本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的科学论文。以下是对该研究的详细学术报告：
本研究由多位作者共同完成，主要作者包括Euripides P. Kantzas、Maria Val Martin、Mark R. Lomas等，研究机构涵盖了英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）、赫瑞瓦特大学（Heriot-Watt University）、埃克塞特大学（University of Exeter）等多个学术机构。该研究于2022年5月发表在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）期刊上。
本研究的主要科学领域是气候变化与碳减排技术，特别是通过增强岩石风化（Enhanced Rock Weathering, ERW）来实现大气二氧化碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）。随着全球各国逐步将《巴黎协定》转化为国家战略，实现2050年净零碳排放目标成为当务之急。英国作为工业革命的发源地，历史上累积了大量的二氧化碳排放，尽管近年来通过可再生能源和天然气替代煤炭等措施减少了43%的碳排放，但仍需进一步减排以实现净零目标。
增强岩石风化是一种基于在农田土壤中添加富含钙和镁的硅酸盐岩石碎片的CDR策略，旨在加速自然二氧化碳封存过程。研究表明，ERW在全球农田中的二氧化碳移除潜力高达每年20亿吨，同时还能带来农业生产、土壤修复和海洋酸化缓解等多重效益。然而，ERW在英国的具体技术潜力和实施路径尚未得到充分评估。
本研究通过耦合气候-碳-氮循环模型（climate-carbon-nitrogen cycle modelling）对ERW在英国农田中的技术潜力进行了详细评估。研究流程包括以下几个步骤：
研究团队构建了动态的英国2020-2070年碳移除预算模型，并考虑了ERW供应链中的二次二氧化碳排放。模型结合了气候、碳和氮循环的动态变化，特别是农田氮肥对土壤碱度平衡和矿物风化动力学的影响。研究设计了三种不同的玄武岩供应情景（S1、S2、S3），分别代表低、中、高资源提取水平。
研究团队使用了一维垂直反应传输模型来模拟岩石风化过程，考虑了土壤层中的矿物溶解速率、化学抑制效应以及土壤碳酸盐的形成与溶解。模型还结合了英国特定玄武岩的矿物学特征，并模拟了不同颗粒大小（P80 = 10 µm和P80 = 100 µm）对风化速率的影响。
研究通过高分辨率的气候模型（Community Earth System Model, CESM）和土地利用模型（Community Land Model, CLM5）模拟了未来英国的气候变化、碳循环和氮循环的动态变化。模型结果与实验数据进行了对比验证，确保了模拟结果的可靠性。
研究的主要结果包括：
研究表明，到2050年，ERW在英国农田中的二氧化碳移除潜力为每年6-30百万吨，占英国净零排放所需二氧化碳移除量的45%。碳移除速率随时间增加，特别是在玄武岩供应充足的情景下（S3），ERW的碳移除潜力可达到英国生物能源碳捕集与封存（BECCS）设施预测值的一半。
研究发现，岩石颗粒大小对碳移除的影响在最初的10-20年内较小，但随着时间推移，特别是在风化潜力较低的地区，颗粒大小的影响逐渐显现。研究还表明，较粗的颗粒可以减少研磨过程中的能源消耗，同时降低健康和安全风险。
ERW的能源需求较低，特别是在2035年之前，岩石研磨的能源需求仅占英国总能源生产的0.2%。到2070年，ERW的碳移除成本预计将降至每吨二氧化碳80-110英镑，具有较高的经济竞争力。
本研究表明，增强岩石风化作为一种技术简单、易于实施的CDR技术，具有显著的碳移除潜力，特别是在农田中的应用。ERW不仅能够帮助英国实现净零排放目标，还能带来农业生产、土壤修复和温室气体减排等多重效益。研究结果为其他国家制定碳移除战略提供了重要参考。
研究还探讨了ERW在农业中的多重效益，包括减少土壤酸化、提供磷和钾等矿物养分、以及减少土壤中的氧化亚氮（N2O）排放。这些效益进一步增强了ERW技术的吸引力，并为政策制定者提供了更多的实施依据。
本研究为增强岩石风化技术在碳移除和农业中的应用提供了重要的科学依据，具有显著的学术价值和实际应用意义。