导读

降低大气中二氧化碳（CO₂）的浓度是实现“碳中和”目标的必由之路。基于橄榄石风化的海洋碱增强工程可有效提升海洋碱度，增效海洋溶解度泵，从而增加海洋中CO₂的储量。然而，橄榄石在海水中受限于环境作用而风化缓慢，导致实施后增碱效率较低。为解决这一问题，本研究从矿物学视角入手，探讨了橄榄石的结构、表面性质、元素组成等特性对其风化的影响，揭示了橄榄石风化所受到的矿物学制约机制，由此发现并提出，橄榄石基海洋碱增强工程的最佳施加地点应是在河口区域。

研究结果

为应对全球气候变化即将带来的严重威胁，需将全球升温控制在1.5℃以下。借助矿物，如橄榄石等风化的海洋碱增强工程是一种极有前景的工程策略:不仅能消耗二氧化碳（CO₂），还能增强海水碱性。橄榄石（(Mg²⁺, Fe²⁺)₂SiO₄）是上地幔最丰富的铁镁硅酸盐矿物。其在海水中受到CO₂溶解释放出来的H⁺的活化作用，金属离子和硅酸根等释放出来，并增加了海水中碳酸氢根（HCO^3-）等浓度（简式如下）。

(Mg,Fe)₂SiO₄+4H₂O+4CO₂→2(Mg²⁺/Fe²⁺)+4HCO₃^-+H₄SiO₄

然而，橄榄石自身矿物特性以及周围海洋环境导致其在海洋中风化缓慢，增汇效率较低。如何提升橄榄石风化效果成为目前亟待解决的问题，其制约着实际工程的实施。

图1 橄榄石的性质/结构、微生物与橄榄石的相互作用以及河口地区橄榄石风化增碱工程示意图

本研究从橄榄石矿物学性质入手，揭示了制约其风化的主要内因。发现荷电性、官能团活性、密度（>3.0 g·cm^-3）、粒度和纯度等矿物学性质共同作用了橄榄石的风化效果。并进一步探讨了外部因素，特别是海洋微生物等对其风化的影响。基于上述内外制约因素，提出了在河口，尤其是水流湍急的河口施加，可望有效提升橄榄石风化效果，是实施橄榄石增碱工程的理想区域（图1）。

总结与展望

开展切实可行的海洋碳负排放工程是降低大气CO₂浓度的有效策略，也是达成“双碳”目标的重要技术保障之一。基于橄榄石风化的海洋碱增强工程尽管被认为具有较好前景，但实施效果却远未达到预期，具体实施地点等仍尚不清楚。基于矿物性质开展相关风化研究，揭示橄榄石风化的内部控制因素，并用于橄榄石风化增碱工程的优化实施是解决上述问题的关键。面向这一问题，本研究基于橄榄石矿物学特性进行一系列探索，阐明了海水中橄榄石风化的内因及机制，进而提出了河口是最为理想的工程实施区域，从而为这一海洋负排放工程的具体实施提供了可行性方案。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/olar.0039（点击跳转）

文章标题：Estuaries are promising sites for olivine dissolution engineering: Insights from olivine mineralogy

文章作者：Liu Dong, Yu Rongda, Yuan Peng

文章引用：

Dong Liu, Rongda Yu, Peng Yuan. Estuaries are promising sites for olivine dissolution engineering: Insights from olivine mineralogy. Ocean-Land-Atmos Res. 2024;3:0039.DOI:10.34133/olar.0039

作者简介

刘冬：中国科学院特聘研究岗位研究员，博士生导师。主要从事矿物学研究。

近年来面向“碳中和”国家需求，聚焦于“矿物学特性对矿物-有机质界面反应性的制约机制”这一方向。在Nature Communications、Geochimica et Cosmochimica Acta、JGR-Biogeosciences、Chemical Geology、Applied Clay Science和Environmental Science & Technology等主流期刊上发表SCI论文110余篇，SCI他引逾4500次（h-index: 38）。荣获“侯德封”矿物岩石地球化学青年科学家奖、广东省自然科学杰出青年基金、广东省科学技术一等奖、入选“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才。目前担任Applied Clay Science和Minerals等国际主流SCI期刊副主编/编委、成因矿物学找矿矿物学专委会委员。

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版，入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目、2024年度广东省高起点英文期刊创办项目，海洋负排放国际大科学计划（Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE）学术出版合作平台，已被Scopus, Directory of Open Access Journals (DOAJ) 等15个数据库收录。本刊以海洋相关学科为重点，刊稿主题包括但不限于：海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。分享卓见，探索前沿，OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现，共享学术盛筵！

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