Фейерверки под землёй: как необычный эффект жидкости может спасти планету

На первый взгляд это похоже на феерическое шоу. Яркие узоры, расходящиеся от центра, словно вспышки салюта. Но на самом деле — это результат сложного компьютерного моделирования, с которым ученые подошли к решению одной из самых острых проблем нашего времени: климатического кризиса.

Удивительная игра жидкостей

Ученые исследовали поведение двух несмешивающихся жидкостей с разной вязкостью — как, например, масло и вода. При их взаимодействии в ограниченном пространстве возникают уникальные формы — так называемые "пальцы", которые растут, когда одна жидкость впрыскивается в другую. Эти причудливые узоры и дали название эффекту — "жидкостные фейерверки".

За этим визуальным зрелищем кроется вполне практическая задача. Такой тип движения жидкостей помогает понять, как можно эффективно хранить углекислый газ под землёй, снижая его количество в атмосфере.

Почему это важно для климата?

С 1990 года углекислый газ стал основным виновником антропогенного нагрева планеты — он ответственен примерно за 80% всего эффекта от парниковых газов. Очистить атмосферу от лишнего CO₂ можно, но вопрос — что делать с ним потом?

Один из наиболее перспективных вариантов — захоронение газа под землёй. Чтобы понять, как сделать это эффективно и безопасно, необходимо исследовать, как именно ведут себя газы и жидкости в тесном контакте в пористых породах. Именно здесь на помощь и приходят "фейерверки".

Физика в действии: нестабильность Саффмана-Тейлора

Когда менее вязкая жидкость — например, газообразный CO₂ - попадает в более вязкую среду, как вода или пористая подземная порода, возникают характерные структуры. Этот эффект называется нестабильностью Саффмана-Тейлора.

Если вы когда-нибудь капали клей между двумя пластинами, а затем разъединяли их, и замечали, как между ними образуются "языки" воздуха — вы уже видели этот эффект своими глазами.

"Такие узоры образуются, потому что менее вязкой жидкости некуда деться — она начинает пробиваться через более густую, создавая форму "пальцев'", — объясняют авторы исследования.

Как это помогает улавливать углерод

В рамках компьютерной симуляции ученые меняли, когда и с какой скоростью жидкость впрыскивалась в систему. Выяснилось, что эти параметры напрямую влияют на количество и длину "пальцев". Чем интенсивнее эффект — тем глубже проникает газ, уменьшая риск его возвращения обратно в атмосферу.

Это означает, что за счёт точной настройки параметров можно добиться максимальной эффективности хранения CO₂ и минимизировать утечки.

Углеродный рубеж: где мы сейчас

По данным Global CCS Institute, к 2024 году в мире уже действуют 50 объектов по улавливанию и хранению углерода. Ещё 44 строятся, а 534 — находятся на стадии разработки. Всё это — часть масштабной программы по сдерживанию глобального потепления.

Понимание того, как ведут себя жидкости в недрах Земли, становится не просто научным любопытством, а стратегически важной задачей. Каждая такая симуляция — это шаг к будущему, в котором человечество сможет управлять углеродным следом, не прибегая к радикальным мерам.