甲烷水合物

甲烷水合物(methane hydrates)也稱“可燃冰”,是甲烷氣體和水分子形成的籠狀結晶

甲烷水合物(methane hydrates)也稱“可燃冰”,其化學式為CH4·8H2O,是甲烷氣體和水分子形成的籠狀結晶,將二者分離,就能獲得普通的天然氣。這種外面看起來像冰一樣的物質是在高壓低溫條件下形成的,也就是說,它通常存在於大陸架海底地層以及地球兩極的永凍層。

“可燃冰”的形成與海底石油、天然氣的形成過程相仿,而且密切相關。埋于海底地層深處的大量有機質在缺氧環境中,厭氣性細菌把有機質分解,最後形成石油和天然氣(石油氣)。其中許多天然氣又被包進水分子中,在海底的低溫與壓力下又形成“可燃冰”。這是因為天然氣有個特殊性能,它和水可以在溫度2~5攝氏度內結晶,這個結晶就是“可燃冰”。因為主要成分是甲烷,因此也常稱為“甲烷水合物”。在常溫常壓下它會分解成水與甲烷,“可燃冰”可以看成是高度壓縮的固態天然氣。“可燃冰”外表上看它像冰霜,從微觀上看其分子結構就像一個一個“籠子”,由若干水分子組成一個籠子,每個籠子裏“關”一個氣體分子。目前,可燃冰主要分佈在東、西太平洋和大西洋西部邊緣,是一種極具發展潛力的新能源,但由於開採困難,海底可燃冰至今仍原封不動地保存在海底和永久凍土層內。

可燃冰由海洋板塊活動而成。當海洋板塊下沉時,較古老的海底地殼會下沉到地球內部,海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣湧上表面。當接觸到冰冷的海水和在深海壓力下,天然氣與海水產生化學作用,就形成水合物。科學家估計,海底可燃冰分佈的範圍約占海洋總面積的10%,相當於4000萬平方公里,是迄今為止海底最具價值的礦產資源,足夠人類使用1000年。

“可燃冰”的形成有三個基本條件:首先溫度不能太高,在零度以上可以生成,0-10℃為宜,最高限是20℃左右,再高就分解了。第二壓力要夠,但也不能太大,零度時,30個大氣壓以上它就可能生成。第三,地底要有氣源。因為,在陸地只有西伯利亞的永久凍土層才具備形成條件和使之保持穩定的固態,而海洋深層300-500米的沉積物中都可能具備這樣的低溫高壓條件。因此,其分佈的陸海比例為1:100。

有天然氣的地方不一定都有“可燃冰”,因為形成“可燃冰”除了壓力主要還在於低溫,所以一般在冰土帶的地方較多。長期以來,有人認為我國的海域緯度較低,不可能存在“可燃冰”;而實際上我國東海、南海都具備生成條件。

東海底下有個東海盆地,面積達25萬平方公里。經20年勘測,該盆地已獲得1484億立方米天然氣探明可控制儲量。爾後,中國工程院院士、海洋專家金翔龍帶領的課題組根據天然氣水化物存在的必備條件,在東海找出了“可燃冰”存在的溫度和壓力範圍,並根據地溫梯度、結合東海地質條件,勾畫出“可燃冰”的分佈區域,計算出它的穩定帶的厚度,對資源量做了初步評估,得出“蘊藏量很可觀”結論。這為周邊地區在新世紀使用高效新能源開闢了更廣闊的前景。

近來有越來越多的科學研究顯示,由於全球暖化,儲存在海洋中的巨量甲烷和其他溫室氣體有被釋放進入大氣層的危險。


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