发布时间:2013-03-20 16:25:40浏览:2099
“坚冰销尽还成水,本自无形何足伤。”水与冰的无声轮回,本已是大自然曼妙绝伦的造物“魔法”,可这造物之手偏偏又将“火”融入其中,造就出那神奇的“冰中之火”——天然气水合物。这仿佛在告诉世人:谁说冰火不相容?
天然气水合物又被称做“可燃冰”、“固体瓦斯”或“气冰”,它们的表面是脏兮兮的冰,里面是被“困住”的甲烷分子。当用点燃的火柴接近它们时,甲烷瞬间燃烧,迸出明亮的火焰。这种化合物又被叫做“笼形水合物”。它是以水为基础的晶体,外型看起来像冰。水分子的氢键间构成了“笼形”结构,非极性的分子(通常为气体分子,甲烷是其中的一种)被困在其中。换言之,笼形水合物是一种笼子形状混合物——这种混合物中的“主人”是水分子,“客人”通常是气体分子。如果没有被困的气体分子的支持,外部的“笼形”结构就会崩塌,变成普通的冰或是液态水。
同所有的天然气一样,天然气水合物的形成亦始于植物的腐烂。植物死亡后,甲烷从它们腐败的“尸身”中溢出,渗透进多孔的岩石中。如果条件合适——温度接近0℃,压强约为30个标准大气压——冰晶就会形成,甲烷就会被包围在晶体的内部。具备这样条件的地方大致有两处:一是冻土层内部或冻土层之下,二是大陆架海床的下方(深度通常为200米~400米)。现在的研究成果表明,天然气水合物在自然界广泛分布于大陆永久冻土、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中。
早在20世纪30年代,在寒冷的西伯利亚盆地,前苏联人在被堵塞的天然气输气管道中发现了块状的“天然气冰”。“可燃冰”就这样以一种不经意的姿态“走到”了世人面前。只是当时受限于科研水平、科研手段等诸多客观因素,“天然气水合物”这一概念还并未在全球的地质学家中普及。
一直到了上世纪70年代,前苏联开始在麦索雅哈天然气田进行天然气水合物的商业化开采,美国地质学家也在进行海洋地质科考的过程中发现了水合物的存在,这才正式提出了“天然气水合物”的概念。在此后的30年间,以美国地质学家为主的发达国家科研机构和团队,纷纷斥巨资开展本土和国际海底天然气水合物的调查研究和评价工作,并制订了一系列勘查和开发天然气水合物的国家计划。
我国于2007年5月在南海北部的首次采样成功,不仅证实了我国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源,也标志着我国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列。2011年3月,我国正式将“可燃冰”纳入“十二五”能源发展规划,要求加强勘探和科学研究,以便为未来开发利用奠定基础。这说明,无论是国土资源部还是国家能源局,对“可燃冰”的态度都日渐明确。
面对大规模的勘探开采计划,人类似乎也走入了矛盾之中。一方面,全球能源危机已经初现端倪,这深埋于冻土和海底的“冰中之火”无疑是解决这一问题的绝佳途径;另一方面,甲烷本身又是一种温室气体,面对建立全球“低碳”经济的要求,“可燃冰”的大规模开发利用似乎有不利于我们实现节能减排的目标;再加之由海底甲烷泄露而导致的海底滑坡,进而引起大海啸等灾难性概率事件的影响以及开发成本等因素的考虑,天然气水合物的勘探开发似乎还有很长的路要走。