至少需要几十年才能用低碳能源取代廉价、丰富的化石燃料。与此同时，世界各地的许多科学家和政府官员认为，控制地球大气中二氧化碳（CO2）水平上升的下一个最佳选择是从一开始就阻止气体逸出。这可以通过使用化学溶剂将其从发电厂和其他高污染设施（如铝制造厂）排放的副产品中分离出来，然后将其埋藏（技术上是注入）到地下深处来完成——这个过程被称为碳捕获和封存（CCS）。理想的储存区域包括枯竭的油气藏、不可开采的煤层或深部盐水层，因为它们都处于足够的压力下，迫使温室气体保持静止，并且由多孔岩石制成，可以像海绵一样吸收二氧化碳。
美国能源部估计，美国深部盐水层可以容纳多达 12,000 吉吨的二氧化碳，这意味着它们是一个可行的长期解决方案，因为人类活动目前每年排放约 33 吉吨的二氧化碳。尽管埋藏数十亿吨二氧化碳听起来像是一项艰巨，甚至可能危险的任务，但工程师们对如何做到这一点有很好的想法，科学家们也有理由认为它可以安全地大规模运行。石油和天然气工业从 20 世纪 30 年代开始向地下注入各种流体；从那时起，研究人员一直在努力了解该过程对储存地点的地球化学的影响以及可能对人类安全造成的风险。包括 1996 年在北海启动的挪威项目在内的一些二氧化碳储存地点已经在世界各地投入使用，表明这个概念在小规模上是可行的。
一个引起广泛研究关注的潜在风险是意外泄漏——尤其是在二氧化碳渗入饮用地下水供应中的假设情况。这是 11 月 11 日在线发表在期刊Environmental Science & Technology. 上的一项研究的重点。
该研究的作者从美国最大的四个含水层——马里兰州和弗吉尼亚州下方的阿奎亚和弗吉尼亚海滩含水层、伊利诺伊州的马霍梅特含水层和德克萨斯州的奥加拉拉含水层——采集了淡水样本，每个含水层都位于潜在的封存地点之上。然后，在实验室中，研究人员将实验水样暴露于旨在模拟缓慢泄漏的二氧化碳流中，并观察了在 300 多天内发生的化学变化。二氧化碳导致所有样品中水的 pH 值下降 1-2 个单位，因为气体与水反应形成碳酸。pH 值的下降导致样品中的岩石风化，增加了水中先前属于岩石的元素的浓度。
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尽管具体的化学变化取决于每个样品各自地点的独特地球化学性质，但作者报告说，总体而言，二氧化碳导致碱金属和碱土金属元素以及锰、钴、镍和铁的浓度增加——在某些情况下增加了两个数量级以上。在某些样品中，铝、锰、铁、锌、镉、硒、钡、铊和铀的浓度接近或超过了环境保护署（EPA）设定的最大污染物水平。此外，在某些情况下，溶解的锂、钴、铀和钡的量在整个实验过程中持续增加，作者表示这表明了此类长期调查的价值。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室碳管理项目负责人、CCS 专家胡里奥·弗里德曼说，即使这些结果看起来似乎令人担忧，但事实是它们并不令人惊讶。“如果二氧化碳进入浅层淡水含水层，少量的痕量金属将从岩石体积中释放出来，”他说。“这是我们已经理解的事情。”二氧化碳泄漏可能如何影响饮用地下水是“15 年前社区提出的首批问题之一”，他补充道。“这是我们投入最多实验重点的地方。”
弗里德曼说，他感到惊讶的是，有报道暗示该研究发现了一种新的风险类型，而事实上，二氧化碳泄漏到饮用水中的威胁已得到充分研究。地下碳封存受 1974 年的安全饮用水法监管，该法规定，如果即使有很小的机会可能污染超过 EPA 规定阈值以上的可用饮用水源，团体也不能向地下注入任何物质。
饮用水法根据材料注入的深度、是否危险和其他区分因素将井划分为不同的类别。11 月 22 日，EPA 最终确定了 VI 类井的法规，该类别专门为地下二氧化碳封存而设计。根据新闻稿，“该规则要求旨在确保用于地质封存二氧化碳的井得到适当的选址、建造、测试、监测和关闭。”
杜克大学环境科学教授、该论文的合著者罗伯特·杰克逊说，新的Environmental Science & Technology结果在监测这些区域的背景下是有价值的。他说，最终目标是开发一种工具，可以用来测试潜在地点的地球化学特征，这些特征可能代表二氧化碳泄漏情况下的风险因素，并在这些地点投入使用后对其进行监测。
杰克逊说，无论法规如何，泄漏都必然会偶尔发生。有缺陷的井或未绘制的断层可能会在某个时候让二氧化碳逸出，监管机构应该开发一种方法来及时检测泄漏，以便在泄漏变成更大的问题之前进行缓解。杰克逊说，他的研究结果表明，在某些情况下，地下水化学可能能够充当早期预警，因为某些元素的浓度在样品首次暴露于模拟泄漏后仅两周就明显升高。“在实际发现二氧化碳本身之前，你可以观察地下水中的锰或其他一些元素，并将其用作泄漏的指标——这是一种强大的工具，”他说。
弗里德曼同意，新的论文，加上先前发布的数据，增加了“基础设施的最早部分”，可以应用于开发廉价的监测工具。
德克萨斯大学奥斯汀分校经济地质局高级研究科学家苏珊·霍沃卡说，在这个领域还有很多工作要做。霍沃卡的研究课题是二氧化碳封存井的监测。她说，理想情况下，研究人员可以找到一个清晰的信号，该信号在所有地点都是一致的——一个“神奇的子弹，可以让我们说，‘啊哈！你们不合规，这就是我们知道的原因’”。不幸的是，这样的信号尚未出现，“这篇论文是一系列论文之一，表明你会得到这些微妙、模糊、不一致的指标”，这些指标是特定于地点的，她说。
最好的数据将来自实际的现场研究，随着更多地下储存地点投入使用，现场研究可能会增加。“当你拥有实验室样品时，总是很难知道如何将它们放大到整个含水层，”霍沃卡说。
霍沃卡说，与此同时，公众（和媒体）权衡地下二氧化碳封存的风险与继续允许二氧化碳在大气中积累的风险非常重要。“气候变化本身对水来说是一个非常大的风险，”她说。“人们没有权衡这种风险。”