Focuri de artificii în laborator: cum ne pot salva „lichidele imposibile” de schimbările climatice

Par să fie niște explozii colorate desprinse dintr-un festival de artă digitală, dar „focurile de artificii” care au uimit comunitatea științifică sunt, de fapt, simulări sofisticate ale unui fenomen fizic puțin cunoscut publicului larg. Este vorba despre instabilitatea Saffman-Taylor — un comportament bizar al lichidelor care nu se amestecă între ele, precum apa și uleiul, dar care, atunci când sunt forțate să interacționeze, formează modele complexe ce pot părea halucinante.

Ceea ce face ca aceste experimente să fie și mai fascinante este scopul lor: înțelegerea modului în care putem stoca dioxidul de carbon în subteran, o tehnologie crucială în lupta împotriva schimbărilor climatice. Într-un moment în care omenirea caută soluții tot mai creative pentru a opri supraîncălzirea planetei, descoperiri precum aceasta nu sunt doar spectaculoase — sunt vitale.

Atunci când două fluide care nu se amestecă (numite imiscibile) au vâscozități diferite și sunt injectate într-un spațiu îngust, cum ar fi o fisură sau o cameră subterană, fluidul mai puțin vâscos încearcă să pătrundă în masa celui mai vâscos. Însă, în loc să se răspândească uniform, pătrunde în mod haotic, creând ceea ce cercetătorii numesc „degete vâscoase” — forme subțiri și neregulate, care seamănă cu niște ramificații fractale.

Acest fenomen, cunoscut în fizică drept instabilitatea Saffman-Taylor, a fost documentat pentru prima dată în anii ’50, dar cercetările recente l-au adus din nou în atenția specialiștilor. Noile simulări computerizate publicate într-un studiu recent au demonstrat cum se pot manipula aceste „degete” prin alternarea tipului de fluid injectat și a momentului injecției, rezultând modele de o frumusețe aparte — aproape hipnotice.

Poate părea un simplu spectacol vizual, dar aceste modele au implicații directe în tehnologia de captare și stocare a carbonului. În esență, înțelegerea modului în care dioxidul de carbon (în formă gazoasă) se comportă atunci când este injectat în formațiuni subterane pline cu fluide mai vâscoase (precum apa sărată sau petrolul rezidual) poate ajuta la prevenirea scurgerilor și la maximizarea eficienței stocării.

Cum pot aceste lichide „capricioase” să încetinească încălzirea globală

Dioxidul de carbon este principalul vinovat pentru încălzirea globală, reprezentând aproximativ 80% din emisiile cu efect de seră generate de om din 1990 încoace. Captarea și stocarea lui în subteran (așa-numitul proces CCS – Carbon Capture and Storage) este una dintre puținele metode prin care putem reduce rapid cantitatea de CO₂ din atmosferă fără a aștepta schimbări sistemice de durată.

În 2024, la nivel global existau deja 50 de facilități de stocare a carbonului funcționale, alte 44 în construcție și nu mai puțin de 534 în diferite faze de planificare. Dar provocările rămân uriașe: dioxidul de carbon trebuie injectat cu precizie și siguranță în structuri geologice capabile să-l țină captiv pentru sute sau chiar mii de ani. Orice scurgere poate anula tot efortul depus.

Aici intervin lichidele „imposibile” și instabilitatea Saffman-Taylor. Dacă știi exact cum se vor comporta gazul și lichidul în contact, poți proiecta sisteme de injectare care să maximizeze pătrunderea și reținerea CO₂. De exemplu, crearea controlată a acelor „degete vâscoase” poate ajuta gazul să se răspândească mai uniform, reducând presiunea locală și riscul de fisurare a rocilor.

Chiar și exemplele cotidiene ne pot ajuta să înțelegem acest fenomen: dacă ai pus vreodată o picătură de lipici între două suprafețe și ai încercat apoi să le separi, ai observat cum se formează canale neregulate în lipici — exact același mecanism în acțiune.

De la artă digitală la tehnologie salvatoare: viitorul stocării carbonului

Poate părea o glumă: lichide care nu se suportă pot salva planeta. Dar în știință, cele mai contraintuitive fenomene devin adesea cele mai utile. Studiul recent asupra instabilității Saffman-Taylor, realizat cu simulări complexe și modelări matematice, ne arată cum detalii aparent mărunte pot face diferența între un efort reușit de stocare a carbonului și un eșec costisitor.

În mod paradoxal, „haosul controlat” al acestor focuri de artificii lichide ar putea reprezenta o armă importantă împotriva crizei climatice. Cu fiecare pas înainte în înțelegerea comportamentului fluidelor, suntem mai aproape de o tehnologie sigură, scalabilă și eficientă pentru eliminarea dioxidului de carbon din atmosferă.

Poate că nu vei vedea aceste modele fluorescente dansând pe cerul nopții, dar e foarte posibil ca, într-un viitor apropiat, ele să danseze în adâncul pământului — acolo unde o parte din speranța pentru o planetă mai curată începe cu un strop de știință și un strop de fluid vâscos.