Wat is een clathraat?

Een clathraat is een type hydraat of waterverbinding, waarbij moleculen van een andere stof gevangen zitten in een kooiachtige structuur die uit watermoleculen bestaat.Het gevangen molecuul is meestal een gas bij normale druk en temperatuur.Clathraten zijn ijsachtige vaste stoffen die zich in het algemeen vormen bij hoge drukken en lage temperaturen.Een van de bekendste en meest bestudeerde is een methaanhydraat dat op natuurlijke wijze voorkomt in grote afzettingen onder de zeebodem in veel delen van de wereld.Dit kunnen een potentiële energiebron zijn, maar er is ook bezorgdheid dat een plotselinge afgifte van grote hoeveelheden clathraatmethaan, misschien ingegeven door de opwarming van de aarde, rampzalig zou kunnen zijn.

De basiseenheid van de meeste clathraten is een dodecaëderMoleculen gerangschikt om 12 vijfhoekige gezichten te vormen, met een hol centrum dat kan worden bezet door een 'gastmolecuul'.De structuur wordt in wezen bij elkaar gehouden door waterstofbindingen tussen de watermoleculen, maar gestabiliseerd door de gastmoleculen.Omdat de Dodecaëder niet kan worden verpakt om alle beschikbare ruimte te vullen, komen ook andere polyedrale vormen voor, zodat een rooster wordt gevormd.Vanwege deze variatie in de kooivormen, en het feit dat niet alle kooien noodzakelijkerwijs bezet zijn, kunnen clathraten geen precieze chemische formules krijgen.Deze verbinding treedt in grote hoeveelheden op in verschillende locaties rond de randen van alle continenten en in de permafrostgebieden van Siberië en Alaska.Geschat is dat deze afzettingen de grootste reserve van koolwaterstoffen op de planeet vormen, veel bekende reserves van steenkool, olie en aardgas.Men denkt dat ze zijn gevormd uit methaan geproduceerd door microbiële activiteit in de anaërobe omstandigheden in sedimenten net onder het oppervlak van de zeebodem of op land waar de temperatuur voldoende laag is.Zelfs in tropische gebieden zijn zeebodemtemperaturen laag genoeg voor de vorming van de clathraat, waarbij de druk hen in staat stelt om op een paar graden boven het vriespunt te stollen.

Gezien de enorme hoeveelheden methaan die in deze afzettingen zijn opgeslagen, zijn ze als een potentieel beschouwdBron van aardgas.Er kunnen echter ernstige technische moeilijkheden zijn die bij de extractie betrokken zijn die het oneconomisch maken.De Sovjetunie deed een aantal mislukte pogingen om gas te extraheren uit de Siberische permafrost -clathratendeposito's in de jaren zestig en zeventig.Er is ook bezorgdheid dat de methoden die worden gebruikt om het opgesloten gas vrij te geven, de afzettingen kunnen destabiliseren, wat mogelijk kan leiden tot verzakking en aardverschuivingen.

Hoewel clathrate afzettingen een enorme onaangeboorde energiebron kunnen vertegenwoordigen, kunnen ze ook een ernstig gevaar vormen.Ze zijn niet stabiel buiten de temperatuur- en drukomstandigheden waar ze optreden en er is bezorgdheid dat de opwarming van de aarde hen onstabiel kan maken.Dit vormt een tweevoudige dreiging.

Ten eerste kan het smelten van clathraatijs gemengd met sedimenten aan continentale randen leiden tot massieve aardverschuivingen en daaruit voortvloeiende tsunami's.Er zijn aanwijzingen uit het relatief recente geologische verleden dat dit voor de kust van Noorwegen kan zijn gebeurd.Ten tweede is methaan een krachtig "kas" -gas dat in de atmosfeer in de atmosfeer in nog grotere mate dan koolstofdioxide vangt.De plotselinge afgifte van enorme hoeveelheden van dit gas kan de opwarming van de aarde versnellen, wat op zijn beurt verdere destabilisatie kan veroorzaken.Nogmaals, er is geologisch bewijs dat dit in het verleden kan zijn gebeurd door natuurlijke processen en er is vanaf 2011 bijzondere bezorgdheid over methaanhydraat in permafrost -afzettingen.