(文章转载自EurekAlert!，原刊于2022年11月16日)
香港科大的一项最新研究表明，地球内部的CO2可能比之前认识的更加活跃，并在地球气候变化过程中扮演更重要的角色。
这项由潘鼎教授领导的研究主要关注CO2在水中的溶解过程，对减少地下封存的碳逃逸回大气有重要意义。
地球的碳大部分储存在其内部。地球内部的碳会影响地表碳的总量和分布，对地质学时间尺度上的气候变化有深刻影响。因此，了解地表数百公里以下碳的存储状况非常重要。
“现有的研究主要集中在地表以上或者附近的碳的种类。然而，超过90%的地球的碳存储在地壳、地幔、甚至地核，我们对此知之甚少”，潘教授说。
采用物理中的第一性原理模拟，他的团队发现在地球内部的碳循环中二氧化碳比之前认识的要更加活跃，这对碳在地表和地球内部存储池之间的输运有很大的影响。
这项研究发现，将水和二氧化碳限制在合适的纳米多孔材料中可以提升地下碳存储的效率。在碳捕捉和存储过程中，在纳米受限条件下将二氧化碳和水混合再转变成碳酸盐矿物是一个安全的办法，可以永久性地将碳存储于地下，碳逃逸回大气的风险低。
这些发现刚刚发表于国际性期刊《自然通讯》。
“二氧化碳溶于水每天都在发生，但它的普遍性掩盖了其重要性。该过程对地球碳循环有重要意义，并在地质学时间尺度下深刻影响了全球气候变化和人类的能源消耗,” 潘教授说。
“该研究是探索极端条件下二氧化碳水溶液的独特物理和化学性质的重要进展”
之前的研究集中在体相溶液中溶解的碳的性质，但在地球内部或者碳输运过程中，水溶液经常被限制在纳米尺度下地球岩石的孔隙、晶粒边界或断裂处，那里的空间限制和界面化学可以使水溶液的表现完全不同。
“含碳流体可以深达数百公里，现阶段无法直接观测。实现地球内部的高温和高压并在实验室中进行测量同样困难重重”，他说。
潘教授目前是大学的物理系和化学系双聘副教授。他的团队成员有博士生Nore Stolte和侯睿。他们对水中二氧化碳在纳米受限条件下的反应进行模拟。
通过比较含碳水溶液被石墨烯（单原子层石墨）和斯石英（二氧化硅的一种高压相）纳米受限，以及溶液的体相，他们发现二氧化碳在受限状态下反应更多。
此项研究对探索地球内部更复杂的水中碳反应开辟了道路，如金刚石的生成、石油的非生物起源、甚至生命的起源。接下来，该团队希望探索碳可否更进一步反应生成构成有机物质的复杂分子。
潘教授专注于开发和应用计算和数值方法从第一性原理出发理解和预测水、固体、以及纳米结构的行为和性质。在高性能计算机的帮助之下，他的团队正在对关乎人类可持续发展的急迫和基础性的科学问题，如水科学、深部碳循环以及清洁能源等，寻找答案。
