Роль CO2 в недрах Земли в изменении климата

Слева: раствор ограничен графеном. Справа: раствор ограничен стишовитом (SiO2). Белые, серые, красные и розовые шарики — это атомы водорода, углерода, кислорода и кремния соответственно.

Согласно новому исследованию Гонконгского университета науки и технологий (HKUST), CO 2 в недрах Земли может быть более активным, чем считалось ранее, и мог сыграть большую роль в изменении климата, чем считалось ранее.

В исследовании, проведенном профессором Пань Дином, проанализировано растворение CO2 в воде и его потенциальное влияние на снижение возврата углерода из-под земли в атмосферу.

Углероды в недрах планеты

Подавляющее большинство углерода Земли находится в ее недрах. Этот глубинный углерод влияет на форму и концентрацию углерода у поверхности, что, в свою очередь, может влиять на глобальный климат в течение геологического времени. Поэтому важно оценить, сколько углерода находится в глубоких резервуарах на сотни километров под землей.

«Существующие исследования сосредоточены на разновидностях углерода над или вблизи поверхности Земли. Однако более 90 процентов углерода Земли хранится в коре, мантии и даже ядре, что мало изучено», — пояснил профессор Пан.

Используя моделирование из первых принципов в физике, его команда обнаружила, что CO2 может быть более активным, чем считалось ранее, в глубоком углеродном цикле Земли, что в значительной степени влияет на перенос углерода между глубинными и приповерхностными резервуарами Земли.

Изоляция CO2 и воды в нанопористых минералах

Исследование показало, что изоляция CO2 и воды в подходящих нанопористых минералах может повысить эффективность подземного хранения углерода. Это предполагает, что в усилиях по улавливанию и хранению углерода превращение CO2 вместе с водой в горные породы в условиях наноудержания предлагает безопасный метод постоянного хранения углерода под землей с низким риском возврата в атмосферу.

Результаты были недавно опубликованы в международном академическом журнале Nature Communications.

• «Растворение CO 2 в воде — это повседневный процесс, но его повсеместность противоречит его важности. Это имеет большое значение для углеродного цикла Земли, который глубоко влияет на глобальное изменение климата в течение геологического времени и потребление энергии человеком», — сказал профессор Пан.
• «Это важный шаг вперед, чтобы понять необычные физические и химические свойства водных растворов CO 2 в экстремальных условиях».

Предыдущие исследования были сосредоточены на свойствах растворенного углерода в объемных растворах. Но в глубоких земных или подземных хранилищах углерода водные растворы часто ограничиваются наноразмерами в порах, границах зерен и трещинах земных материалов, где пространственное ограничение и химия интерфейса могут сделать растворы принципиально разными.

• «Углеродосодержащие флюиды могут находиться на глубине до сотен километров, и их невозможно наблюдать напрямую. Экспериментально также очень сложно измерить их в условиях экстремального давления и температуры в недрах Земли», — сказал он.

Профессор Пан является адъюнкт-профессором физики и химии в университете. В команду также входят докторанты Норе Столте и Руи Хоу. Они провели моделирование для изучения реакций CO2 в воде в условиях наноконфайнмента.

Сравнивая углеродные растворы, наноограниченные графеном, атомарным слоем графита и стишовитом — кристаллом SiO2 высокого давления — с растворенными в объемных растворах, они обнаружили, что CO2 больше реагирует в наноконфайнменте, чем в объеме.

Исследование прокладывает путь для изучения более сложных углеродных реакций в воде в недрах Земли, таких как образование алмазов, абиогенетическое происхождение нефти и даже глубинная жизнь.

В качестве следующего шага исследования команда надеется выяснить, может ли углерод в дальнейшем реагировать с образованием более сложных молекул, таких как органическое вещество.

Профессор Пан разрабатывает и применяет вычислительные и численные методы для понимания и прогнозирования свойств и поведения жидкостей, твердых тел и наноструктур, исходя из первых принципов. С помощью высокопроизводительных суперкомпьютеров его команда ищет ответы на неотложные и фундаментальные научные вопросы, имеющие отношение к устойчивому развитию, такие как наука о воде, глубокий углеродный цикл и чистая энергия.

Источник

Метки: углерод