Metano clathrates são restritas aos superficial da litosfera (i.e. < 2.000 m de profundidade). Além disso, as condições necessárias são encontradas somente na continental rochas sedimentares nas regiões polares, onde a média de temperatura de superfície menor que 0 °C, ou em sedimentos oceânicos em profundidades superiores a 300 m, onde a inferior, a temperatura da água é em torno de 2 °C. além disso, profundos lagos de água doce pode hospedar gás hidrata bem, e.g. a água doce do Lago Baikal, na Sibéria. Depósitos continentais foram localizados na Sibéria e no Alasca em arenito e leitos de arenito a menos de 800 metros de profundidade. Depósitos oceânicos parecem estar espalhados na plataforma continental (ver Fig.) e pode ocorrer dentro dos sedimentos a profundidade ou perto da interface sedimento-água. Podem conter depósitos ainda maiores de metano gasoso.
OceanicEdit
Existem dois tipos distintos de depósito oceânico. O mais comum é dominado (> 99%) pelo metano contido em uma estrutura I clatrato e geralmente encontrado em profundidade no sedimento. Aqui, o metano é isotopicamente leve (δ13C < -60‰), o que indica que é derivado da redução microbiana de CO2. Pensa-se que os clatratos nestes depósitos profundos se formaram in situ a partir do metano produzido microbialmente, uma vez que os valores δ13C de clatrato e o metano dissolvido circundante são semelhantes. No entanto, pensa-se também que a água doce utilizada na pressurização de poços de petróleo e gás em permafrost e ao longo das prateleiras continentais em todo o mundo se combina com metano natural para formar clatrato em profundidade e pressão, uma vez que os hidratos de metano são mais estáveis em água doce do que em água salgada. Variações locais podem ser muito comuns, uma vez que o ato de formar hidrato, que extrai água pura de águas de formação salina, muitas vezes pode levar a um aumento local, e potencialmente significativo, na salinidade da água de formação. Os hidratos normalmente excluem o sal no fluido poroso do qual ele se forma, assim eles exibem alta resistividade elétrica, assim como o gelo, e sedimentos contendo hidratos têm uma resistividade maior em comparação com sedimentos sem hidratos gasosos (Juiz ).:9
estes depósitos estão localizados dentro de uma zona de profundidade média de cerca de 300-500 m de espessura nos sedimentos (a zona de estabilidade do hidrato de gás, ou GHSZ), onde coexistem com metano dissolvido nas águas porosas frescas, não Salinas. Acima desta zona, o metano só está presente na sua forma dissolvida em concentrações que diminuem para a superfície do sedimento. Por baixo, o metano é gasoso. Em Blake Ridge na ascensão continental do Atlântico, O GHSZ começou a 190 m de profundidade e continuou a 450 m, onde alcançou o equilíbrio com a fase gasosa. As medições indicaram que o metano ocupava 0-9% em volume na GHSZ e ~12% na zona gasosa.
no segundo tipo menos comum encontrado perto da superfície do sedimento algumas amostras têm uma maior proporção de hidrocarbonetos de cadeia mais longa (< 99% metano) contidos numa clatrato estrutura II. O carbono deste tipo de clatrato é isotopicamente mais pesado (δ13C is -29 a -57 ‰) e acredita-se que tenha migrado para cima a partir de sedimentos profundos, onde o metano foi formado pela decomposição térmica da matéria orgânica. Exemplos deste tipo de Depósito foram encontrados no Golfo do México e no Mar Cáspio.alguns depósitos têm características intermédias entre os tipos de origem microbial e termal e são considerados formados a partir de uma mistura dos dois.o metano nos hidratos gasosos é predominantemente gerado por consórcios microbianos que degradam a matéria orgânica em ambientes de baixo oxigénio, com o próprio metano produzido pela archaea metanogénica. A matéria orgânica nos centímetros mais altos dos sedimentos é primeiramente atacada por bactérias aeróbicas, gerando CO2, que escapa dos sedimentos para a coluna de água. Abaixo desta região de atividade aeróbica, os processos anaeróbicos assumem, incluindo, sucessivamente com profundidade, a redução microbiana de nitrito/nitrato, óxidos metálicos, e então os sulfatos são reduzidos a sulfetos. Finalmente, uma vez que o sulfato é usado, a metanogênese torna-se uma via dominante para a remineralização do carbono orgânico.se a taxa de sedimentação é baixa (cerca de 1 cm/ano), o teor de carbono orgânico é baixo (cerca de 1% ), e o oxigênio é abundante, bactérias aeróbicas podem usar toda a matéria orgânica nos sedimentos mais rápido do que o oxigênio é esgotado, então aceitadores de elétrons de menor energia não são usados. Mas onde as taxas de sedimentação e o teor de carbono orgânico são altos, o que é tipicamente o caso nas prateleiras continentais e sob a fronteira ocidental atuais zonas de afloramento, a água dos poros nos sedimentos torna-se anóxica a profundidades de apenas alguns centímetros ou menos. Em tais sedimentos marinhos ricos em Orgânicos, O sulfato torna-se então o aceitador terminal de elétrons mais importante devido à sua elevada concentração na água do mar, embora também esteja esgotado por uma profundidade de centímetros a metros. Abaixo disso, o metano é produzido. Esta produção de metano é um processo algo complicado, exigindo um altamente ambiente redutor (Eh -350 para -450 mV) e um pH entre 6 e 8, bem como uma complexa syntrophic consórcios de diferentes variedades de archaea e bacteria, embora seja apenas archaea que, na verdade, emitem metano.
em algumas regiões (ex., Golfo do México, Bacia de Joetsu) o metano em clatratos pode ser pelo menos parcialmente derivado da degradação térmica da matéria orgânica (por exemplo, geração de petróleo), com o petróleo mesmo formando um componente exótico dentro do próprio hidrato que pode ser recuperado quando o hidrato é dissociado. O metano em clatratos tipicamente tem uma assinatura isotópica biogênica e alta variável δ13C (-40 a -100‰), com uma média aproximada de cerca de -65‰ . Abaixo da zona de clatratos sólidos, grandes volumes de metano podem formar bolhas de gás livre nos sedimentos.
a presença de clatratos em um determinado local pode muitas vezes ser determinada pela observação de um “refletor de simulação inferior” (BSR), que é uma reflexão sísmica no sedimento para clatratar a interface da zona de estabilidade causada pelas densidades desiguais dos sedimentos normais e aqueles banhados com clatratos.foram descobertos pingos de gás nos oceanos árcticos do mar de Barents. O metano está borbulhando a partir desta cúpula como estruturas, com algumas dessas chamas de gás estendendo-se perto da superfície do mar.
Reservatório sizeEdit
O tamanho da oceanic metano clathrate reservatório é mal conhecido, e a estimativa de seu tamanho diminuído, por cerca de uma ordem de magnitude por década desde que foi reconhecida pela primeira vez que clathrates poderia existir nos oceanos durante as décadas de 1960 e 1970. As estimativas mais elevadas (por exemplo, 3×1018 m3) foram baseadas na suposição de que totalmente denso clathrates poderia lixo todo o piso do oceano profundo. Melhorias na nossa compreensão de clathrate química e sedimentologia têm revelado que os hidratos de formulário em apenas uma estreita faixa de profundidade (plataformas continentais), em apenas alguns locais na faixa de profundidade onde poderiam ocorrer (10-30% do Gás hidrato de estabilidade da zona), e normalmente são encontrados em baixas concentrações (0.9–1.5% por volume) em locais onde eles ocorrem. Estimativas recentes limitadas por amostragem direta sugerem que o inventário global ocupa entre 1×1015 e 5×1015 metros cúbicos (0,24 e 1,2 milhões de milhas cúbicas). Esta estimativa, correspondente a 500-2500 gigatoneladas de carbono (Gt C), é inferior à estimativa de 5000 Gt C para todas as outras reservas de combustível geo-orgânico, mas substancialmente superior à estimativa de ~230 Gt C para outras fontes de gás natural. O reservatório do permafrost foi estimado em cerca de 400 Gt C no Ártico, mas não foram feitas estimativas de possíveis reservatórios Antárticos. São grandes quantidades. Em comparação, o carbono total na atmosfera é de cerca de 800 gigatons (veja carbono: ocorrência).estas estimativas modernas são notavelmente menores que os 10.000 a 11.000 Gt C (2×1016 m3) propostos por pesquisadores anteriores como uma razão para considerar clatratos como um recurso de combustível geo-orgânico (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). A menor abundância de clatratos não exclui o seu potencial económico, mas um volume total mais baixo e uma concentração aparentemente baixa na maioria dos locais sugere que apenas uma percentagem limitada de depósitos de clatratos pode fornecer um recurso economicamente viável.
ContinentalEdit
Metano clathrates em rochas continentais estão presos em leitos de arenito ou siltstone em profundidades de menos de 800 m. Amostragem indica que eles são formados a partir de uma mistura de térmica e amostras derivado de gás a partir do qual os hidrocarbonetos mais pesados, mais tarde, foram seletivamente removidos. Estes ocorrem no Alasca, Sibéria e norte do Canadá.em 2008, pesquisadores canadenses e japoneses extraíram um fluxo constante de gás natural de um projeto de teste no local de hidrato de gás de Mallik no delta do rio Mackenzie. Esta foi a segunda perfuração em Mallik.: o primeiro ocorreu em 2002 e usou calor para libertar metano. Na experiência de 2008, os pesquisadores foram capazes de extrair gás através da redução da pressão, sem aquecimento, exigindo significativamente menos energia. O campo de hidrato de gás de Mallik foi descoberto pela primeira vez pela Imperial Oil em 1971-1972.
useEdit comercial
depósitos económicos de hidrato são denominados hidrato de gás natural (NGH) e armazenam 164 m3 de metano, 0,8 m3 de água em 1 m3 de hidrato. A maior parte do NGH é encontrada abaixo do fundo do mar (95%), onde existe em equilíbrio termodinâmico. O reservatório sedimentar de hidrato de metano contém provavelmente 2-10 vezes as reservas atualmente conhecidas de gás natural convencional, a partir de 2013. Isto representa uma fonte Futura potencialmente importante de hidrocarbonetos combustíveis. No entanto, na maioria dos locais, considera-se que os depósitos são demasiado dispersos para fins económicos. Outros problemas enfrentados pela exploração comercial são a detecção de reservas viáveis e o desenvolvimento da tecnologia para extrair gás metano dos depósitos de hidrato.
Em agosto de 2006, a China anunciou planos para gastar 800 milhões de yuan (US$100 milhões) ao longo dos próximos 10 anos para estudar hidratos de gás natural. Uma reserva potencialmente econômica no Golfo do México pode conter aproximadamente 100 bilhões de metros cúbicos (3,5×1012 cu pés) de gás. Bjørn Kvamme and Arne Graue at the Institute for Physics and technology at the University of Bergen have developed a method for injecting CO
2 into hydrates and reversing the process; thereby extracting CH4 by direct exchange. O método da Universidade de Bergen está sendo testado em campo pela ConocoPhillips e pela Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), e parcialmente financiado pelo Departamento de energia dos Estados Unidos. O projeto já chegou à fase de injeção e estava analisando os dados resultantes até 12 de Março de 2012.
em 12 de Março de 2013, pesquisadores da JOGMEC anunciaram que tinham extraído gás natural com sucesso do hidrato de metano congelado. Para extrair o gás, foi utilizado equipamento especializado para perfurar e despressurizar os depósitos de hidrato, fazendo com que o metano se separasse do gelo. O gás foi então coletado e canalizado para a superfície onde foi inflamado para provar a sua presença. De acordo com um porta-voz da indústria, “é o primeiro experimento offshore do mundo produzindo gás a partir de hidrato de metano”. Anteriormente, o gás tinha sido extraído de depósitos onshore, mas nunca de depósitos offshore, que são muito mais comuns. O campo de hidrato a partir do qual o gás foi extraído está localizado a 50 quilômetros (31 mi) do centro do Japão no Vale de Nankai, 300 metros (980 pés) sob o mar. Um porta-voz da JOGMEC comentou que”o Japão poderia finalmente ter uma fonte de energia para chamar de sua própria”. O geólogo marinho Mikio Satoh comentou :” agora sabemos que a extração é possível. O próximo passo é ver até que ponto o Japão pode reduzir os custos para tornar a tecnologia economicamente viável.”O Japão estima que há pelo menos 1,1 trilhões de metros cúbicos de metano presos no Vale de Nankai, o suficiente para atender às necessidades do país por mais de dez anos.tanto o Japão como a China anunciaram, em maio de 2017, um avanço na mineração de clatratos de metano, quando extraíram metano de hidratos no Mar do Sul da China. A China descreveu o resultado como um avanço; Praveen Linga, do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade Nacional de Singapura, concordou “em comparação com os resultados que vimos da pesquisa japonesa, os cientistas chineses conseguiram extrair muito mais gás em seus esforços”. O consenso da indústria é que a produção em escala comercial fica a anos de distância.os peritos alertam para o facto de os impactos ambientais ainda estarem a ser investigados e de o metano—um gás com efeito de estufa com cerca de 25 vezes mais potencial de aquecimento global durante um período de 100 anos (GWP100) do que o dióxido de carbono-poder potencialmente escapar para a atmosfera se algo correr mal. Além disso, embora mais limpo do que o carvão, a queima de gás natural também cria emissões de carbono.