Was ist ein Clathrate?
Ein Clathrat ist eine Art Hydrat oder eine Wasserverbindung, in der Moleküle einer anderen Substanz in einer käfigartigen Struktur aus Wassermolekülen eingeschlossen sind. Das eingeschlossene Molekül ist normalerweise ein Gas bei normalem Druck und normaler Temperatur. Clathrate sind eisartige Feststoffe, die sich im Allgemeinen bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen bilden. Zu den bekanntesten und am besten untersuchten gehört ein Methanhydrat, das in großen Vorkommen unter dem Meeresboden in vielen Teilen der Welt auf natürliche Weise vorkommt. Dies kann eine potenzielle Energiequelle sein, es besteht jedoch auch die Sorge, dass eine plötzliche Freisetzung großer Mengen von Clathratmethan, möglicherweise ausgelöst durch die globale Erwärmung, katastrophal sein könnte.
Die Grundeinheit der meisten Clathrate ist ein Dodekaeder aus 20 Wassermolekülen, die zu 12 fünfeckigen Flächen angeordnet sind. Das hohle Zentrum kann von einem „Gastmolekül“ besetzt werden. Die Struktur wird im Wesentlichen durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen zusammengehalten. aber durch die Gastmoleküle stabilisiert. Da die Dodekaeder nicht zusammengepackt werden können, um den gesamten verfügbaren Raum auszufüllen, treten auch andere polyedrische Formen auf, so dass ein Gitter gebildet wird. Aufgrund dieser Variation in den Käfigformen und der Tatsache, dass nicht alle Käfige notwendigerweise besetzt sind, können Clathrate nicht mit genauen chemischen Formeln angegeben werden. Clathrat-Gastmoleküle können Kohlenwasserstoffgase wie Methan oder Ethan, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid sein.
Methanhydrat ist die Clathratverbindung, die das meiste Interesse hervorgerufen hat. Diese Verbindung kommt in großen Mengen an verschiedenen Orten an den Rändern aller Kontinente und in den Permafrostregionen Sibiriens und Alaskas vor. Es wurde geschätzt, dass diese Vorkommen die größte Kohlenwasserstoffreserve der Welt darstellen und die bekannten Vorkommen an Kohle, Öl und Erdgas bei weitem übersteigen. Es wird angenommen, dass sie sich aus Methan gebildet haben, das durch mikrobielle Aktivität unter anaeroben Bedingungen in Sedimenten direkt unter der Oberfläche des Meeresbodens oder an Land mit ausreichend niedrigen Temperaturen entsteht. Selbst in tropischen Regionen sind die Meeresbodentemperaturen niedrig genug für die Bildung von Clathraten, wobei der Druck es ihnen ermöglicht, sich bei einigen Grad über dem Gefrierpunkt zu verfestigen.
Angesichts der großen Mengen Methan, die in diesen Lagerstätten gespeichert sind, wurden sie als potenzielle Erdgasquelle angesehen. Es kann jedoch ernsthafte technische Schwierigkeiten bei der Gewinnung geben, die es unwirtschaftlich machen. Die Sowjetunion unternahm in den 1960er und 1970er Jahren eine Reihe erfolgloser Versuche, aus sibirischen Permafrost-Clathratvorkommen Gas zu gewinnen. Es besteht auch die Sorge, dass die zum Freisetzen des eingeschlossenen Gases verwendeten Methoden die Ablagerungen destabilisieren könnten, was möglicherweise zu einem Absinken und Erdrutschen führen könnte.
Obwohl Clathratablagerungen eine riesige, ungenutzte Energiequelle darstellen können, können sie auch eine ernsthafte Gefahr darstellen. Sie sind außerhalb der Temperatur- und Druckbedingungen, unter denen sie auftreten, nicht stabil, und es besteht die Befürchtung, dass die globale Erwärmung sie instabil macht. Dies ist eine zweifache Bedrohung.
Erstens könnte das Schmelzen von mit Sedimenten vermischtem Clathrateis an den Kontinentalrändern zu massiven Erdrutschen und daraus resultierenden Tsunamis führen. Es gibt Hinweise aus der relativ jungen geologischen Vergangenheit, dass dies vor der Küste Norwegens geschehen sein könnte. Zweitens ist Methan ein starkes „Treibhausgas“, das die Wärme in der Atmosphäre noch stärker als Kohlendioxid speichert. Die plötzliche Freisetzung großer Mengen dieses Gases könnte die globale Erwärmung beschleunigen, was wiederum zu einer weiteren Destabilisierung führen könnte. Auch hier gibt es geologische Beweise dafür, dass dies in der Vergangenheit durch natürliche Prozesse geschehen sein könnte, und seit 2011 besteht besondere Besorgnis über Methanhydrat in Permafrostvorkommen.