地球內(nèi)部的CO2可能比之前認(rèn)識(shí)的更加活躍在地球氣候變化過(guò)程中扮演更重要的角色 _地球

左圖：溶液被石墨烯限制。右圖：溶液被斯石英（SiO2）限制。白色、灰色、紅色和粉紅色的球分別表示氫原子、碳原子、氧原子和硅原子。(CREDIT:香港科技大學(xué))
據(jù)EurekAlert!：香港科大的一項(xiàng)最新研究表明，地球內(nèi)部的CO2可能比之前認(rèn)識(shí)的更加活躍，并在地球氣候變化過(guò)程中扮演更重要的角色。
這項(xiàng)由潘鼎教授領(lǐng)導(dǎo)的研究主要關(guān)注CO2在水中的溶解過(guò)程，對(duì)減少地下封存的碳逃逸回大氣有重要意義。
地球的碳大部分儲(chǔ)存在其內(nèi)部。地球內(nèi)部的碳會(huì)影響地表碳的總量和分布，對(duì)地質(zhì)學(xué)時(shí)間尺度上的氣候變化有深刻影響。因此，了解地表數(shù)百公里以下碳的存儲(chǔ)狀況非常重要。
“現(xiàn)有的研究主要集中在地表以上或者附近的碳的種類。然而，超過(guò)90%的地球的碳存儲(chǔ)在地殼、地幔、甚至地核，我們對(duì)此知之甚少”，潘教授說(shuō) 。
采用物理中的第一性原理模擬，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在地球內(nèi)部的碳循環(huán)中二氧化碳比之前認(rèn)識(shí)的要更加活躍，這對(duì)碳在地表和地球內(nèi)部存儲(chǔ)池之間的輸運(yùn)有很大的影響。
這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，將水和二氧化碳限制在合適的納米多孔材料中可以提升地下碳存儲(chǔ)的效率。在碳捕捉和存儲(chǔ)過(guò)程中，在納米受限條件下將二氧化碳和水混合再轉(zhuǎn)變成碳酸鹽礦物是一個(gè)安全的辦法，可以永久性地將碳存儲(chǔ)于地下，碳逃逸回大氣的風(fēng)險(xiǎn)低。
這些發(fā)現(xiàn)剛剛發(fā)表于國(guó)際性期刊《自然通訊》。
“二氧化碳溶于水每天都在發(fā)生，但它的普遍性掩蓋了其重要性。該過(guò)程對(duì)地球碳循環(huán)有重要意義，并在地質(zhì)學(xué)時(shí)間尺度下深刻影響了全球氣候變化和人類的能源消耗，”潘教授說(shuō) 。
“該研究是探索極端條件下二氧化碳水溶液的獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)的重要進(jìn)展”
之前的研究集中在體相溶液中溶解的碳的性質(zhì)，但在地球內(nèi)部或者碳輸運(yùn)過(guò)程中，水溶液經(jīng)常被限制在納米尺度下地球巖石的孔隙、晶粒邊界或斷裂處，那里的空間限制和界面化學(xué)可以使水溶液的表現(xiàn)完全不同。
“含碳流體可以深達(dá)數(shù)百公里，現(xiàn)階段無(wú)法直接觀測(cè) 。實(shí)現(xiàn)地球內(nèi)部的高溫和高壓并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)量同樣困難重重”，他說(shuō) 。
潘教授目前是大學(xué)的物理系和化學(xué)系雙聘副教授。他的團(tuán)隊(duì)成員有博士生Nore Stolte和侯睿。他們對(duì)水中二氧化碳在納米受限條件下的反應(yīng)進(jìn)行模擬。
通過(guò)比較含碳水溶液被石墨烯（單原子層石墨）和斯石英（二氧化硅的一種高壓相）納米受限，以及溶液的體相，他們發(fā)現(xiàn)二氧化碳在受限狀態(tài)下反應(yīng)更多。
此項(xiàng)研究對(duì)探索地球內(nèi)部更復(fù)雜的水中碳反應(yīng)開(kāi)辟了道路，如金剛石的生成、石油的非生物起源、甚至生命的起源。接下來(lái) ，該團(tuán)隊(duì)希望探索碳可否更進(jìn)一步反應(yīng)生成構(gòu)成有機(jī)物質(zhì)的復(fù)雜分子。
潘教授專注于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用計(jì)算和數(shù)值方法從第一性原理出發(fā)理解和預(yù)測(cè)水、固體、以及納米結(jié)構(gòu)的行為和性質(zhì) 。在高性能計(jì)算機(jī)的幫助之下，他的團(tuán)隊(duì)正在對(duì)關(guān)乎人類可持續(xù)發(fā)展的急迫和基礎(chǔ)性的科學(xué)問(wèn)題，如水科學(xué)、深部碳循環(huán)以及清潔能源等，尋找答案。

地球內(nèi)部的CO2可能比之前認(rèn)識(shí)的更加活躍 在地球氣候變化過(guò)程中扮演更重要的角色

地球內(nèi)部的CO2可能比之前認(rèn)識(shí)的更加活躍在地球氣候變化過(guò)程中扮演更重要的角色