为什么可燃冰的能量来自亿年前的太阳能?

为什么可燃冰的能量来自亿年前的太阳能?

天然气水合物（Natural Gas Hydrate,简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质.因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”.
天然气水合物（Natural Gas Hydrate,简称Gas Hydrate）因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”(英译为：Flammable ice）或者“固体瓦斯”和“气冰”.它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大,在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键,构成笼状结构）.它可用mCH4·nH2O来表示,m代表水合物中的气体分子,n为水合指数（也就是水分子数）.组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物.形成天然气水合物的主要气体为甲烷,对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）.
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境.在标准状况下,一单位体积的气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体,因而其是一种重要的潜在未来资源.
天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源.它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质,外貌极像冰雪或固体酒精,点火即可燃烧,有“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”之称,被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源,天然气水合物是一种新型高效能源,其成分与人们平时所使用的天然气成分相近,但更为纯净,开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体.
天然气水合物使用方便,燃烧值高,清洁无污染.据了解,全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍,具有广阔的开发前景,美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物,据测算,中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量,约相当中国陆上石油、天然气资源量总数的二分之一.
天然气水合物
中国首次开采出天然气水合物(可燃冰)样品
中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”,从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家.
2007年5月1日凌晨,中国在南海北部的首次采样成功,证实了中国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源,标志着中国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列.
可燃冰的学名为“天然气水合物”,是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”.“冰块”里甲烷占80%～99.9%,可直接点燃,燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都要小得多.1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水.全世界拥有的常规石油天然气资源,将在40年或50年后逐渐枯竭.而科学家估计,海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里,占海洋总面积的10%,海底可燃冰的储量够人类使用1000年,因而被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”.
据悉,迄今为止,全球至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探.
可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带,比较难以寻找和勘探.新研制的这套灵敏度极高的仪器,可以实地即时测出海底土壤、岩石中各种超微量甲烷、乙烷、丙烷及氢气的精确含量,由此判断出可燃冰资源存在与否和资源量等各种指标.[1]
据国土资源部地质勘查司副司长车长波介绍,此次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高特点.通过实施23口钻探井,控制天然气水合物分布面积55平方公里,将天然气水合物折算成天然气,控制储量1000亿－1500亿立方米,相当于特大型常规天然气规模 据介绍,1立方米天然气水合物分解后可生成约164－180立方米天然气,作为一种高效清洁能源,可燃冰被誉为21世纪的绿色能源.今后国土资源部将按照国家规划部署,全面组织实施我国海域、陆域天然气水合物资源勘查评价,通过加快天然气水合物勘查评价和重点靶区钻探取芯工作,开展天然气水合物成藏机理和富集规律等理论研究,加大天然气水合物试开采及环境评价等关键技术攻关力度,力争早日实现天然气水合物开发利用,以提高我国清洁能源保障程度.
我国天然气水合物资源调查与评价工作起步晚.1999年在国家发展改革委、财政部等大力支持下,国土资源部正式启动天然气水合物资源调查,整合了国内各方面优势力量.截至目前,中国地质调查局在珠江口盆地开展天然气水合物综合调查40个航次,完成高分辨率多道地震测量45800公里、多波束测量36800公里、浅地层剖面测量7100公里、海底地质取样1480个站位、海底热流测量222个站位等调查工作.[1]
海洋生成
有两种不同种类的海洋存量.最常见的绝大多数（> 99%）都是甲烷包覆于结构一型的包合物,而且一般都在沉淀物的深处才能发现.在此结构下,甲烷中的碳同位素较轻（δ13C < -60‰）,因此指出其是微生物由CO2的氧化还原作用而来.这些位于深处矿床的包合物,一般认为应该是从微生物产生的甲烷环境中原处形成,因为这些包合物与四周溶解的甲烷其δ13C值是相似的.
这些矿床坐落于中深度范围的区域内,大约300-500m厚的沉积物中（称作气水化合物稳定带(GasHydrate Stability Zone)或 GHSZ）,且该处共存著溶于孔隙水的甲烷.在这区域之下,甲烷只会以溶解型态存在,并随着沉积物表层的距离而浓度逐渐递减.而在这之上,甲烷是气态的.在大西洋大陆脊的布雷克海脊,GHSZ在190m的深度开始延伸至450m处,并于该点达到气态的相平衡.测量结果指出,甲烷在GHSZ的体积占了0-9% ,而在气态区域占了大约12%的体积.
在接近沉积物表层所发现较少见的第二种结构中,某些样本有较高比例的碳氢化合物长链（