Co je to Klatrát?

Klatrát je druh hydrátu nebo sloučeniny vody, ve kterém jsou molekuly jiné látky zachyceny v klecové struktuře složené z molekul vody. Zachycená molekula je obvykle plyn při normálním tlaku a teplotě. Klatráty jsou pevné látky podobné ledu, které se obvykle tvoří při vysokých tlacích a nízkých teplotách. Mezi nejznámější a nejstudovanější patří hydrát metanu, který se přirozeně vyskytuje ve velkých ložiscích pod mořským dnem v mnoha částech světa. Může to být potenciální zdroj energie, existuje však také obava, že náhlé uvolnění velkého množství klatrátového metanu, možná vyvolané globálním oteplováním, by mohlo být katastrofální.

Základní jednotkou většiny klatrátů je dodekahedron složený z 20 molekul vody uspořádaných tak, aby vytvořily 12 pětiúhelníkových ploch, s dutým středem, který může být obsazen „hostující molekulou“. Struktura je v podstatě držena pohromadě vodíkovými vazbami mezi molekulami vody, ale stabilizovaný hostujícími molekulami. Protože dodecahedra nemůže být zabalena dohromady, aby zaplnila celý dostupný prostor, vznikají také jiné polyhedrální tvary, takže se vytvoří mříž. Kvůli této změně tvarů klecí a skutečnosti, že ne všechny klece jsou nutně obsazeny, klatráty nemohou mít přesné chemické vzorce. Klatrátovými hostitelskými molekulami mohou být uhlovodíkové plyny, jako je metan nebo ethan, kyslík, dusík a oxid uhličitý.

Methan hydrát je klatrátová sloučenina, která vyvolala největší zájem. Tato sloučenina se vyskytuje ve velkém množství na různých místech kolem okrajů všech kontinentů a v permafrostových oblastech Sibiře a Aljašky. Odhaduje se, že tato ložiska představují největší rezervu uhlovodíků na planetě, daleko převyšující známé zásoby uhlí, ropy a zemního plynu. Předpokládá se, že se vytvořily z metanu produkovaného mikrobiální aktivitou v anaerobních podmínkách v sedimentech těsně pod povrchem mořského dna nebo na zemi, kde jsou teploty dostatečně nízké. I v tropických oblastech jsou teploty mořského dna dostatečně nízké pro tvorbu klatrátů, kde jim tlak umožňuje ztuhnout o několik stupňů nad bodem mrazu.

Vzhledem k obrovskému množství metanu uloženého v těchto ložiscích byly považovány za potenciální zdroj zemního plynu. Při jeho těžbě však mohou existovat vážné technické problémy, které jej činí neekonomickým. Sovětský svaz během šedesátých a sedmdesátých let provedl řadu neúspěšných pokusů o těžbu plynu z usazenin klatrátů sibiřského permafrostu. Existují také obavy, že metody používané k uvolňování zachyceného plynu mohou destabilizovat usazeniny, což by mohlo vést k poklesu a sesuvy půdy.

Ačkoli vklady klatrátu mohou představovat obrovský nevyužitý zdroj energie, mohou představovat i vážné nebezpečí. Nejsou stabilní mimo teplotní a tlakové podmínky, ve kterých se vyskytují, a existuje obava, že globální oteplování může způsobit jejich nestabilitu. To představuje dvojí hrozbu.

Zaprvé, tání klatrátového ledu smíchaného se sedimenty na kontinentálních okrajích by mohlo vést k masivním sesuvům půdy a následným tsunami. Existují důkazy z relativně nedávné geologické minulosti, že k tomu mohlo dojít mimo norské pobřeží. Za druhé, metan je silný „skleníkový“ plyn, který zachycuje teplo v atmosféře ještě více než oxid uhličitý. Náhlé uvolnění obrovského množství tohoto plynu by mohlo urychlit globální oteplování, což by mohlo zase způsobit další destabilizaci. Znovu existují geologické důkazy, že k tomu mohlo dojít v minulosti prostřednictvím přírodních procesů a od roku 2011 existuje zvláštní obava ohledně hydrátu metanu v depozitech permafrostu.