Hva er en Clathrate?

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 avsetninger 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.

Grunnenheten til de fleste clathrates er en dodekaeder sammensatt av 20 vannmolekyler arrangert for å danne 12 femkantede flater, med et hulsenter som kan opptas av et "gjestemolekyl." Strukturen holdes hovedsakelig sammen av hydrogenbindinger mellom vannmolekylene, men stabilisert av gjestemolekylene. Siden dodekaederen ikke kan pakkes sammen for å fylle all tilgjengelig plass, forekommer også andre polyedrale former, slik at det dannes et gitter. På grunn av denne variasjonen i merdformene, og det faktum at ikke alle merdene nødvendigvis er okkupert, kan ikke clathrates gis nøyaktige kjemiske formler. Clathrate gjestemolekyler kan være hydrokarbongasser, så som metan eller etan, oksygen, nitrogen og karbondioksid.

Metanhydrat er den klatratforbindelse 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 hydrokarbonereserven på planeten, som langt overstiger kjente reserver av kull, olje og naturgass. De antas å ha dannet seg fra metan produsert ved mikrobiell aktivitet under de anaerobe forhold i sedimenter rett under overflaten på havbunnen eller på land der temperaturene er tilstrekkelig lave. Selv i tropiske regioner er havbunnen temperaturer lave nok til dannelse av klatrat, hvor trykket lar dem stivne noen grader over frysepunktet.

Gitt de store mengder metan som er lagret i disse forekomstene, har de blitt sett på som en potensiell kilde til naturgass. Det kan imidlertid være alvorlige tekniske vanskeligheter med å trekke det ut som gjør det uøkonomisk. Sovjetunionen gjorde en rekke mislykkede forsøk på å hente ut gass fra sibirsk permafrost-klatratforekomster i løpet av 1960- og 1970-årene. Det er også bekymring for at metodene som brukes for å frigjøre fanget gass kan destabilisere forekomstene, noe som potensielt kan føre til fall og skred.

Selv om clathrate-avsetninger kan representere en enorm uutnyttet energiressurs, kan de også utgjøre en alvorlig fare. De er ikke stabile utenfor temperatur- og trykkforholdene der de forekommer, og det er bekymring for at global oppvarming kan gjøre dem ustabile. Dette utgjør en dobbelt trussel.

For det første kan smelting av clathrate-is blandet med sedimenter ved kontinentale kanter føre til massive skred og følgelig 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 "drivhusgass" 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 føre til ytterligere destabilisering. Igjen er det geologiske bevis for at dette kan ha skjedd i løpet av fortiden gjennom naturlige prosesser, og det er fra og med 2011 særlig bekymring for metanhydrat i permafrostforekomster.