Källa: USGS
metanklatrater är begränsade till den grunda litosfären (dvs. <2000 m djup). Dessutom finns nödvändiga förhållanden endast i antingen kontinentala sedimentära bergarter i polarområden där genomsnittliga yttemperaturer är mindre än 0 CCG; eller i oceaniskt sediment vid vattendjup större än 300 m där bottenvattentemperaturen är cirka 2 CCG.dessutom kan djupa sötvattensjöar också vara värd för gashydrater, t. ex. sötvattensjön Baikal, Sibirien. Kontinentala insättningar har lokaliserats i Sibirien och Alaska i sandsten och siltstenbäddar på mindre än 800 m djup. Oceaniska avlagringar verkar vara utbredda på kontinentalsockeln (se Fig.) och kan förekomma i sedimenten på djupet eller nära sediment-vattengränssnittet. De kan täcka ännu större avlagringar av gasformig metan.
OceanicEdit
det finns två olika typer av oceanisk deponering. Den vanligaste domineras (> 99%) av metan som finns i en struktur i-klatrat och som vanligtvis finns på djupet i sedimentet. Här är metanet isotopiskt lätt (securic13c < -60 kg), vilket indikerar att det härrör från den mikrobiella reduktionen av CO2. Klatraterna i dessa djupa avlagringar tros ha bildats in situ från den mikrobiellt producerade metan, eftersom 03C-värdena för klatrat och omgivande upplöst metan är likartade. Men man tror också att färskvatten som används vid trycksättning av olje-och gasbrunnar i permafrost och längs kontinentalhyllorna över hela världen kombinerar med naturlig metan för att bilda klatrat vid djup och tryck, eftersom metanhydrater är mer stabila i sötvatten än i saltvatten. Lokala variationer kan vara mycket vanliga, eftersom handlingen att bilda hydrat, som extraherar rent vatten från saltbildningsvatten, ofta kan leda till lokala och potentiellt signifikanta ökningar i formningsvattensalthalt. Hydrater utesluter normalt saltet i porvätskan från vilken det bildas, så de uppvisar hög elektrisk resistivitet precis som IS, och sediment som innehåller hydrater har en högre resistivitet jämfört med sediment utan gashydrater (domare ).:9
dessa avlagringar ligger inom en mellandjupzon runt 300-500 m tjock i sedimenten (gashydratstabilitetszonen eller GHSZ) där de samexisterar med metan upplöst i färskt, inte salt, porvatten. Ovanför denna zon är metan endast närvarande i sin upplösta form vid koncentrationer som minskar mot sedimentytan. Under det är metan gasformig. Vid Blake Ridge på Atlantic continental rise började GHSZ på 190 m djup och fortsatte till 450 m, där den nådde jämvikt med gasfasen. Mätningar indikerade att metan upptog 0-9 volymprocent i GHSZ och ~12% i gaszonen.
i den mindre vanliga andra typen som finns nära sedimentytan har vissa prover en högre andel långkedjiga kolväten (< 99% metan) som ingår i ett struktur II-klatrat. Kol från denna typ av clathrate är isotopt tyngre (13 C är -29 till -57 C) och tros ha migrerat uppåt från djupa sediment, där metan bildades genom termisk nedbrytning av organiskt material. Exempel på denna typ av insättning har hittats i Mexikanska golfen och Kaspiska havet.
vissa avlagringar har egenskaper som är mellanliggande mellan de mikrobiellt och termiskt framställda typerna och anses vara bildade från en blandning av de två.
metan i gashydrater genereras dominerande av mikrobiella konsortier som försämrar organiskt material i miljöer med låg syre, med själva metan producerad av metanogen archaea. Organiskt material i de översta centimeterna sediment attackeras först av aeroba bakterier, genererar CO2, som flyr från sedimenten i vattenspelaren. Under denna region av aerob aktivitet tar anaeroba processer över, inklusive successivt med djup, den mikrobiella reduktionen av nitrit/nitrat, metalloxider och sedan sulfater reduceras till sulfider. Slutligen, när sulfat har använts, blir metanogenes en dominerande väg för remineralisering av organiskt kol.
om sedimenteringshastigheten är låg (ca 1 cm/år) är det organiska kolinnehållet lågt (ca 1%) och syre är rikligt, kan aeroba bakterier använda allt organiskt material i sedimenten snabbare än syre är utarmat, så elektronacceptorer med lägre energi används inte. Men där sedimenteringshastigheter och det organiska kolinnehållet är höga, vilket vanligtvis är fallet på kontinentalsocklar och under Västra gränsström uppsvällningszoner, blir porvattnet i sedimenten anoxiskt på djup på bara några centimeter eller mindre. I sådana organiska rika marina sediment blir sulfat sedan den viktigaste terminalelektronacceptorn på grund av dess höga koncentration i havsvatten, även om det också tappas med ett djup av centimeter till meter. Under detta produceras metan. Denna produktion av metan är en ganska komplicerad process som kräver en mycket reducerande miljö (Eh -350 till -450 mV) och ett pH mellan 6 och 8, liksom en komplex syntrofiska konsortier av olika sorter av archaea och bakterier, även om det bara är archaea som faktiskt avger metan.
i vissa regioner (t. ex., Mexikanska golfen, Joetsu-bassängen) metan i klatrater kan åtminstone delvis härledas från termisk nedbrytning av organiskt material (t.ex. petroleumgenerering), med olja som till och med bildar en exotisk komponent i själva hydratet som kan återvinnas när hydratet avskiljs. Metan i clathrates har vanligtvis en biogen isotopsignatur och mycket varierande 23c (-40 till -100 2CG), med ett ungefärligt genomsnitt på ca -65 2CG. Under zonen med fasta klatrater kan stora volymer metan bilda bubblor av fri gas i sedimenten.
närvaron av klatrater vid en given plats kan ofta bestämmas genom observation av en ”bottensimulerande reflektor” (BSR), som är en seismisk reflektion vid sedimentet för att klatrera stabilitetszongränssnittet orsakat av ojämna densiteter av normala sediment och de som är laced med klatrater.
Gashydratpingos har upptäckts i de arktiska oceanerna Barentshavet. Metan bubblar från dessa kupolliknande strukturer, med några av dessa gasfläckar som sträcker sig nära havsytan.
Reservoarstorlekredigera
storleken på den oceaniska metanklatratreservoaren är dåligt känd, och uppskattningarna av dess storlek minskade med ungefär en storleksordning per årtionde sedan det först erkändes att klatrater kunde existera i oceanerna under 1960-och 1970-talet. de högsta uppskattningarna (t.ex. 3 1018 m3) var baserade på antagandet att helt täta klatrater kunde krossa hela Djuphavets golv. Förbättringar i vår förståelse av klatratkemi och sedimentologi har visat att hydrater bildas i endast ett smalt djupområde (kontinentalhyllor), på endast vissa platser i djupområdet där de kan förekomma (10-30% av gashydratstabilitetszonen) och finns vanligtvis i låga koncentrationer (0,9–1,5 volymprocent) på platser där de förekommer. De senaste uppskattningarna som begränsas av direkt provtagning tyder på att den globala inventeringen upptar mellan 1 1015 och 5 1015 kubikmeter (0,24 och 1,2 miljoner kubik miles). Denna uppskattning, motsvarande 500-2500 gigaton kol (Gt C), är mindre än 5000 Gt C beräknad för alla andra geoorganiska bränslereserver men väsentligt större än ~230 Gt C beräknad för andra naturgaskällor. Permafrostreservoaren har uppskattats till cirka 400 Gt C i Arktis, men inga uppskattningar har gjorts av möjliga Antarktiska reservoarer. Dessa är stora mängder. Som jämförelse är det totala kolet i atmosfären cirka 800 gigaton (se kol: förekomst).
dessa moderna uppskattningar är betydligt mindre än 10,000 till 11,000 Gt C (2 xnumx xnumx 1016 m3) som föreslagits av tidigare forskare som en anledning att betrakta clathrates som en geo-organisk bränsleresurs (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). Lägre överflöd av clathrates utesluter inte deras ekonomiska potential, men en lägre total volym och uppenbarligen låg koncentration på de flesta platser tyder på att endast en begränsad andel av clathrates insättningar kan ge en ekonomiskt livskraftig resurs.
ContinentalEdit
Metanklatrater i kontinentala bergarter fångas i sängar av sandsten eller siltsten på djup mindre än 800 m. provtagning indikerar att de bildas av en blandning av termiskt och mikrobiellt härledd gas från vilken de tyngre kolväten senare selektivt avlägsnades. Dessa förekommer i Alaska, Sibirien och norra Kanada.
under 2008 extraherade kanadensiska och japanska forskare en konstant ström av naturgas från ett testprojekt vid Mallik gashydratplatsen i Mackenzie River delta. Detta var den andra borrningen på Mallik: den första ägde rum 2002 och använde värme för att frigöra metan. I 2008-experimentet kunde forskare extrahera gas genom att sänka trycket, utan uppvärmning, vilket krävde betydligt mindre energi. Mallik gashydratfält upptäcktes först av Imperial Oil 1971-1972.
kommersiell användningRedigera
ekonomiska avlagringar av hydrat kallas naturgashydrat (NGH) och lagrar 164 m3 metan, 0,8 m3 vatten i 1 m3 hydrat. De flesta NGH finns under havsbotten (95%) där den finns i termodynamisk jämvikt. Den sedimentära metanhydratreservoaren innehåller förmodligen 2-10 gånger de för närvarande kända reserverna av konventionell naturgas, från och med 2013. Detta utgör en potentiellt viktig framtida källa till kolvätebränsle. Men i de flesta platser insättningar tros vara alltför spridda för ekonomisk utvinning. Andra problem som kommersiellt utnyttjande står inför är upptäckt av livskraftiga reserver och utveckling av tekniken för att extrahera metangas från hydratfyndigheterna.
i augusti 2006 tillkännagav Kina planer på att spendera 800 miljoner yuan (US$100 miljoner) under de kommande 10 åren för att studera naturgashydrater. En potentiellt ekonomisk reserv i Mexikanska golfen kan innehålla cirka 100 miljarder kubikmeter (3,5 1012 cu ft) gas. Bj kubrn Kvamme och Arne Graue vid Institutet för fysik och teknik vid universitetet i Bergen har utvecklat en metod för att injicera CO
2 i hydrater och vända processen; därigenom extrahera CH4 genom direkt utbyte. Universitetet i Bergens metod testas på fältet av ConocoPhillips och statligt ägda Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), och delvis finansierad av US Department of Energy. Projektet har redan nått injektionsfasen och analyserade resulterande data senast den 12 mars 2012.
den 12 mars 2013 meddelade jogmec-forskare att de framgångsrikt hade extraherat naturgas från fryst metanhydrat. För att extrahera gasen användes specialutrustning för att borra in i och trycksätta hydratavlagringarna, vilket fick metan att separera från isen. Gasen uppsamlades sedan och rördes till ytan där den antändes för att bevisa sin närvaro. Enligt en bransch talesman, ”det är världens första offshore-experiment som producerar gas från metanhydrat”. Tidigare hade gas extraherats från landfyndigheter, men aldrig från offshore-insättningar som är mycket vanligare. Hydratfältet från vilket gasen extraherades ligger 50 kilometer (31 mi) från centrala Japan i Nankai Trough, 300 meter (980 ft) under havet. En talesman för JOGMEC påpekade”Japan kunde äntligen ha en energikälla att kalla sin egen”. Maringeologen Mikio Satoh påpekade ” nu vet vi att extraktion är möjlig. Nästa steg är att se hur långt Japan kan få ner kostnaderna för att göra tekniken ekonomiskt lönsam.”Japan uppskattar att det finns minst 1, 1 biljoner kubikmeter metan fångade i Nankai-tråget, tillräckligt för att möta landets behov i mer än tio år.
både Japan och Kina tillkännagav i maj 2017 ett genombrott för gruvmetanklatrater, när de extraherade metan från hydrater i Sydkinesiska havet. Kina beskrev resultatet som ett genombrott; Praveen Linga från Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik vid National University of Singapore kom överens om”jämfört med de resultat vi har sett från Japansk forskning har de kinesiska forskarna lyckats extrahera mycket mer gas i sina ansträngningar”. Branschens konsensus är att kommersiell produktion förblir år borta.
miljöhänsyn
experter varnar för att miljöpåverkan fortfarande undersöks och att metan—en växthusgas med cirka 25 gånger så mycket global uppvärmningspotential under en 100-årsperiod (GWP100) som koldioxid—potentiellt kan fly ut i atmosfären om något går fel. Dessutom, medan renare än kol, skapar förbränning av naturgas också koldioxidutsläpp.