崩塌作用會如何影響氣候?在太魯閣舉行的龐大實驗

崩塌,對在台灣生長的我們來說並不陌生。為了更加了解崩塌作用對人類甚至於大氣的影響,一場在太魯閣國家公園的實驗即將展開——

最理想的實驗室

崩塌(landslide),指的是在重力影響下,塊體沿著坡度產生大範圍移動的一種地質現象。通常只要符合三項基本要素:地勢陡峭地震,崩塌就會被觸發。台灣位於西太平洋火山地震帶,除了地震多、颱風(短時間內強降水事件)也多,這類頻繁的極端事件使得台灣成為世界上最容易發生崩塌現象的國家之一。

地震讓土塊因震動變得鬆散,大雨則減少土壤顆粒中的摩擦力。圖/pixabay

太魯閣國家公園(Taroko National Park)就是一個最典型的例子。其陡峭的大理石峽谷,成了科學家眼中最理想的實驗室。

崩塌會釋放二氧化碳?

過去三年中,德國地貌學家霍維斯(Niels Hovius)與同事們在太魯閣國家公園到處安裝儀器,意圖打造台灣最全面的景觀動態觀測站。這個實驗有兩大目標:監視崩塌並了解其觸發因素,以及探討另一個肉眼看不見的影響——

崩塌作用會消耗大氣中的二氧化碳?還是釋放更多二氧化碳到大氣中?

大多數儀器將作為崩塌檢測器,地震儀紀錄館時造成的震動;相機用來記錄新鮮的崩塌沉積物及裂痕。圖/sciencemag.org

當崩塌發生,其催生的化學風化可能會釋放二氧化碳,或消耗掉大氣中的二氧化碳。藉由分析崩塌現象是一種碳匯(carbon sink)、亦或是碳源(carbon source),能幫助研究人員將碳循環(carbon cycle)——這個掌控地球氣候及宜居性的關鍵因素——模擬得更加完善。

在說明原理前,我們需要稍微了解碳源碳匯碳循環這幾個專有名詞所代表的意思。

什麼是碳源?碳匯?碳循環?

碳循環示意圖:以植被(vegetation)為例,藍色小箭頭和數字代表碳藉由植物的光合作用被儲存到植物體(121.3)、再由呼吸作用(60)、腐敗分解返回大氣(1.6)。圖/wikimedia

碳源(carbon source)指的是碳的排放源,包含燃燒石化燃料、森林火災和呼吸作用等,把原本被儲存起來的二氧化碳釋放到大氣中。碳匯(carbon sink),又稱吸納源、吸儲庫,是碳的儲存庫。例如海洋、土壤及植物的光合作用,能從大氣中吸收並儲存二氧化碳。

通常兩者間會形成動態平衡。這種碳元素在地球上大氣、生物圈、岩石圈、土壤圈及水圈彼此交換流動的循環方式,就稱之為碳循環。

崩塌對大氣的無形影響

雖然自工業革命後,人為產生的二氧化碳已經成為碳循環中的主導力量,但化學風化——以本文來說是水與被侵蝕裸露岩石間的交互作用——是自然界中另一個強大的參與者。

而崩塌作用,是催化劑。

崩塌可以產生更多岩石的裸露面,增加表面積來參與風化作用。圖/wikipedia

它可以讓岩石產生更多新裸露面,增加參與化學風化的接觸面;或是留下刻痕,方便雨水向下侵蝕。

要判斷受崩塌所驅動的化學風化作用是釋放還是吸收二氧化碳,取決於岩石的組成成份和酸。大氣中的二氧化碳溶於雨水生成碳酸,這種弱酸能與矽酸鹽組成的岩石(如砂岩、花崗岩等)反應產生碳酸氫根離子。碳酸氫根離子經由雨水沖刷入海後,被生物利用形成碳酸鈣殼體。當生物死去,遺骸最終可在海床上堆積長達數百萬年。

這便是碳匯(carbon sink)。

若碳酸雨水落在石灰石或其他碳酸鹽岩石地區,只要附近有黃鐵礦之類的硫化礦物,就會有相反的結果。硫化物先是和氧氣反應生成硫酸,溶解碳酸鹽岩石後釋放二氧化碳,

變成碳源(carbon source)。

不同環境,不同的化學風化

根據前文,不同環境下會有化學風化上的差異,那麼已知 1/4 是碳酸鹽岩的太魯閣國家公園究竟是吸收還是釋放碳啊?

要判斷是由哪種風化作用主導,就得靠分析河水和崩塌滲液中的離子。

美國學者羅伯特‧艾默生(Robert Emberson)主張,太魯閣是二氧化碳的碳源(carbon source),因為碳酸鹽岩和硫化礦物的反應比矽酸鹽和碳酸的反應快了數千倍。中研院同位素地球化學家黃國芳卻認為:過去幾世紀的時光,已經幾乎讓硫化礦物與碳酸鹽消耗殆盡,未來可能反而是矽酸鹽的風化佔上風。

欲知後事如何,請待下回分解

倒塌的樹幹也有極重要的地位。圖/pxfuel

另外在崩塌作用下被移動的樹幹、植被等,也開始它們由河流邁向海洋的旅程。由於植物本身就儲存了碳,若這些有機物質在腐爛前被快速掩埋,可以防止分解時再度把二氧化碳釋回大氣。

對此,科學家們決定在太魯閣和其它有相似岩石組成的地方測量崩塌的淨風化作用,了解風化作用隨著時間推移會有什麼改變;他們也監控被沖到下游的樹幹來紀錄它們的狀態。

落落長說了一大段,結論其實很短。

Q. 太魯閣的崩塌作用到底是排碳多?還是吸碳多?

A. 一切還有待確定。

因為除了岩石的組成外,時間、附近的有機物質等都是影響最終判斷該地區是吸碳還是釋碳的關鍵因素。所以欲知後事如何,還請客倌們耐住性子、靜心等候了。

參考資料:

  1. A massive experiment in Taiwan aims to reveal landslides’ surprising effect on the climate

看到這則訊息的你,已成為這場最終戰役的見證者!

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關於作者

徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

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