Vad är en Clathrate?

Ett klatrat är en typ av hydrat, eller vattenförening, i vilken molekyler av en annan substans fångas in i en burliknande struktur sammansatt av vattenmolekyler. Den instängda molekylen är vanligtvis en gas vid normalt tryck och temperatur. Clathrates är isliknande fasta ämnen som generellt bildas vid höga tryck och låga temperaturer. Bland de mest kända och mest studerade är ett metanhydrat som förekommer naturligt i stora avlagringar under havsbotten i många delar av världen. Dessa kan vara en potentiell energikälla, men det finns också oro för att en plötslig frigöring av stora mängder klatratmetan, kanske förorsakad av den globala uppvärmningen, kan vara katastrofal.

Basenheten för de flesta clathrates är en dodekahedron som består av 20 vattenmolekyler arrangerade för att bilda 12 femkantiga ytor, med ett ihåligt centrum som kan upptas av en "gästmolekyl." Strukturen hålls väsentligen samman av vätebindningar mellan vattenmolekylerna, men stabiliserats av gästmolekylerna. Eftersom dodekedrarna inte kan packas ihop för att fylla allt tillgängligt utrymme, uppträder också andra polyhedrala former, så att ett gitter bildas. På grund av denna variation i burformerna, och det faktum att inte alla burar nödvändigtvis är upptagna, kan klatrater inte ges exakta kemiska formler. Clathrate-gästmolekyler kan vara kolväten, såsom metan eller etan, syre, kväve och koldioxid.

Metanhydrat är den klatratförening som har genererat mest intresse. Denna förening förekommer i stora mängder på olika platser runt kanterna på alla kontinenter och i permafrostregionerna i Sibirien och Alaska. Det har uppskattats att dessa avlagringar utgör den största kolvätereserven på planeten, som långt överskrider kända reserver av kol, olja och naturgas. De tros ha bildats av metan producerad genom mikrobiell aktivitet under de anaeroba förhållandena i sediment precis under ytan av havsbotten eller på land där temperaturen är tillräckligt låg. Även i tropiska regioner är havsbotten temperaturer tillräckligt låga för bildning av klatrat, där trycket tillåter dem att stelna vid några grader över fryspunkten.

Med tanke på de stora mängder metan som lagras i dessa avlagringar har de betraktats som en potentiell källa till naturgas. Det kan emellertid vara allvarliga tekniska svårigheter i dess utvinning som gör det oekonomiskt. Sovjetunionen gjorde ett antal misslyckade försök att utvinna gas från Sibiriska permafrostavlagringar under 1960- och 1970-talet. Det finns också oro för att de metoder som används för att frigöra den instängda gasen kan destabilisera avlagringarna, vilket potentiellt kan leda till insjup och jordskred.

Även om klatratuppsättningar kan utgöra en enorm outnyttjad energiresurs, kan de också utgöra en allvarlig fara. De är inte stabila utanför temperatur- och tryckförhållandena där de förekommer och det finns oro för att den globala uppvärmningen kan göra dem instabila. Detta utgör ett tvåfaldigt hot.

För det första kan smältning av klatratis blandad med sediment vid kontinentala kanter resultera i massiva jordskred och därmed tsunamier. Det finns bevis från det relativt nyligen geologiska förflutna att detta kan ha hänt utanför Norges kust. För det andra är metan en potent "växthus" -gas som fångar upp värme i atmosfären i ännu större utsträckning än koldioxid. Den plötsliga frigöringen av enorma mängder av denna gas kan påskynda den globala uppvärmningen, vilket i sin tur kan orsaka ytterligare destabilisering. Återigen finns det geologiska bevis för att detta kan ha hänt tidigare genom naturliga processer och från och med 2011 är det särskilt oro över metanhydrat i permafrostavlagringar.