광물의 풍화작용 증진

탄소 순환

수십억 년 전 지구 대기는 질소, 수증기, 이산화탄소로 구성되어 있었고 산소 분자가 없었다. 이산화탄소로 광합성을 하는 시아노박테리아가 등장하면서부터 산소가 대기를 구성하기 시작했다. 식물성 플랑크톤에서 소나무에 이르기까지 수많은 생명체가 이산화탄소를 흡입하고 이를 고체 물질로 전환한 뒤, 그 일부를 토양이나 해양 침전물로 돌려보내 퇴적시켰다. 생물학적으로 격리된 탄소의 순환은 빙하기 도래에 얼마간의 책임이 있다. 이산화탄소 수치가 떨어짐에 따라 대기에 갇히는 열이 적어졌고 기온이 떨어졌다. 그 결과 시작된 빙하기는 미생물의 활동을 크게 감소시켜 대기 중 이산화탄소 저하가 중단되었다. 영겁의 세월 동안 활화산은 이산화탄소를 대기 중으로 다시 방출해 지구를 데우기도 했고, 순환은 반복되었다. 생물 작용은 지구온난화와 냉각화의 관계에서 절묘한 역할을 한다.

 

오늘날 미 항공우주국의 연구 덕분에 대중은 연간 탄소 순환의 변동을 시뮬레이션해볼 수 있다. 이 프로그램은 북반구 식물이 동면에 들고 사람들이 화석연료 난방 시스템을 가동시키는 늦가을과 겨울, 초봄에 배출되는 이산화탄소 양을 생생하게 보여준다. 늦봄에서 초가을까지는 정반대의 흐름이 생긴다. 삼림 벌채, 자동차, 전기 사용으로 인한 지속적인 배출에도 불구하고 많은 양의 이산화탄소는 풀, 관목, 나무에 의해 그리고 오래전에 탄소 순환을 시작했던 것과 동일한 시아노박테리아에 의해 따뜻한 물 안에 격리된다. 총 400억 톤의 탄소가 매년 격리된다.

 

느린 탄소 순환도 있다. 잘 알려지지는 않앗지만 암석은 37억년 동안 놀라운 생물다양성을 보유하며 공기로부터 수조 톤의 이산화탄소를 격리시켜왔다. 자연적인 암석 풍화는 연간 약 10억 톤의 대기 이산화탄소를 제거한다. 지구 표면에 있는 다양한 종류의 규산염암은 약산성 이산화탄소에 의해 풍화되어 빗물로 녹아들어, 이산화탄소를 용해된 무기 탄산염으로 변환시킨다. 이 탄산염은 하천, 강, 해양으로 흘러 들어가고, 결국 탄산칼슘이 된다.

 

광물의 풍화작용 증진

광물의 풍화작용 증진은 이 과정을 지속가능하도록 촉진하는 일련의 기술을 말한다. 풍화작용 증진을 촉진하는 규산염 광물의 한 종류로 감람석이 있다. 감람석은 녹색 광물로 마그네슘과 철이 풍부하다. 풍화작용 증진을 위한 기존 방법은 감람석을 함유한 규산염 암석을 채굴하고 분쇄하여 토양, 해양, 생물상이 풍화작용 증진을 위한 반응자 역할을 하도록 돌가루를 땅이나 물에 뿌리는 것이다. 이때 돌가루를 농경지, 해변, 에너지가 큰 얕은 바다 등 여러 지형에 전략적으로 뿌릴 수 있다. 풍화작용 증진에 필요한 핵심 기술은 이미 농장과 산림 토양에서 비옥도와 산성도 관리를 위해 지역적 규모로 사용되고 있다.

 

풍화작용 증진을 통해 이산화탄소 누적을 완전히 멈추려면 상당한 면적의 지구 표면에 수십억 톤의 광물을 뿌리는 엄청난 노력이 필요하다. 세심하게 부지를 선정하고 이전 광산 작업에서 발생한 부스러기 등 기존 지표면 자원을 사용하면 비용과 위험을 최소화하면서 상당량의 배출을 지속적으로 격리시킬 기회를 제공할 수 있다. 풍화작용 증진은 환경과 생물학적 활동에 예상치 못한 부작용을 일으킬 수 있으므로 세심한 감시와 위험 관리가 필요하다.

 

감람석을 적용학에 잠재적으로 가장 영향이 큰 지역 중 하나는 토양이 따뜻하고 습하며 용해를 억제하는 광물이 적은 열대지방의 농경지다. 열대지방 3분의 1 면적에 감람석을 뿌린다면 2100년까지 대기 중 이산화탄소를 30~300ppm 줄일 수 있다. 농경지 토양의 주요 장점은 이미 집약적으로 관리되고 있고, 상대적으로 쉽게 모니터링할 수 있으며, 기반시설의 혜택을 받고 있다는 점이다. 토양 개량을 목표로 열대지방 농경지에 광물의 풍화작용 증진을 실행하면 암석 가루가 농작물의 비료 역할을 하기 때문에 농업 생태계에 잠재적인 공동 이익도 있다.

 

1~2톤의 감람석 가루는 온화한 기후에서 약 30년 동안 탄소를 격리시킬 수 있다. 다른 연구는 낮은 pH가 광물 용해 속도를 가속화하기 때문에 감람석을 적용하는 데 최적의 장소는 산성 토양이나 산성비가 내리는 곳이라고 제안한다. 유럽의 많은 지역, 미국과 캐나다의 일부 지역이 포함된다. 비슷하게 갈탄 연소 때문에 수십 년 동안 지구상에서 가장 많은 산성비가 내린 동유럽의 손상된 숲을 재생하는 데도 풍화작용 증진을 사용할 수 있다. 광산이 폐쇄되었거나 버려진 지역에서 잔여 부스러기에서 나온 광물을 사용하는 것은 지역사회를 돕는 유용한 경제 개발 방법이 될 수 있다.

 

일부 과학자는 자연에서의 풍화가 실험실에서보다 훨씬 더 빨리 진행되는 경향이 있기 때문에 감람석의 풍화 속도가 과소평가된다고 믿는다. 한 연구는 풍화작용 증진에 대한 이전의 가정들이 지나치게 비관적임을 보여주었다. 이 연구는 이산화탄소 격리가 연구실에서보다 자연에서 10~20배 더 효과가 크다고 보고했다. 풍화를 촉진하는 생물적 요인에는 지의류, 토양 박테리아, 광물 용해를 촉진하는 박테리아에 당분을 기반으로 분비물을 제공하는 뿌리균의 효과를 포함한다.