Cos'è un Clathrate?
Un clathrate è un tipo di idrato, o composto acquoso, in cui le molecole di un'altra sostanza sono intrappolate all'interno di una struttura a gabbia composta da molecole d'acqua. La molecola intrappolata è di solito un gas a pressione e temperatura normali. I clatrati sono solidi simili al ghiaccio che generalmente si formano ad alte pressioni e basse temperature. Tra i più noti e più studiati c'è un idrato di metano che si trova naturalmente in grandi depositi sotto il fondo del mare in molte parti del mondo. Questi potrebbero essere una potenziale fonte di energia, ma c'è anche la preoccupazione che un rilascio improvviso di grandi quantità di metano clatrato, forse indotto dal riscaldamento globale, possa essere disastroso.
L'unità base della maggior parte dei clatrati è un dodecaedro composto da 20 molecole d'acqua disposte in modo da formare 12 facce pentagonali, con un centro cavo che può essere occupato da una "molecola ospite". La struttura è essenzialmente tenuta insieme da legami idrogeno tra le molecole d'acqua, ma stabilizzato dalle molecole ospiti. Poiché i dodecaedri non possono essere raggruppati insieme per riempire tutto lo spazio disponibile, si verificano anche altre forme poliedriche, in modo da formare un reticolo. A causa di questa variazione nelle forme della gabbia e del fatto che non tutte le gabbie sono necessariamente occupate, i clathrate non possono ricevere precise formule chimiche. Le molecole ospiti di Clathrate possono essere gas idrocarburici, come metano o etano, ossigeno, azoto e anidride carbonica.
L'idrato di metano è il composto di clato che ha suscitato maggiore interesse. Questo composto si presenta in grandi quantità in varie località intorno ai bordi di tutti i continenti e nelle regioni di permafrost della Siberia e dell'Alaska. È stato stimato che questi depositi costituiscono la più grande riserva di idrocarburi del pianeta, superando di gran lunga le riserve conosciute di carbone, petrolio e gas naturale. Si pensa che si siano formati dal metano prodotto dall'attività microbica nelle condizioni anaerobiche nei sedimenti appena sotto la superficie del fondo marino o su terreni dove le temperature sono sufficientemente basse. Anche nelle regioni tropicali, le temperature dei fondali marini sono abbastanza basse per la formazione di clati, dove la pressione consente loro di solidificarsi a pochi gradi sopra il punto di congelamento.
Date le grandi quantità di metano immagazzinate in questi depositi, sono state considerate una potenziale fonte di gas naturale. Tuttavia, potrebbero esserci gravi difficoltà tecniche nella sua estrazione che lo rendono antieconomico. L'Unione Sovietica fece numerosi tentativi senza successo di estrarre gas dai depositi di clatrato di permafrost siberiano negli anni '60 e '70. Si teme inoltre che i metodi utilizzati per rilasciare il gas intrappolato possano destabilizzare i depositi, il che potrebbe potenzialmente provocare subsidenza e frane.
Sebbene i depositi di clati possano rappresentare un'enorme risorsa energetica non sfruttata, potrebbero anche costituire un serio pericolo. Non sono stabili al di fuori delle condizioni di temperatura e pressione in cui si verificano e si teme che il riscaldamento globale possa renderle instabili. Ciò rappresenta una duplice minaccia.
In primo luogo, lo scioglimento del ghiaccio di clati mescolato con sedimenti ai bordi continentali potrebbe provocare enormi frane e conseguenti tsunami. Esistono prove del relativamente recente passato geologico che ciò potrebbe essere accaduto al largo delle coste della Norvegia. In secondo luogo, il metano è un potente gas "serra" che intrappola il calore nell'atmosfera in misura ancora maggiore del biossido di carbonio. Il rilascio improvviso di enormi quantità di questo gas potrebbe accelerare il riscaldamento globale, che a sua volta potrebbe causare un'ulteriore destabilizzazione. Ancora una volta, ci sono prove geologiche che ciò può essere accaduto in passato attraverso processi naturali e vi è, a partire dal 2011, una particolare preoccupazione per l'idrato di metano nei depositi di permafrost.