電腦模擬地底高溫高壓 發現二氧化碳在水中有奇妙化學反應
碳是地球生命的基礎,除了存在於大氣、海水,百分之九十均深藏地底。科大學者潘鼎利用高性能計算機,模擬極端環境下的碳結構,發現二氧化碳與水結合後會消失,有助探索儲存大氣中二氧化碳的新方法。若進一步弄清水與二氧化碳的化學反應,甚至可以解開鑽石、甚或生命體的形成之謎。為表彰其科研成就,裘槎基金會向其頒發「裘槎前瞻科研大獎2018」。■香港文匯報記者 詹漢基
香港科技大學物理學系、化學學系助理教授潘鼎,一直醉心地球深部碳循環和水科學研究。他利用廣州天河二號等超級計算機,是首個從理論出發,對碳結構進行量子模擬實驗的科學家。
可「捕碳捉氧」 或紓溫室效應
由於現時科技無法在地底數百公里下進行採樣研究,故他利用物理學第一性原理,在超級計算機上模擬實際高溫高壓的環境,探索極端環境下碳結構的變化,較以往依賴經驗模型而言,準確度更高。
模擬結果發現,地幔深部的高溫高壓環境會令水和二氧化碳產生化學反應,讓二氧化碳消失。若日後能捕捉空氣中的溫室氣體,並以此方法消除二氧化碳,或能紓緩溫室效應。
用獎金研石油 未必生物沉積
不過,潘鼎坦言,全球暖化的速度實在太快,縱使抓住儲存二氧化碳的線索,依然需要長時間進行相關研究。
現時一般教科書上所言,石油由生物經數百萬年沉積而成;然而科學界早提出假設,除了生物沉積外,石油的形成或者不需由生物沉積而成;在高溫、高壓的情況下,甲烷、二氧化碳、水等小分子,或能直接被壓成石油。
潘鼎強調,這個說法還是存在爭議,故會利用裘槎獎獎金作進一步研究。
在以往的假設中,水中只存在中性的二氧化碳,然而在電腦模擬中,潘鼎發現二氧化碳在水中有複雜的化學反應,而這個化學反應會導致形成更活潑的含碳的離子,更有可能導致碳酸鹽、鑽石,甚至是生命體的形成,「然而這一切都是Open questions。」
潘鼎是國際科研項目「深碳觀測聯合會」(Deep Carbon Observatory,簡稱DCO)中唯一的香港學者,該會定位以碳元素為中心,吸引了全球過千名科學家合作,致力整合人類對地球碳循環的理解。