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初识可燃冰系列--1.成因和组成 精选

已有 5936 次阅读 2022-5-17 12:37 |个人分类:可燃冰科普|系统分类:科普集锦

        作者:陈强

        天然气水合物,在民间更爱被称为“可燃冰”,其实已经不算是一个太新鲜的事物。至少在国内的近十几年时间,关于可燃冰的新闻报道时常可以出现在报端媒体,特别是2017年和2020年成功实施的两次海洋试开采,更是引起了社会各界的关注。特别是期间还出现了一些对其能源密度和利用率的错误的言论,八卦的新闻更是把它推到了风头浪尖,或者说披上了神秘的面纱。所以可燃冰可以说既有点儿名气,又不是那么熟悉,因此我还是觉得做一些可燃冰方面的科普是有必要的。

        可燃冰这个昵称的由来可以说纯属象形,因为其看起来像雪白的冰块,但又可以被点燃。那之所以能被点燃,是因为它里面充满了能燃烧的天然气。那么有人就会问了,天然气是怎么变成冰的呢?这也许就是神奇的大自然给我们的众多惊喜中的一点点。科学家经过研究发现,水分子和天然气在相对比较高的压力(通常数量级是兆帕)和相对比较低的温度(通常在室温以下,和压力耦合相关)共存时,水分子在氢键的作用下联接成一系列不稳定的晶体,这些晶体转瞬即逝,灰飞烟灭。但是如果晶体形成的瞬间能够捕获天然气分子,那么他们之间神奇的相互作用力就会使晶格稳定,从而形成水合物晶核。大量的晶核慢慢聚集,这个过程和结冰就类似了,慢慢会形成肉眼可见的可燃冰固体。

        可以简单的归纳一下,可燃冰形成的条件首先是物质保障,要有充足的气体和水,其次是环境保障,有适合的温度压力,最后还要有一个适合的储层,能够让可燃冰晶体富集。有了这三点约束,我们也基本明确了哪里可以找到可燃冰--陆地的永久冻土带和陆架边缘海。而且随着20世纪多个国家和组织陆续开展的野外调查工作,现已基本确定水合物在全球上述地区分布非常广泛。以后会对此展开更为详细的介绍。

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        其实从化学组成来看,很多气体甚至液体都能以水合物的形态存在,但只有以甲烷为代表的能燃烧的天然气水合物才被叫做可燃冰,也是它们才具有能源开发的潜力。虽然不同阶段、不同科学家的估算结果有差异,但可以肯定的是自然界的可燃冰内蕴含的天然气总量比现有的化石能源(石油、煤炭、天然气)的总和还要多,这是埋藏在自然界的能源宝藏,吸引着大批的科学家和工程师对其展开研究。

        后续,我会陆陆续续从不同的角度、领域去介绍可燃冰的性质、特点、找矿和开发知识,以期为此领域的科学普及贡献一点点力量。下一期,先从这种神奇晶体的结构特征说起吧。



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