甲烷水合物
2011-12-04 22:01:42   来源：   点击：

甲烷水合物的甲烷分子和水分子的结合并不依靠化学的键结，纯粹是气体分子被包裹在水分子的笼状架构空隙中，与一般化学反应所产生的水合物性质并不相同。有的学者认为应称其为「甲烷气水包合物」，以有别於一般以化学键方式结合的水合物。另外，大自然中与水分子结成笼状包合物的气体分子并不限於甲烷，乙烷、丙烷等烷氢类气体，甚至二氧化碳、氮气等常见气体，在适当的高压低温条件下，均会与水分子结合成气水包合物。由於自然界中的天然气水合物其气体成份以甲烷为主（超过90%），因此常把气水包合物称为「甲烷水合物」。

甲烷水合物需要在高压（50个大气压以上）及低温（7℃以下）的环境下由足够量的气体分子与水分子结合而形成。因此适当的温度与压力，以及有大量甲烷气体的存在，即成为甲烷水合物形成的必要条件。虽然甲烷水合物像冰块，但并不需要在冰点以下才会形成。当甲烷的浓度足够高时，可以促成水的固化。在自然界中，甲烷水合物在南、北两极地区的永冻层以及大陆斜坡一带的海床下面均有相当广泛的分布。从地下温度、压力的变化与甲烷水合物相界面曲线的关系来看，甲烷水合物可以在约200公尺到1080公尺深度的地层中形成（因浅於200公尺，压力不足；深过1080公尺，温度太高）。在大陆斜坡处的温、压环境，在水下约400公尺深的海水中，甲烷水合物就有形成的温压条件，只是一般海水中甲烷含量太稀薄，所以在海水中未见甲烷水合物的存在。科学家利用遥控的深潜研究小艇在深海中释放甲烷气体，即成功的观察到甲烷水合物在海水中生成的景象。在大陆边缘水深超过400公尺的海底，只要其下地层中藏有大量的天然气，甲烷水合物就可能在海底到海底以下300多公尺的沉积层中出现。超过海床以下300多公尺深度的地层中，由於地温的升高，甲烷水合物则又解离成甲烷气与水的状态了。 1960年代中期，俄国科学家才在北极地区的地层中首度观察到天然形成的甲烷水合物。1970年代开始，在大陆边缘的海床之下陆续发现广布的甲烷水合物，随着详细的地球物理调查，海床岩心标本采样的分析，以及海洋钻探计画（Ocean Drilling Program, ODP）的实地钻井研究，对於埋藏在极区永冻层以及大陆边缘海床之下的甲烷水合物的性质与蕴藏量有了较清楚的认识。1990年代，推估全球甲烷水合物中甲烷的含量大约有2万兆立方公尺，所能提供的有机碳能量是全球已知所有石油、天然气等化石燃料总量的两倍。

从温室效应的观点来看，甲烷气体和同量的二氧化碳气体比较起来，其增温效率更大了20倍。现在有这麽多的甲烷以水合物的形态贮存在地表之下，只要一小部份甲烷水合物受到扰动而解离，释出的大量甲烷如果进入大气中，可能对全球气候造成极大的影响。除了对全球气候可能有影响之外，海床下蕴藏的甲烷水合物也有造成地质灾变的危险。甲烷水合物大多分布在大陆斜坡处，海床坡度本来就比较陡，海底沉积物中的甲烷水合物固然能增加沉积物的固结，但一旦因环境温压改变而解离，则反而形成地层的弱带，导致海底崩移。大规模的海底崩移不仅造成该处人为设施（如钻井台、海底电缆等）的毁损，更有可能形成海啸，危害到沿海地区。

1990年代初期，在台湾西南海域进行海洋研究调查，从收集来的震测资料剖面中观察到许多甲烷水合物存在的证据。後续的研究分析显示甲烷水合物在台湾西南海域中，从700-3,000公尺深的海床下广泛分布，因而也被纳入世界上主要的甲烷水合物分布地区之一。若能成功的开发蕴藏在台湾西南海域海床之下的大量甲烷水合物，将有助於解决能源短缺的问题。

中文关键字： 海洋钻探计画 , 温室效应 , 能源

英文关键字Ocean Drilling Program , greenhouse effect , energy resource

参考资料

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