وقتی دو مایع به‌خوبی با هم ترکیب نمی‌شوند، گاهی الگوهای عجیب و غریبی شکل می‌گیرند که به آن‌ها ناپایداری سفمن-تیلور (Saffman-Taylor instability) گفته می‌شود. بررسی این الگوها می‌تواند به دانشمندان کمک کند سامانه‌هایی برای ذخیره‌سازی کربن طراحی کنند که فرایند مهمی در مدیریت تغییرات اقلیمی است.

پژوهشگران بررسی کردند چگونه دو مایع ترکیب‌نشدنی (مثل آب و روغن) با ویسکوزیته (گران‌رَوی) متفاوت، می‌توانند هنگام تعامل با هم شکل‌هایی خاص و منحصر به فرد ایجاد کنند.

بررسی این پدیده نقش مهمی در ذخیره‌سازی کربنِ موجود در جوّ در زیر زمین دارد که یکی از راه‌کارهای مقابله با تغییرات اقلیمی به شمار می‌رود. دی‌اکسید کربن از سال ۱۹۹۰، عامل حدود ۸۰٪ از گرمایش ناشی از گازهای گلخانه‌ایِ تولیدشده به‌وسیله انسان بوده است. حذف مقادیر زیادی از دی‌اکسید کربن از جوّ ممکن است، اما باید مکانی برای آن یافت. ذخیره‌سازی آن در زیر زمین یکی از گزینه‌هاست و درک تعاملات سیالات می‌تواند به ما کمک کند بفهمیم چگونه این کار شدنی است.

«آتش‌بازی‌های» سیال از ناپایداری سَفمَن-تیلور ناشی می‌شوند؛ پدیده‌ای که هنگام تعامل دو سیال ناسازگار با ویسکوزیته متفاوت در فضایی محدود رخ می‌دهد. وقتی یک سیال با وسیکوز کمتر وارد سامانه می‌شود، فضای زیادی برای حرکت ندارد؛ بنابراین به جای آن به سیال غلیظ‌تر فشار می‌آورد و همین موجب شکل‌گیری الکوهای ویژه و بی‌همتا می‌شود.

نمونه‌ای از ناپایداری سفمن-تیلور که الگوهای پیچیده‌ای در یک لایه نازک ایجاد کرده است

اگر تا به حال قطره چسبی را بین دو سطح صاف ریخته باشید و سپس نظرتان عوض شده و آن‌ها را از هم جدا کرده باشید، بدون‌شک دیده‌اید چسبِ خیس به شکل شیارها و رگه‌های عجیب درمی‌آید. این همان ناپایداری سفمن-تیلور است. وقتی دو قطعه را از هم جدا می‌کنید، هوا تلاش می‌کند وارد جایی شود که پیش‌تر چسبِ غلیظ قرار داشت و همین موجب می‌شود آن الگوهای ویژه شکل بگیرند.

ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن در زیر زمین شامل «تزریق» گاز دی‌اکسید کربن به درون مایعی با وسیکوزیته بیشتر (مانند آب) در فضاهای محدود زیرزمینی می‌شود که این فرایند به ناپایداری سفمن-تیلور منجر می‌شود. «آتش‌بازی‌های» شبیه‌سازی‌شده در مقاله نشان داده‌اند که تعداد و میزان گسترش این اشکال به زمان و نحوه تزریق سیال بستگی دارد. افزایش این اثر می‌تواند به نگه‌داشتن گاز و جلوگیری از بازگشت آن به جوّ کمک کند.

در سراسر جهان، افراد زیادی روی پروژه‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن کار می‌کنند. برپایه‌ی گزارش بنیاد جهانی CCS، تا سال ۲۰۲۴.۵۰ تأسیسات در حال بهره‌برداری، ۴۴ واحد در حال ساخت و ۵۳۴ پروژه در دست توسعه بوده‌اند. پیشرفت در این فناوری ابزارهای بیشتری در اختیار ما می‌گذارد تا با گرمایش جهانی ناشی از دی‌اکسید کربن بیش از حد در جوّ زمین مقابله کنیم.

نقاشی‌های شگفت‌انگیزی که «طبیعت» با «آب و روغن» می‌کشد