海洋不僅是生命的搖籃，更是調(diào)節(jié)全球氣候的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它通過復雜的物理和生物過程，吸收并儲存了大量的二氧化碳。經(jīng)科學估算，自工業(yè)革命以來，全球海洋吸收了約 30% 由人類活動產(chǎn)生的二氧化碳，是地球上最大、最重要的天然碳匯?；谶@一自然機制，科學家正積極探索，希望通過技術(shù)手段繼續(xù)增強海洋的碳吸收能力，使其成為應(yīng)對氣候變化的一條有效碳匯路徑。那么二氧化碳是如何變成“石頭”的呢？

當工業(yè)活動中產(chǎn)生的二氧化碳被“邀請”進入深海，它們將開啟一段奇妙的旅程。在這里，高壓與低溫的獨特環(huán)境，將協(xié)助二氧化碳上演一出精彩的“變形記”，最終讓它從看不見摸不著的氣體，轉(zhuǎn)化成牢固的“海底礦藏”。

深海的極端環(huán)境是這場“變形記”的關(guān)鍵因素。隨著水下深度的增加，海水壓力呈幾何級數(shù)增長。例如，在海下800米深處，壓力可達8兆帕，相當于約80個標準大氣壓。在這種高壓下，二氧化碳不再是我們通常所見的無色氣體，而是變得非常致密，呈現(xiàn)出液態(tài)或接近液態(tài)的“超臨界態(tài)”。這種高密度狀態(tài)會讓二氧化碳如同被無形的大手緊緊壓制住一般難以逃逸，更不易上浮。更奇妙的是，在某些特定深度（如3000米以下），液態(tài)二氧化碳的密度甚至會超過同深度的海水的密度，從而發(fā)生自然下沉，這也進一步增強了被封存的二氧化碳的穩(wěn)定性。

深海的低溫條件也為二氧化碳的轉(zhuǎn)化提供了有利環(huán)境。深海海水的溫度常年保持在較低水平，通常在0～4 ℃，如同一個巨大的天然“冷庫”。低溫不僅有助于增加二氧化碳在水中的溶解度，使其更易被海水吸收并形成碳酸；更神 奇的是，在特定的高壓、低溫條件下，二氧化碳還能與水分子結(jié)合，形成一種類似冰晶的固體——二氧化碳水合物”。這些水合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大量二氧 化碳分子被束縛其中，如同給它們穿上了一層堅固的“ 鎧甲”，進一步降低了 其泄漏的風險，為二氧化碳封存提供了多重“保險”。

最后是物理與化學的協(xié)同作用。當二氧化碳被注入深海地層后，它首先會溶解在深層海水中，與水分子結(jié)合形成碳酸。這個過程雖然會使局部海水的pH值略有下降，但由于廣闊水體的緩沖能力，其影響通常是局部且可控的。更重要的是，形成的碳酸會進一步電離出碳酸氫根離子和碳酸根離子。這些溶解的相關(guān)離子，會與海水或地層巖石中富含的鈣、鎂等金屬離子發(fā)生化學反應(yīng)，經(jīng)過漫長的時間，最終形成穩(wěn)定且不溶于水的碳酸鹽礦物（如碳酸鈣、碳酸鎂）。這一過程被稱為“礦化作用”，它能將二氧化碳永久性地固定在固體礦物中，使其從氣體形態(tài)徹底轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石組分，從而實現(xiàn)穩(wěn)定、長期的封存。這就把二氧化碳從“游離態(tài)”變成了“化石態(tài)”，徹底隔絕了它與大氣的接觸。

深海地層本身的構(gòu)造也為二氧化碳提供了堅實的物理屏障。注入的液態(tài)或超臨界態(tài)二氧化碳會被儲存于深海多孔的巖層中，如咸水層，這些巖層具有良好的孔隙度和滲透性，能夠容納大量的二氧化碳。其上方則覆蓋著致密、不透水的蓋層，如同一個嚴絲合縫的“地下容器”，將注入的二氧化碳牢牢地密 封在地下深處，防止其向上部地層甚至海洋環(huán)境逸散。這種地質(zhì)圈閉機制、礦化作用與水合物形成機制共同構(gòu)成了多重安全屏障，可以確保二氧化碳的長期穩(wěn)定封存。

通過這些層層遞進的物理和化學機制，二氧化碳被有效地從大氣循環(huán)中移除，并被安全地固定在深海地層中，為地球生態(tài)系統(tǒng)卸下了沉重的負擔。

（文內(nèi)配圖均已獲得圖蟲創(chuàng)意授權(quán))

本文節(jié)選自《百科知識》2025.9B

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