Hva er en Clathrate?

April 1  by Eliza

En klatrat er en type hydrat eller vannforbindelse, i hvilket molekyler av et annet stoff som er fanget i et bur-lignende struktur som består av vannmolekyler. Den innestengte molekylet er vanligvis en gass ved normalt trykk og temperatur. Klatrater er is-lignende faststoffer som vanligvis dannes ved høye trykk og lave temperaturer. Blant de mest kjente og mest studerte er en metan-hydrat som forekommer naturlig i store forekomster under havbunnen i mange deler av verden. Disse kan være en potensiell kilde til energi, men det er også bekymring for at en plutselig utløsning av store mengder klatratet metan, kanskje bedt av global oppvarming, kan være katastrofale.

Den grunnleggende enhet fleste klatrater er en dodecahedron består av 20 vannmolekyler arrangert for å danne 12 femkantede ansikter, med et hult senter som kan bli okkupert av en "gjest molekyl." Strukturen er i hovedsak holdt sammen av hydrogenbindinger mellom vannmolekylene, men stabilisert av gjestemolekyler. Siden dodecahedra ikke kan pakkes sammen for å fylle all tilgjengelig plass, andre polyhedral figurer også forekomme, slik at et gitter er dannet. På grunn av denne variasjon i bur former, og det faktum at ikke alle merdene nødvendigvis er opptatt, kan klatrater ikke gis nøyaktige kjemiske formler. Klatrat gjestemolekyler kan være hydrokarbongasser, slik som metan eller etan, oksygen, nitrogen og karbondioksyd.

Metanhydrat er klatratet stoff som har generert mest interesse. Denne forbindelsen forekommer i store mengder i forskjellige steder rundt kantene på alle kontinenter og i permafrosten regioner i Sibir og Alaska. Det har blitt anslått at disse forekomstene utgjør den største reserve av hydrokarboner på planeten, som langt overgår kjente reserver av kull, olje og naturgass. De blir antatt å ha dannet fra metan som produseres av mikrobiell aktivitet i anaerobe betingelser i sedimenter like under overflaten av sjøbunnen eller på land hvor temperaturen er tilstrekkelig lav. Selv i tropiske områder, bunntemperaturene er lave nok for klatrat formasjon, hvor trykket tillater dem å stivne ved noen få grader over frysepunktet.

Gitt det store mengder metan som er lagret i disse innskudd er de blitt betraktet som en potensiell kilde for naturgass. Det kan imidlertid være alvorlige tekniske vanskeligheter involvert i sin utvinning som gjør det uøkonomisk. Sovjetunionen gjort en rekke mislykkede forsøk på å utvinne gass fra sibirske permafrosten innesluttede innskudd i løpet av 1960- og 1970-tallet. Det er også bekymring for at metodene som brukes for å frigjøre fanget gass kan destabilisere innskudd, noe som potensielt kan føre til innsynkning og jordskred.

Selv innesluttede depositum kan representere et stort uutnyttet energiressurs, kan de også utgjøre en alvorlig fare. De er ikke stabile utenfor temperatur- og trykkforhold hvor de oppstår, og det er bekymring for at den globale oppvarmingen kan gjengi dem ustabile. Dette utgjør en todelt trussel.

For det første kan smeltingen av klatratet is blandet med sedimentene på kontinentale kanter resultere i massive jordskred og påfølgende tsunami. Det er bevis fra den relativt nye geologiske fortid at dette kan ha skjedd utenfor kysten av Norge. For det andre er metan en potent "drivhus" gass som feller varme i atmosfæren i enda større grad enn karbondioksyd. Den plutselige utslipp av enorme mengder av denne gassen kan akselerere global oppvarming, som kan i sin tur føre til ytterligere destabilisering. Igjen, det er geologisk bevis for at dette kan ha skjedd i fortiden gjennom naturlige prosesser, og det er, som i 2011, særlig bekymring om metanhydrat i permafrost innskudd.

  • Den grunnleggende enhet fleste klatrater er en dodecahedron består av 20 vannmolekyler.