Co to jest Clathrate?
Klatrat jest rodzajem hydratu lub związku wodnego, w którym cząsteczki innej substancji są uwięzione w strukturze przypominającej klatkę złożonej z cząsteczek wody. Uwięziona cząsteczka jest zwykle gazem o normalnym ciśnieniu i temperaturze. Klatraty są lodowymi ciałami stałymi, które generalnie tworzą się pod wysokim ciśnieniem i niską temperaturą. Wśród najbardziej znanych i najczęściej badanych jest hydrat metanu, który występuje naturalnie w dużych złożach pod dnem morskim w wielu częściach świata. Mogą to być potencjalne źródła energii, ale istnieją również obawy, że nagłe uwolnienie dużych ilości metanu klatratu, być może spowodowane globalnym ociepleniem, może być katastrofalne.
Podstawową jednostką większości klatratów jest dwunastościan złożony z 20 cząsteczek wody ułożonych w celu utworzenia 12 pięciokątnych ścian, z pustym środkiem, który może być zajęty przez „cząsteczkę gościa”. Struktura jest zasadniczo utrzymywana razem przez wiązania wodorowe między cząsteczkami wody, ale stabilizowane przez cząsteczki gościa. Ponieważ dodekaedry nie można zapakować razem, aby wypełnić całą dostępną przestrzeń, pojawiają się również inne kształty wielościenne, tak że powstaje siatka. Ze względu na tę różnorodność kształtów klatki i fakt, że nie wszystkie klatki są koniecznie zajęte, klatraty nie mogą otrzymać dokładnych wzorów chemicznych. Cząsteczki gościa klatratu mogą być gazowymi węglowodorami, takimi jak metan lub etan, tlen, azot i dwutlenek węgla.
Hydrat metanu to związek klatratu, który wzbudził największe zainteresowanie. Związek ten występuje w dużych ilościach w różnych lokalizacjach na obrzeżach wszystkich kontynentów oraz w regionach wiecznej zmarzliny Syberii i Alaski. Szacuje się, że złoża te stanowią największą rezerwę węglowodorów na planecie, znacznie przekraczając znane rezerwy węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Uważa się, że powstały one z metanu wytwarzanego przez aktywność drobnoustrojów w warunkach beztlenowych w osadach tuż pod powierzchnią dna morskiego lub na lądzie, gdzie temperatury są wystarczająco niskie. Nawet w regionach tropikalnych temperatury dna morskiego są wystarczająco niskie, aby tworzyć klatraty, gdzie ciśnienie pozwala im zestalić się o kilka stopni powyżej punktu zamarzania.
Biorąc pod uwagę ogromne ilości metanu zgromadzonego w tych złożach, zostały one uznane za potencjalne źródło gazu ziemnego. Mogą jednak wystąpić poważne trudności techniczne związane z jego wydobyciem, które czynią go nieopłacalnym. W latach 60. i 70. Związek Radziecki podjął wiele nieudanych prób wydobycia gazu ze złóż klatratu wiecznej zmarzliny na Syberii. Istnieje również obawa, że metody stosowane do uwalniania uwięzionego gazu mogą destabilizować złoża, co może potencjalnie prowadzić do osiadania i osuwisk.
Chociaż złoża klatratów mogą stanowić ogromne niewykorzystane źródło energii, mogą również stanowić poważne zagrożenie. Nie są one stabilne poza warunkami temperatury i ciśnienia, w których występują, i istnieje obawa, że globalne ocieplenie może spowodować ich niestabilność. Stanowi to dwojakie zagrożenie.
Po pierwsze, topnienie lodu klatratowego zmieszanego z osadami na brzegach kontynentu może doprowadzić do masywnych osuwisk i w konsekwencji tsunami. Istnieją dowody ze stosunkowo niedawnej geologicznej przeszłości, że mogło to mieć miejsce u wybrzeży Norwegii. Po drugie, metan jest silnym gazem „szklarniowym”, który zatrzymuje ciepło w atmosferze w jeszcze większym stopniu niż dwutlenek węgla. Nagłe uwolnienie ogromnych ilości tego gazu może przyspieszyć globalne ocieplenie, co z kolei może spowodować dalszą destabilizację. Znów istnieją geologiczne dowody na to, że mogło się to zdarzyć w przeszłości w wyniku procesów naturalnych, a od 2011 r. Istnieje szczególny niepokój związany z hydratem metanu w złożach wiecznej zmarzliny.