Hvad er en Clathrate?

Et clathrat er en type hydrat eller vandforbindelse, hvor molekyler af et andet stof er fanget i en burlignende struktur sammensat af vandmolekyler. Det fangede molekyle er normalt en gas ved normalt tryk og temperatur. Clathrates er islignende faste stoffer, der generelt dannes ved høje tryk og lave temperaturer. Blandt de bedst kendte og mest studerede er et methanhydrat, der forekommer naturligt i store aflejringer under havbunden i mange dele af verden. Disse kan være en potentiel energikilde, men der er også bekymring for, at en pludselig frigivelse af store mængder clathrate-metan, måske forårsaget af global opvarmning, kan være katastrofal.

Den grundlæggende enhed for de fleste clathrates er en dodecahedron sammensat af 20 vandmolekyler arrangeret til at danne 12 femkantede flader med et hult centrum, der kan besættes af et "gæstemolekyle." Strukturen holdes i det væsentlige sammen af ​​brintbindinger mellem vandmolekylerne, men stabiliseret af gæstemolekylerne. Da dodecahedra ikke kan pakkes sammen for at udfylde al den tilgængelige plads, forekommer også andre polyhedrale former, så der dannes et gitter. På grund af denne variation i burformene, og det faktum, at ikke alle burene nødvendigvis er besat, kan clathrates ikke gives præcise kemiske formler. Clathrate-gæstemolekyler kan være carbonhydridgasser, såsom methan eller ethan, oxygen, nitrogen og carbondioxid.

Methanhydrat er den clathratforbindelse, der har genereret mest interesse. Denne forbindelse forekommer i store mængder forskellige steder rundt om kanterne på alle kontinenter og i permafrostregionerne i Sibirien og Alaska. Det er blevet anslået, at disse aflejringer udgør den største reserve af kulbrinter på planeten, der langt overstiger de kendte reserver af kul, olie og naturgas. De menes at have dannet sig fra methan produceret ved mikrobiel aktivitet under de anaerobe forhold i sedimenter lige under overfladen af ​​havbunden eller på land, hvor temperaturerne er tilstrækkelig lave. Selv i tropiske regioner er havbunden temperaturer lave nok til dannelse af clathrate, hvor trykket giver dem mulighed for at størkne nogle få grader over frysepunktet.

I betragtning af de store mængder methan, der er opbevaret i disse aflejringer, er de blevet betragtet som en potentiel kilde til naturgas. Der kan dog være alvorlige tekniske vanskeligheder involveret i dens udvinding, der gør det uøkonomisk. Sovjetunionen gjorde en række mislykkede forsøg på at udvinde gas fra Siberian permafrost-klatrataflejringer i 1960'erne og 1970'erne. Der er også bekymring for, at metoderne, der anvendes til at frigive den fangede gas, kan destabilisere aflejringerne, hvilket potentielt kan føre til forsyn og jordskred.

Selvom clathrate-aflejringer kan repræsentere en enorm uudnyttet energiressource, kan de også udgøre en alvorlig fare. De er ikke stabile uden for temperatur- og trykforholdene, hvor de forekommer, og der er bekymring for, at global opvarmning kan gøre dem ustabile. Dette udgør en dobbelt trussel.

For det første kan smeltning af clathrate-is blandet med sedimenter ved kontinentale kanter resultere i massive jordskred og deraf følgende tsunamier. Der er bevis for fra den relativt nylige geologiske fortid, at dette kan være sket ud for Norges kyst. For det andet er metan en potent "drivhusgas", der fanger varme i atmosfæren i endnu større grad end kuldioxid. Den pludselige frigivelse af enorme mængder af denne gas kan fremskynde den globale opvarmning, hvilket igen kan forårsage yderligere destabilisering. Igen er der geologiske beviser for, at dette kan være sket i fortiden gennem naturlige processer, og der er fra 2011 særlig bekymring over methanhydrat i permafrostaflejringer.