本文由B. Peter McGrail、H. Todd Schaef、Anita M. Ho、Yi-Ju Chien、James J. Dooley和Casie L. Davidson共同撰写，发表于2006年12月2日的《Journal of Geophysical Research》。研究的主要机构包括美国太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）、Flathead Valley社区学院地质学系、以及联合全球变化研究所（Joint Global Change Research Institute）。该研究探讨了洪水玄武岩（flood basalts）作为二氧化碳（CO₂）地质封存（geologic sequestration）介质的潜力。

研究背景

随着全球气候变化问题的加剧，减少大气中的CO₂浓度成为当务之急。尽管化石燃料仍然是全球经济增长的重要能源，但其使用导致了大量的CO₂排放。为了平衡能源需求与气候保护，地质封存技术被提出作为一种有效的CO₂减排手段。传统的地质封存研究主要集中在深部沉积岩层，而洪水玄武岩作为一种潜在的封存介质，尚未得到系统的定量评估。洪水玄武岩具有多孔性和渗透性，能够存储大量的CO₂，并且其内部的化学反应可以将CO₂转化为稳定的碳酸盐矿物，从而实现长期的封存。

研究流程

研究分为多个步骤，主要包括以下几个方面：

1. 玄武岩流特征分析：洪水玄武岩的内部结构复杂，其顶部通常具有多孔性和渗透性，适合CO₂的注入。研究通过对哥伦比亚河玄武岩群（Columbia River Basalt Group, CRBG）的样本进行分析，发现其孔隙度高且连通性好，适合CO₂的存储。

2. 实验室实验：研究团队进行了实验室实验，验证了CO₂饱和孔隙水与玄武岩之间的化学反应。实验结果表明，CO₂与玄武岩反应后能够迅速形成稳定的碳酸盐矿物，如方解石（calcite）。通过X射线衍射和拉曼光谱分析，研究团队确认了矿物的形成过程。

3. 矿物化速率估算：研究通过计算玄武岩中钙（Ca）、镁（Mg）和铁（Fe）等阳离子的释放速率，估算了碳酸盐矿物的形成速率。结果表明，CO₂注入后，碳酸盐矿物的形成时间相对较短，通常在几年内即可开始沉淀。

4. 大规模渗透性和连通性分析：研究还评估了玄武岩的大规模渗透性和连通性，发现玄武岩作为区域含水层系统，具有较好的横向连续性和渗透性，适合CO₂的注入和封存。

主要结果

研究的主要结果包括： - 洪水玄武岩具有较高的孔隙度和渗透性，适合CO₂的注入和存储。 - 实验室实验证实，CO₂与玄武岩反应后能够迅速形成稳定的碳酸盐矿物，如方解石。 - 计算结果表明，CO₂注入后，碳酸盐矿物的形成时间相对较短，通常在几年内即可开始沉淀。 - 玄武岩的大规模渗透性和连通性使其成为CO₂封存的潜在介质，尤其是在美国哥伦比亚河玄武岩群和印度德干玄武岩（Deccan Basalts）等地区。

结论

研究表明，洪水玄武岩具有作为CO₂地质封存介质的潜力。其多孔性和渗透性使其能够存储大量的CO₂，并且通过化学反应将CO₂转化为稳定的碳酸盐矿物，从而实现长期的封存。研究还指出，玄武岩的矿物化速率较快，适合在实际的CO₂封存项目中进行验证。此外，研究还强调了玄武岩在全球碳循环中的重要作用，尤其是在美国哥伦比亚河玄武岩群和印度德干玄武岩等地区的应用潜力。

研究亮点

• 重要发现：洪水玄武岩能够通过化学反应将CO₂转化为稳定的碳酸盐矿物，从而实现长期的CO₂封存。
• 新颖性：研究首次系统地评估了洪水玄武岩作为CO₂封存介质的潜力，并通过实验室实验和计算模型验证了其可行性。
• 应用价值：该研究为CO₂地质封存提供了新的选择，尤其是在传统沉积岩封存介质有限的地区，洪水玄武岩可以作为一种有效的替代方案。

研究意义

该研究不仅为CO₂地质封存提供了新的科学依据，还为全球气候变化问题的解决提供了新的思路。洪水玄武岩作为CO₂封存介质的潜力，尤其是在美国和印度等地区的应用，将为未来的CO₂减排项目提供重要的技术支持。此外，研究还强调了玄武岩在全球碳循环中的重要作用，为进一步研究提供了新的方向。