發現
巴西亞馬遜盆地的農民很久以前就發現了一種特殊的肥料，這是一種產於當地、能使貧瘠的土地神奇般恢復生機的腐殖物質。他們將它成袋的買回來，或者掘地三尺地把它挖掘出來，然後將其鋪撒在田間。其肥效可以維持很長一段時間。
簡介
當地人稱它terra preta do indio。從字面上講，就是“印第安黑土”。它稠密、多產、肥沃，與當地稀鬆、貧瘠的土壤形成了鮮明的對比。（這看起來似乎很矛盾，但是雨林土壤的養分含量很低。這就是為什麼當地農民為了耕地，需要不斷地砍伐森林的原因。因為經過數年的耕作，土地的產量就會大幅度地減少，人們不得不另闢耕地。）某些地區黑土的儲量綿延數公頃。但是到目前為止，還沒有人真正了解這種神秘的黑色沃土到底是什麼。有人猜測它是火山灰，有人則認為它是古代湖泊的沉積物，還有人認為它是很久以前植被腐爛的殘留物。但很少有人會認為它是人類的產物。
形成
現代研究證明，黑土是哥倫布發現美洲之前亞馬遜盆地農業文明遺留下來的少數遺蹟之一。它是由2500多年前，也許甚至是6000年以前生活在亞馬遜流域的人們製造出來的。雖然土壤貧瘠，但是這種自製的土壤卻讓這裡的文明得以傳承，並使當地的農業得以發展。一般認為，他們製造這種土壤所使用的原材料包括常見的糞便、魚類、動物骨骼、和植物廢料。但是，黑土的關鍵原料是木炭，這也是黑土之所以呈現黑色的原因。
愛丁堡大學社會學講師西蒙·沙克利說道：“這種東西非常神奇。60年代荷蘭的科學家發現它之後，我們才開始對它有所了解。他們在土壤貧瘠的地區發現了這種黑色的土壤，它在當地被當作肥料施入田間。它源於刀耕火種時代的農業，是各種有機廢物在土壤中發酵了成百上千年的產物。而且，它似乎的確能長久地使土壤變得肥沃多產，這一點真是非常的特別。”
現在，亞馬遜的這一古老產物已經成為氣候變化專家們研究的焦點。黑土中木炭所具有的粘著性可以使肥效維持一個世紀之久。科學家們從中得到啟發，作為碳的一種形式，木炭是動植物燃燒後的殘留物質。如果它可以長期完整地保存在土壤中而不被分解成二氧化碳（CO2），那么為什麼不能用這種方法來鎖住更多的碳元素呢？
這種由植物形成的，以固定碳元素為目的的木炭被科學家們稱為“生物炭”。它的理論基礎是：生物質，不論是植物還是動物，在沒有氧氣的情況下燃燒，都可以形成木炭。通過把大氣中的CO2分離出來能夠對氣候改變產生巨大的影響。
植物的腐爛自然而然會令土壤中含有大量的碳元素。但是這些碳相對而言是不穩定的，受氣候影響很大。一旦遇到像農耕這樣的變化，土壤就會釋放出二氧化碳。這使得它們既是碳源、又是碳匯。因此，用土壤來鎖定碳元素的想法對氣候學家而言沒有絲毫的吸引力。更有甚者，它還招來了許多罵名。一些農戶為了趁機獲利，聲稱他們的土地達到了碳信用額的標準，從而將那些原本計畫用於支持風力發電廠或太陽能電站的資金收入囊中。
生物炭的不同之處在於，木炭可以穩定地將碳元素鎖住長達數百年。其中的碳元素被礦化後很難再分解。更重要的是，除了它所具備的土壤改良功能外，其生產過程中產生的一些副產品更是具有很高的經濟吸引力。
生產過程中，大約1/3轉化為生物炭，1/3轉化為可用於燃燒發電的合成氣，還有1/3則形成原油替代品。這種替代品雖然無法用作運輸燃料，但卻可以用來製造塑膠。因此澳大利亞著名的探險家、自然學家提姆·富蘭納瑞認為生物炭的這些特性“使我們能夠同時解決三四個重大危機：氣候變化危機，能源危機，以及食品和水資源危機。”使用生物炭不僅能夠使土壤肥沃，還能夠幫助土壤保持水分。
究竟生物炭在改變世界碳平衡中能發揮多大作用？毋庸置疑，生物炭的需求量是非常大的。每年，諸如燃燒礦物燃料、砍伐森林、將綠地變為農田等人類活動會向大氣層排放大約80億到100億噸的二氧化碳。這其中大部分的二氧化碳對氣候不會構成威脅。自然界本身擁有的碳循環系統可以吸收空氣中的二氧化碳，然後這些二氧化碳再被植物、土壤、海洋和其他自然過程中的“碳匯”重新釋放出來。但是，這些循環系統目前已經嚴重地超載。因此，大氣中的二氧化碳含量正在逐漸升高。 目前，含量已達到百萬分之387。是過去65萬年，甚至2000萬年間最高的。
據全球碳計畫統計，2000到2007年，人類排放到大氣中的二氧化碳中每年有54%，約48億噸，被陸地和海洋中的碳匯，例如森林和海洋中的浮游生物等，所吸收。然而每年仍然有大約40億噸的剩餘的碳需要我們想辦法去降低或者吸收。此外，由於陸地和海洋的變暖，天然碳匯的吸收量正在下降，這就意味著我們要么付出更大的努力減少空氣中的碳含量，要么停止向空氣中排放碳。
雖然各國政府正主張 “低碳經濟”，全球溫室氣體排放仍然保持快速增長。據氣候學權威組織政府間氣候變化專門委員會（IPCC）預計，如果想要避免氣候變化所帶來的災難性影響，溫室氣體排放增長就必須在2015年到2020年間達到其峰值 。然而根據目前的估算，這是無法實現的，除非我們能夠找到簡單廉價地從大氣中吸收二氧化碳的方法，以及比現行的再生技術能更快地在全世界推廣的清潔電力技術。
根據早期對生物炭潛力的估計，僅靠這一神奇物質自身就能實現為防止全球進一步變暖所需要降低的碳排放。據康奈爾大學的約翰內斯·萊曼等人估算，生物炭每年能夠從大氣中吸收55億到95億噸的碳。但是，沙克利卻認為這些估算是建立在不切實際的假設基礎之上的，他們假設生物炭可以非常容易地在全球範圍內生產。他還強調：“近期的趨勢顯示，人們正在逐漸摒棄那些天文數字。我覺得現在大家更多地是認為每年能吸收掉碳的數量在10億到20億噸左右。”
沙克利認為，儘管與之前的天文數字相比，現在的數字似乎有些讓人失望，但是作為單一手段，它的潛力還是很大的。英國東安格利亞大學 地球系統學教授提姆·蘭登同樣認為：“這當然不是一個小數目。也許恰恰這就是我們所需要的量，另外還有它唾手可得的附帶效益。這是一個雙贏的方法。”如果同時開展森林保護和森林再造、增加可再生能源的份額、並大力推廣節約能源等一系列減碳技術，世界或許能夠實現為了防止氣候災害而保持“碳平衡”所需要降低的排碳量。
生物炭的這種富有潛力、獨一無二、甚至有些神秘的特性使其成為研究氣候變化最熱門的新興領域之一。用生物炭來實現碳截存的理念已經贏得像詹姆斯·拉夫洛克這樣重量級科學家的支持。詹姆斯·拉夫洛克是一位特立獨行的科學家。他的蓋亞假說最近又重新開始風靡。”
在萊曼的帶領下，康奈爾大學的科學家們正在研究如何將碳從富含生物炭的土壤中分離出來。英國愛丁堡大學建立了生物炭研究中心；其他歐洲國家也緊隨其後，加拿大、澳大利亞等國家也紛紛開展了對這個項目的研究。一些公司也開始尋找使生物炭的生產進入商業化的渠道。
