Раскрывая судьбу глубинного углерода

Углекислый газ (CO₂) в глубинных слоях Земли может быть более активным, чем считалось ранее, и, возможно, играл более значительную роль в изменении климата, согласно исследованию Гонконгского университета науки и технологий (HKUST).

Исследование под руководством профессора Пань Дина было посвящено растворению CO₂ в воде, что имеет важные последствия для методов сокращения возврата углерода из недр в атмосферу. Подавляющее большинство углерода Земли захоронено в её недрах. Этот глубинный углерод влияет на формы и концентрацию углерода у поверхности, что, в свою очередь, может воздействовать на глобальный климат в геологических масштабах времени. Используя расчеты из первых принципов, команда обнаружила, что CO₂ может быть более активным участником глубокого углеродного цикла Земли, который во многом определяет перенос углерода между глубинными и приповерхностными резервуарами планеты.

Исследование показало, что удержание CO₂ и воды в подходящих нанопористых минералах может повысить эффективность подземного хранения углерода. Оно предполагает, что в рамках технологий улавливания и хранения углерода превращение CO₂ вместе с водой в горные породы в условиях нанопространственного ограничения предлагает безопасный метод для постоянного захоронения углерода с низким риском его возврата в атмосферу.

"Растворение CO₂ в воде — это повседневный процесс, но его повсеместность скрывает важность. Он имеет огромное значение для углеродного цикла Земли, который глубоко влияет на глобальное изменение климата в геологическом времени и на энергопотребление человечества", — сказал профессор Пань. Предыдущие исследования фокусировались на свойствах растворенного углерода в объемных растворах. Однако в глубинах Земли или при подземном хранении углерода водные растворы часто ограничены наноразмерными порами, границами зерен и трещинами в земных материалах, где пространственное ограничение и химия поверхности могут принципиально изменять свойства растворов.

Сравнивая углеродные растворы, ограниченные графеном (атомным слоем графита) и стишовитом (высокобарической формой SiO₂), с растворами в объеме, ученые обнаружили, что CO₂ в условиях нанопространственного ограничения реагирует активнее. Это исследование прокладывает путь для изучения более сложных углеродных реакций в воде в глубинах Земли, таких как образование алмазов, абиогенное происхождение нефти и даже глубинная жизнь. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Communications.