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2007年6月11日     收藏 打印 推荐 朗读 评论 更多功能 
可燃冰的发现之旅
  人们对气水合物的探究由来已久。

  最早可追溯到1810年,英国科学家戴维在实验室中把氯气通入水中,在摄氏零度以上出现了“冰块”,由此人们首次认识到了气水合物这种物质。

  之后人们出于科学好奇,再也没有停止过对气水合物的研究和探索,他们纷纷把各种各样的气体通入水中试一试,看是否能够形成“冰块”,例如甲烷、二氧化碳等等。而随着实验条件的不断进步,人们可以在越来越苛刻的条件下进行气体与水合成的实验,像氮气、氧气这些气体就要在100多个大气压下才能与水合成。

  2002年美国科学家发现,氢气在2000多个大气压下和一定的温度条件下也能够形成气水合物,由于气体分子越小,形成气水合物越难,而氢气分子是最小的,这就从理论上证明了所有气体都可以和水生成“冰块”。

  “可燃冰”或者说甲烷水合物,就是作为一种科学探索的产物,被科学家维纳德于1888年合成,此时的它没有多大的实际意义。到了1930年,工程师在天然气输送管道里发现了这种奇怪的“冰块”,堵塞住了天然气的输送,成为麻烦制造者。随后,1934年美国科学家汉默施密特发表了关于天然气水合物造成输气管道堵塞的有关数据,人们从负面认识到天然气水合物的工业重要性,开始深入对其进行研究,以期在工业条件下对天然气水合物进行预报和清除,以及水合物生成阻化剂的开发和应用。

  直到上世纪60年代末,在苏联科学家的帮助下,“可燃冰”终于翻了身。科学家们想,此前不论是在实验室里的,还是输气管道里的“可燃冰”,都是人为环境中产生的,那么在自然环境中,如果满足低温高压、有气有水的条件,是否有天然的“可燃冰”存在呢?况且,这种条件在自然界还真有不少,例如永冻区、冻土带、海底地表层等等,就连彗星上也不能排除。由此推测,自然界中存在着天然的“可燃冰”。果真,1968年,人们在俄罗斯西西伯利亚北部的麦索雅哈气田发现了“可燃冰”,这成为天然气水合物气藏的一个典型的实例。

  到底在什么样的条件下才能形成“可燃冰”?专家认为,形成“可燃冰”最少要满足三方面条件:第一是温度不能太高。海底的温度是2℃至4℃,适合“可燃冰”的形成,高于20℃就分解;第二是压力要足够大。在0℃时,只需要30个大气压就可形成“可燃冰”。海深每增加10米,压力就增大1个大气压,因此海深300米就可达到30个大气压,越深压力越大,“可燃冰”就越稳定;第三是要有甲烷气源。海底古生物尸体的沉积物,被细菌分解会产生甲烷,或者是,天然气在地球深处产生并不断进入地壳。

  在上述三个条件都具备的情况下,天然气可在介质的空隙中和水生成“可燃冰”。甲烷分子被若干个水分子形成的笼形结构接纳,生成笼形固体结晶水合物,分散在海底岩层的空隙中。在常温常压下,“可燃冰”分解为甲烷和水。

  (据《科技日报》)

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