海底沉积物蓝碳与CO2泄漏的相互作用：地质封存点碳逃逸的命运解析

本研究针对海底地质CO2封存中蓝碳（Blue Carbon）稳定性问题，通过量化北海Endurance储层上方沉积物碳储量及实验室CO2气泡实验，揭示无机碳（PIC）易受泄漏酸化溶解，而有机碳（POC）稳定的特性，提出热力学框架预测CO2再封存潜力，为碳封存安全评估提供关键数据。

　　

论文解读：
在全球气候变暖的紧迫背景下，碳捕集与封存（CCS）技术被视为缓解温室效应的关键手段。然而，海底地质封存CO₂的安全性始终存在隐忧——一旦发生泄漏，不仅会直接释放温室气体，还可能破坏海底沉积物中已固定的“蓝碳”（Blue Carbon），即海洋生态系统通过生物地球化学过程长期积累的有机和无机碳库。北海Endurance储层作为英国重要的CO₂封存试点，其上方沉积物中富含贝壳碎屑形成的碳酸钙（CaCO₃，PIC）和少量有机碳（POC），但CO₂泄漏如何影响这些碳库的稳定性尚不明确。为此，牛津大学等机构的研究团队通过实地采样与模拟实验，首次量化了泄漏风险并揭示了CO₂-沉积物相互作用的化学机制，成果发表于《International Journal of Greenhouse Gas Control》。

研究团队采用两项关键技术：1）基于北海Endurance储层上方11个站点的沉积物样本，通过元素分析仪测定总碳（TC）、酸处理法分离PIC与POC；2）设计40 cm垂直柱实验，以40 mL/min流速连续5天注入CO₂，监测pH、碱度及碳形态变化，结合CO₂sys软件模拟热力学平衡。

研究结果

1. 蓝碳储量评估：Endurance区域10米深沉积层储存约21.72 Mt碳（PIC占63%），但单次泄漏事件（模拟50米半径渗漏）仅威胁0.012 Mt碳，不足储层容量的0.002%。
2. CO₂泄漏实验：CO₂注入导致pH骤降至6，PIC含量下降56-80%（SSK781样本最显著），而POC保持稳定，证实酸化主要溶解CaCO₃而非有机质。
3. 热力学缓冲机制：实验数据与理论模型（K_sp溶度积公式）吻合，显示高CO₂分压下CaCO₃溶解可增加碱度（达32,648 μmol/kg），但仅0.03%的注入CO₂被固定为HCO₃^-，表明快速泄漏时缓冲能力有限。

结论与意义
该研究首次提出“PIC富集区更易受泄漏影响但具CO₂再封存潜力，POC区稳定性高但无中和能力”的双重效应。通过构建热力学框架（图6），量化了不同CO₂分压（0.002-5 atm）下的最大再封存比例（峰值约10%），指出缓慢泄漏时孔隙水初始碱度是限制因素。这一成果不仅为北海CCS项目风险评估提供科学依据，更揭示了蓝碳保护与CO₂封存协同管理的必要性——尽管泄漏风险极低，但优化储层选址（优先PIC贫乏区）和实时监测仍是保障“净负排放”目标的关键。