GEOFIZIKA

Pripremio: N.K

Klatrat metana
Led koji gori

Klatrat metana, koji zovu i hidrat metana ili metanski led, je čvrsto stanje vode koja sadrži veliku količinu metana u svojoj kristalnoj strukturi. Prvobitno se smatralo da se javlja samo u spoljašnjim delovima Sunčevog sistema gde su temperature niske a (obični) led čest. Na Zemlji su veoma velike rezerve klatrata metana nađene ispod sedimenata okeanskog dna.

Klatrat metana je sastavni deo plitkovodne morske geosfere. Javlja se u dubini sedimentmih struktura i u vidu izdanaka na okeanskom dnu. Veruje se da je nastao pomeranjem gasa iz dubine Zemljine kore duž raseda. Posle toga je došlo, na kontaktu gasa s hladnom morskom vodom, do kristalizacije i taloženja klatrata.

Pri visokom pritisku, klatrat metana ostaje stabilan do temperature od 18oC. Prosečan sadržaj je 1 mol metana na svakih 5,75 mola vode, što zavisi od toga koliko je molekula metana “uključeno” u različite kristalne rešetke vode. Izmerena gustina je oko 0,9 gr/cm3. Prema tome litar čvrstog klatrata metana sadrži, u proseku, 168 l gasovitog metana.

Pojave u prirodi

Klatrat metana je ograničen na plitki deo litosfere, do 2000 m. Odgovarajući uslovi postoje samo u polarnim sedimentnim stenama, gde su površinske temperature ispod 0oC ili u okeanskim sedimentima sa dubinom vode većom od 300 m, gde je temperatura vode oko 2 oC. Kontinentalni sedimenti su locirani na Aljasci i u Sibiru, u slojevima peščara i alevrolita, do 800 m dubine. Okeanske tvorevine izgleda da su rasprostranjene na kontinetalnoj platformi a mogu se pojaviti I u delovima blizu kontakta sedimenta sa vodom. Mogu da prekrivaju i veće rezervoare gasovitog metana .

Okeanski tip

Postoje dva različita podtipa okeanskih rezervi. Dominantan je (preko 99 %) metan, sadržan u klatratu strukture u dubokim sedimentima. Ovaj metan je izotopski lakši, iz čega se da zaključiti da je nastao redukcijom CO2 mikrobima. Za klatrat u dubokim sedimentima smatra se da je formiran dejstvom mikroba koji proizvode metan, pošto su vrednosti klatrata i okolnog dislociranog metana slične.

Ovakav tip je lociran na dubinama 300-500 m, u sedimentima stabilizirajuće zone hidrata gasa, gde se javljaju zajedno sa metanom rastvorenim u vodi. Iznad ove zone metan je prisutan samo u formi rastvora, u koncentraciji koja opada prema površini sedimenata. Ispod toga metan je gasni.

Drugi tip je ređi. Nalazi se blizu površine sedimenata a neki uzorci imaju veći sadržaj hidrokarbona (manje od 99% metana), dugih lanaca koji su uključeni u strukturu II klatrata. Metan je izotopski teži a misli se da je migrirao naviše iz dubljih sedimenata gde je metan nastao termalnom dekompozicijom organske materije. Primeri ovog tipa naslaga nađeni su u Meksičkom zalivu i u Kaspijskom jezeru.

Metan je, kao gasni hidrat, uglavnom nastao razaranjem organske materije bakterijama, u uslovima male količine kiseonika. Organska materija u gornjih nekoliko santimetara sedimenta prva je napadnuta anaerobnim bakterijama, koje proizvode CO2 što se iz sedimenta diže kroz vodeni stub. U ovom nivou sulfati su redukovani do sulfida dejstvom aerobnih bakterija. Ako je brzina sedimentacije mala, sadržaj organskog ugljenika je mali a kiseonika ima dosta, onda aerobne bakterije iskoriste celu količinu organske materije iz sedimenta. Tamo gde su brzina sedimentacije i količina organskog ugljenika velike, voda u sedimentu je anoksična do dubine od svega nekoliko cm, a metan je proizveden dejstvom anaerobnih bakterija. Ovaj nastanak metana je prilično komplikovan proces - potrebno je učešće nekoliko različitih tipova bakterija, redukciona sredina i pH između 6 i 8. U nekin oblastima (npr. Meksički zaliv) metan u klatratu može biti bar delimično produkt termalne degradacije organske materije, naročito u petroleju. Ispod zone čvrstih klatrata mogu se javiti velike količine metana u vidu mehurova i slobodnog gasa u sedimentu.

Rezerve

Najveće vrednosti bazirane su na pretpostavci da gust klatrat može da prekriva duboke delove okeanskog dna. U međuvremenu je napredovalo razumevanje hemije klatrata a sedimentologija je utvrdila da se hidrati mogu formirati samo u uskom pojasu određene dubine vode, a na kontinentalnoj platformi samo na onim lokacijama i dubinama gde nastaju. Uglavnom se nalaze u malim koncentracijama (0.9-1.5% ) u oblastima mineraloških pojava. Nove procene ukazuju da se vrednost globalne količine kreće od 1 do 5 kvadriliona. Ove procene odgovaraju 500-2500 gigatona ugljenika (Gt C), što je manje od 5000 Gt C, a to je manje od pretpostavki za rezerve svih ostalih fosilnih goriva. Rezerve u večitom ledu procenjene su na oko 400 Gt C na Arktiku, dok za rezerve na Antarktiku nema procena.

Manja učestalost klatrata ne isključuje njihov ekonomski potencijal, ali manja ukupna zapremina i svakako niža koncentracija na mnogim nalazištima upućuju da samo ograničen procenat sedimentnog klatrata može da ima ekonomski vredne resurse.

Kontinentalni

Klatrat metana u kontinentalnim stenama je zatvoren u slojevima peščara i alevrita, na dubinama manjim od 800 m. Uzorkovanje ukazuje da su formirani od mešavine termalno i mikrobno nastalog gasa, iz kojeg su kasnije teži ugljovodonici selektivno odstranjeni. Nalaze se na Aljasci i u Sibiru.

Komercijalna upotreba

Rezerve sedimentnog hidrata metana verovatno sadrže 2-10 veću količinu od danas poznatih rezervi prirodnog gasa. Zato su značajna fosilna goriva budućnosti. Ipak, u većini sedimentnih ležišta izgleda da je klatrat suviše dispergovan za ekonomsku upotrebu. Drugi problem koji stoji pred eksploatacijom je otkrivanje odgovarajućih rezervi i razvoj tehnologije za izvlačenje gasovitog metana iz sedimentnog hidrata. Istraživački i razvojni projekti u Japanu usmereni su na komercijalnu upotrebu od 2016. godine. U avgustu 2006. Kina je objavila plan ulaganja 800 milona juana (oko 100 miliona SAD dolara) tokom sledećih 10 godina za proučavanje prirodnog hidrata gasa.

Klatrat i promene klime

Metan je gas staklene bašte koji, uprkos tome što u atmosferi opstaje samo oko 12 godina, ima potencijal za njeno zagrevanje. Naglo oslobađanje velikih količina prirodnog gasa iz sedimenata klatrata metana je mogući uzrok ranijih ali i budićih promena klime. Sa njim su verovatno povezani izumiranje na granici Perm / Trijas, kao i termalni maksimum na granici paleocena i eocena.

N.K.