par la chimie, la biologie, climat et 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.
Dommages causés par les pluies acides aux bâtiments et monuments, comme cette statue de grès à Dresde, Allemagne, est une forme d'altération chimique. Crédit :Slick/Wikipédia
Environ 95% de la croûte terrestre et du manteau - la couche épaisse entre la croûte terrestre et son noyau - sont constitués de minéraux de silicate, qui sont des composés de silicium et d'oxygène. Les silicates sont l'ingrédient principal de la plupart des roches ignées, qui se forment lorsque la matière volcanique se refroidit et se durcit. Ces roches représentent environ 15 % de la surface terrestre de la Terre.
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 extrait 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 le dioxyde de carbone piégé dans ces carbonates du sol, ou finalement emporté dans l'océan, il ne réchauffe plus le climat.
La réaction d'Urey se déroule à un rythme plus élevé lorsque des montagnes riches en silicates telles que l'Himalaya exposent de la matière fraîche 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.
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 matières peuvent s'écouler dans l'océan, où les organismes marins les utilisent pour construire des coquilles. Plus tard, les coquilles sont enterrées 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. Crédits :Gretashum/Wikipédia, CC BY-SA
Altération accélérée
La plus grande limite à l'altération est la quantité de minéraux de silicate exposés à un moment donné. Le broyage des roches de silicate volcanique en une fine poudre augmente la surface disponible pour les réactions. Plus loin, 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 toutes les terres cultivées en Chine, Inde, les États-Unis et le Brésil pourraient déclencher une altération qui éliminerait chaque année plus de 2 milliards de tonnes de dioxyde de carbone de l'atmosphère. En comparaison, les États-Unis ont émis environ 5,3 milliards de tonnes de dioxyde de carbone en 2018.
L'épandage de chaux sur un champ dans le Devon, l'Angleterre pour améliorer la qualité des sols. Crédit :Mark Robinson/Wikipédia, CC PAR
L'agriculture avec des pierres
Un aspect convaincant de l'altération améliorée est que, dans des études en environnement contrôlé impliquant des amendements basaltiques du sol, les rendements en grains céréaliers sont améliorés d'environ 20 %.
Comme le basalte vieillit, il augmente les nutriments 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 amendé le sol avec des minéraux de roche pendant des siècles, le concept n'a donc rien de nouveau.
Au Working Lands Innovation Center, nous menons peut-être la plus grande expérience de démonstration d'altération améliorée sur de vraies fermes au monde. Nous travaillons en partenariat avec les agriculteurs, éleveurs, gouvernement, the mining industry and Native American tribes in California on some 50 acres of cropland soil amendment trials. We are testing the effects of rock dust and compost amendments on greenhouse gas emissions from the soil, carbon capture, crop yields, and plant and microbial health.
Our initial results suggest that adding basalt and wollastonite, a calcium silicate mineral, increased corn yields by 12% in the first year. Working with California's greenhouse gas emissions trading program and our state's diverse agricultural interests, we hope to establish a pathway that would offer monetary incentives to farmers and ranchers who allow enhanced rock weathering on their lands. We aim to create a protocol for farmers and ranchers to make money from the carbon they farm into the soil and help businesses and industry achieve their carbon neutrality goals.
Why negative emissions matter
Under the 2015 Paris climate agreement, nations have pledged to limit global warming to less then 2 degrees Celsius above preindustrial levels. This will require massive cuts in greenhouse gas emissions.
Pulling carbon dioxide from the air—also known as negative emissions—is also necessary to avoid the worst climate change outcomes, because atmospheric carbon dioxide has an average lifespan of more than 100 years. Every molecule of carbon dioxide that is released to the atmosphere through fossil fuel combustion or land clearing will remain there for many decades trapping heat and warming Earth's surface.
Nations need a portfolio of solutions to create negative emissions. Enhanced weathering is poised for rapid scale-up, taking advantage of farm equipment that's already in place, global mining operations and supply chains that currently deliver fertilizers and seeds worldwide. By addressing soil erosion and food security along with climate change, I believe rock weathering can help humans escape the hard place we find ourselves in today.
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original. 
