解开深碳的命运

香港科技大学 (HKUST) 的一项研究表明，地球深处的 CO 2可能比以前认为的更活跃，并且在气候变化中发挥的作用可能比科学家以前知道的要大。

这项由潘丁教授领导的研究调查了 CO 2在水中的溶解情况，这对减少碳从地下返回大气的方法具有重要意义。

地球上绝大部分的碳都埋藏在其内部。深层碳会影响地表附近碳的形态和浓度，进而影响地质时期的全球气候。因此，评估地下数百公里的深层储层中的碳含量非常重要。

“现有研究主要集中在地表以上或附近的碳物种。然而，地球上90%以上的碳储存在地壳、地幔甚至地核中，而这一点鲜为人知，”潘教授解释道。

他的团队使用物理学中的第一性原理模拟，发现 CO 2在地球深层碳循环中可能比以前认为的更活跃，这在很大程度上影响了地球深层和近地表储层之间的碳传输。

研究发现，将 CO 2和水限制在合适的纳米多孔矿物中可以提高地下碳储存的效率。它表明，在碳捕获和储存工作中，在纳米限制下将 CO 2与水一起转化为岩石提供了一种将碳永久储存在地下且返回大气的风险较低的安全方法。

研究结果最近发表在《自然通讯》杂志上。

“将 CO 2溶解在水中是一个日常过程，但它的无处不在掩盖了它的重要性。它对地球的碳循环具有重大意义，这对地质时期的全球气候变化和人类能源消耗产生了深远的影响，”潘教授说。

“这是了解极端条件下CO 2水溶液不寻常的物理和化学性质的重要一步。”

以前的研究主要集中在散装溶液中溶解碳的性质。但在地球深处或地下碳储存中，水溶液通常被限制在地球材料的孔隙、晶界和裂缝中的纳米级，空间限制和界面化学可能使溶液从根本上不同。

“含碳流体可以深达数百公里，无法直接观察到。在实验上，在地球深处发现的极端压力-温度条件下测量它们也非常具有挑战性，”他说。

潘教授是该大学的物理和化学副教授。该团队还包括博士生 Nore Stolte 和 Rui Hou。他们运行模拟来研究 CO 2在水中在纳米限制条件下的反应。

将由石墨烯、石墨原子层和石英石(一种高压 SiO 2晶体)纳米限制的碳溶液与溶解在本体溶液中的碳溶液进行比较，他们发现 CO 2在纳米限制中的反应比在本体中的反应更多。

该研究为研究地球深处水中更复杂的碳反应铺平了道路，例如钻石的形成、非生物成因的石油起源，甚至深部生命。作为研究的下一步，该团队希望探索碳是否可以进一步反应形成更复杂的分子，如有机物。

潘教授开发并应用计算和数值方法，从第一性原理理解和预测液体、固体和纳米结构的性质和行为。在高性能超级计算机的帮助下，他的团队寻求与可持续发展相关的紧迫和基础科学问题的答案，例如水科学、深度碳循环和清洁能源。