Hva er et klatrate?

Et klatrat er en type hydrat, eller vannforbindelse, der molekyler av et annet stoff er fanget i en burlignende struktur sammensatt av vannmolekyler. Det fangede molekylet er vanligvis en gass ved normalt trykk og temperatur. Clathrates er islignende faste stoffer som vanligvis dannes ved høyt trykk og lave temperaturer. Blant de mest kjente og mest studerte er et metanhydrat som forekommer naturlig i store forekomster under havbunnen i mange deler av verden. Dette kan være en potensiell energikilde, men det er også bekymring for at en plutselig frigjøring av store mengder klatratmetan, kanskje bedt om av global oppvarming, kan være katastrofalt.

Den grunnleggende enheten til de fleste klatrater er en dodecahedron sammensatt av 20 vannmolekyler som er arrangert for å danne 12 pentagonal ansikter. Strukturen holdes i hovedsak sammen av hydrogenbindinger mellom vannmolekylene, men stabiliseres av gjestemolekylene. Siden dodecahenEdra kan ikke pakkes sammen for å fylle all tilgjengelig plass, andre polyhedrale former forekommer også, slik at et gitter dannes. På grunn av denne variasjonen i burformene, og det faktum at ikke alle burene nødvendigvis er okkupert, kan ikke klatrater gis presise kjemiske formler. Clathrate gjestemolekyler kan være hydrokarbongasser, for eksempel metan eller etan, oksygen, nitrogen og karbondioksid.

Metanhydrat er klatratforbindelsen som har generert mest interesse. Denne forbindelsen forekommer i store mengder forskjellige steder rundt kantene på alle kontinenter og i permafrostregionene i Sibir og Alaska. Det er anslått at disse forekomstene utgjør den største reserven av hydrokarboner på planeten, og overskrider langt over kjente reserver av kull, olje og naturgass. De antas å ha dannet seg fra metan produsert av mikrobiell aktivitet under anaerobe forhold in sedimenter rett under overflaten av havbunnen eller på land der temperaturene er tilstrekkelig lave. Selv i tropiske regioner er havbunnstemperaturene lave nok til dannelse av klatrat, der trykket lar dem stivne i noen grader over frysepunktet.

Gitt de enorme mengdene metan som er lagret i disse forekomstene, har de blitt betraktet som en potensiell kilde til naturgass. Det kan imidlertid være alvorlige tekniske vanskeligheter involvert i utvinningen som gjør det uøkonomisk. Sovjetunionen gjorde en rekke mislykkede forsøk på å hente ut gass fra sibirske permafrost -klatratforekomster i løpet av 1960- og 1970 -tallet. Det er også bekymring for at metodene som brukes til å frigjøre den fangede gassen kan destabilisere forekomstene, noe som potensielt kan føre til innsynkning og skred.

Selv om klatratforekomster kan representere en enorm uutnyttet energiressurs, kan de også utgjøre en alvorlig fare. De er ikke stabile utenfor temperaturen og PREssure forhold der de oppstår og det er bekymring for at global oppvarming kan gjøre dem ustabile. Dette utgjør en todelt trussel.

For det første kan smelting av klatratis blandet med sedimenter ved kontinentale kanter føre til massive skred og påfølgende tsunamier. Det er bevis fra den relativt nylige geologiske fortiden for at dette kan ha skjedd utenfor kysten av Norge. For det andre er metan en potent "drivhus" -gass som fanger varme i atmosfæren i enda større grad enn karbondioksid. Den plutselige frigjøringen av enorme mengder av denne gassen kan akselerere den globale oppvarmingen, noe som igjen kan forårsake ytterligere destabilisering. Igjen er det geologiske bevis på at dette kan ha skjedd i fortiden gjennom naturlige prosesser, og at det i 2011 i 2011 er særlig bekymring for metanhydrat i permafrostforekomster.