stringtranslate.com

Клатрат метана

«Горящий лед». Метан, выделяющийся при нагревании, горит; вода капает.
Врезка: структура клатрата (Геттингенский университет, GZG. Abt. Kristallographie).
Источник: Геологическая служба США .

Клатрат метана (CH 4 ·5,75H 2 O) или (4CH 4 ·23H 2 O), также называемый гидратом метана , гидрометаном , метановым льдом , огненным льдом , гидратом природного газа или газовым гидратом , представляет собой твердое клатратное соединение (точнее, клатратный гидрат ), в котором большое количество метана заключено в кристаллической структуре воды, образуя твердое вещество, похожее на лед . [1] [2] [3] [4] [5] [6] Первоначально считалось , что он встречается только во внешних регионах Солнечной системы , где температуры низкие и распространен водяной лед, значительные залежи клатрата метана были обнаружены под отложениями на дне океанов Земли (приблизительно на 1100 м ниже уровня моря). [7] Гидрат метана образуется, когда водородно-связанная вода и метановый газ вступают в контакт при высоком давлении и низких температурах в океанах.

Метановые клатраты являются обычными компонентами мелководной морской геосферы , и они встречаются в глубоких осадочных структурах и образуют выходы на поверхность на дне океана. Считается, что гидраты метана образуются путем осаждения или кристаллизации метана, мигрирующего из глубины вдоль геологических разломов . Осаждение происходит, когда метан вступает в контакт с водой на морском дне в зависимости от температуры и давления. В 2008 году исследования на антарктической станции Восток и ледяных кернах EPICA Dome C показали, что метановые клатраты также присутствовали в глубоких антарктических ледяных кернах и записывают историю атмосферных концентраций метана , датируемую 800 000 лет назад. [8] Запись метана в ледяных кернах является основным источником данных для исследований глобального потепления , наряду с кислородом и углекислым газом.

Клатраты метана раньше рассматривались как потенциальный источник резкого изменения климата , следуя гипотезе клатратной пушки . В этом сценарии нагревание вызывает катастрофическое таяние и распад в первую очередь подводных гидратов, что приводит к массовому выбросу метана и ускорению потепления. Текущие исследования показывают, что гидраты очень медленно реагируют на потепление, и что метану очень трудно достичь атмосферы после диссоциации. [9] [10] Некоторые активные просачивания вместо этого действуют как незначительный поглотитель углерода , потому что большая часть метана растворяется под водой и поощряет сообщества метанотрофов , область вокруг просачивания также становится более подходящей для фитопланктона . [11] В результате гидраты метана больше не считаются одной из точек невозврата в климатической системе , и, согласно Шестому оценочному докладу МГЭИК , в этом столетии не произойдет «обнаруживаемого» воздействия на глобальные температуры посредством этого механизма. [12] На протяжении нескольких тысячелетий все еще может наблюдаться более существенная реакция в 0,4–0,5 °C (0,72–0,90 °F). [13]

Общий

Метановые гидраты были обнаружены в России в 1960-х годах, а исследования по извлечению из них газа начались в начале 21-го века. [14]

Структура и состав

изображение под микроскопом

Номинальный состав гидрата клатрата метана - (CH 4 ) 4 (H 2 O) 23 , или 1 моль метана на каждые 5,75 моль воды, что соответствует 13,4% метана по массе, хотя фактический состав зависит от того, сколько молекул метана помещается в различные структуры клеток решетки воды . Наблюдаемая плотность составляет около 0,9 г/см 3 , что означает, что гидрат метана будет плавать на поверхности моря или озера, если он не будет связан на месте, образовавшись в осадке или закрепленным на нем. [15] Один литр полностью насыщенного твердого вещества клатрата метана будет, таким образом, содержать около 120 граммов метана (или около 169 литров метанового газа при 0 °C и 1 атм), [nb 1] или один кубический метр клатрата метана выделяет около 160 кубических метров газа. [14]

Метан образует гидрат «структуры I» с двумя додекаэдрическими (12 вершин, таким образом, 12 молекул воды) и шестью тетрадекаэдрическими (14 молекул воды) водными клетками на элементарную ячейку. (Из-за совместного использования молекул воды между клетками, на элементарную ячейку приходится всего 46 молекул воды.) Это сопоставимо с числом гидратации 20 для метана в водном растворе. [16] Спектр MAS ЯМР клатрата метана , записанный при 275 К и 3,1 МПа, показывает пик для каждого типа клетки и отдельный пик для метана в газовой фазе . [ необходима цитата ] В 2003 году был синтезирован интеркалат гидрата глины-метана, в котором комплекс гидрата метана был введен в промежуточный слой богатой натрием монтмориллонитовой глины. Верхняя температурная стабильность этой фазы аналогична стабильности гидрата структуры I. [17]

Фазовая диаграмма гидрата метана. Горизонтальная ось показывает температуру от -15 до 33 градусов Цельсия, вертикальная ось показывает давление от 0 до 120 000 килопаскалей (от 0 до 1184 атмосфер). Гидрат образуется выше линии. Например, при 4 градусах Цельсия гидрат образуется выше давления около 50 атм/5000 кПа, что находится на глубине моря около 500 м.

Природные месторождения

Мировое распространение подтверждённых или предполагаемых морских отложений, содержащих газовые гидраты, 1996 г.
Источник: USGS
Осадок, содержащий газовый гидрат, из зоны субдукции у берегов Орегона
Специфическая структура куска газогидрата из зоны субдукции у берегов Орегона.

Метановые клатраты ограничены мелкой литосферой (т.е. глубиной < 2000 м). Кроме того, необходимые условия встречаются только либо в континентальных осадочных породах в полярных регионах, где средняя температура поверхности составляет менее 0 °C; либо в океанических отложениях на глубине более 300 м, где температура придонной воды составляет около 2 °C. Кроме того, глубокие пресноводные озера также могут содержать газовые гидраты, например, пресноводное озеро Байкал в Сибири. [18] Континентальные отложения были обнаружены в Сибири и на Аляске в слоях песчаника и алеврита на глубине менее 800 м. Океанические отложения, по-видимому, широко распространены на континентальном шельфе (см. рис.) и могут встречаться в осадках на глубине или близко к границе раздела осадок-вода . Они могут покрывать даже более крупные отложения газообразного метана. [19]

Океанический

Гидрат метана может встречаться в различных формах, таких как массивные, рассеянные в поровых пространствах, конкрециях, жилах/трещинах/разломах и слоистых горизонтах. [20] Как правило, он оказывается нестабильным при стандартных условиях давления и температуры, и 1 м 3 гидрата метана при диссоциации дает около 164 м 3 метана и 0,87 м 3 пресной воды. [21] [22] [23] Существует два различных типа океанических отложений. Наиболее распространенный из них состоит из метана (> 99%), содержащегося в клатрате структуры I и обычно встречающегося на глубине в осадке. Здесь метан изотопно легкий ( δ 13 C < −60‰), что указывает на то, что он получен в результате микробного восстановления CO 2 . Клатраты в этих глубоких отложениях, как полагают, образовались in situ из микробиологически произведенного метана, поскольку значения δ 13 C клатрата и окружающего растворенного метана схожи. [19] Однако также считается, что пресная вода, используемая для повышения давления в нефтяных и газовых скважинах в вечной мерзлоте и вдоль континентальных шельфов по всему миру, соединяется с природным метаном, образуя клатрат на глубине и под давлением, поскольку гидраты метана более стабильны в пресной воде, чем в соленой. [2] Локальные вариации могут быть широко распространены, поскольку процесс образования гидрата, который извлекает чистую воду из соленых пластовых вод, часто может приводить к локальному и потенциально значительному повышению солености пластовой воды. Гидраты обычно исключают соль из поровой жидкости, из которой они образуются. Таким образом, они демонстрируют высокое электрическое сопротивление, как лед, а отложения, содержащие гидраты, имеют более высокое сопротивление, чем отложения без газовых гидратов (судья [67]). [24] : 9 

Эти отложения расположены в средней глубине зоны толщиной около 300–500 м в осадках ( зона стабильности газового гидрата , или GHSZ), где они сосуществуют с метаном, растворенным в пресных, а не соленых поровых водах. Выше этой зоны метан присутствует только в растворенной форме в концентрациях, которые уменьшаются по направлению к поверхности осадка. Ниже нее метан находится в газообразном состоянии. В хребте Блейк на континентальном поднятии Атлантики GHSZ начиналась на глубине 190 м и продолжалась до 450 м, где она достигала равновесия с газообразной фазой. Измерения показали, что метан занимал 0-9% по объему в GHSZ и ~12% в газообразной зоне. [25] [26]

В менее распространенном втором типе, обнаруженном вблизи поверхности осадка, некоторые образцы имеют более высокую долю длинноцепочечных углеводородов (<99% метана), содержащихся в клатрате структуры II. Углерод из этого типа клатрата изотопно тяжелее ( δ 13 C составляет от −29 до −57 ‰) и, как полагают, мигрировал вверх из глубоких осадков, где метан образовался в результате термического разложения органического вещества . Примеры этого типа отложений были найдены в Мексиканском заливе и Каспийском море . [19]

Некоторые отложения имеют промежуточные характеристики между отложениями микробного и термического происхождения и считаются образованными в результате их смешения.

Метан в газовых гидратах в основном генерируется микробными консорциумами, разлагающими органическое вещество в средах с низким содержанием кислорода, при этом сам метан вырабатывается метаногенными археями . Органическое вещество в самых верхних нескольких сантиметрах отложений сначала подвергается атаке аэробных бактерий, генерирующих CO2 , который выходит из отложений в водную толщу . Ниже этой области аэробной активности берут верх анаэробные процессы, включая последовательное с глубиной микробное восстановление нитрита/нитрата, оксидов металлов, а затем сульфатов , восстанавливающихся до сульфидов . Наконец, метаногенез становится доминирующим путем реминерализации органического углерода .

Если скорость седиментации низкая (около 1 см/год), содержание органического углерода низкое (около 1%) и кислорода много, аэробные бактерии могут использовать все органическое вещество в осадках быстрее, чем истощается кислород, поэтому акцепторы электронов с более низкой энергией не используются. Но там, где скорость седиментации и содержание органического углерода высоки, что обычно имеет место на континентальных шельфах и под западными пограничными зонами апвеллинга течения, поровая вода в осадках становится бескислородной на глубине всего нескольких сантиметров или меньше. В таких богатых органикой морских осадках сульфат становится важнейшим конечным акцептором электронов из-за его высокой концентрации в морской воде . Однако он также истощается на глубине от сантиметров до метров. Ниже этого уровня образуется метан. Это производство метана является довольно сложным процессом, требующим высоковосстановительной среды (Eh от −350 до −450 мВ) и pH от 6 до 8, а также сложных синтрофных консорциумов различных разновидностей архей и бактерий. Однако только археи фактически выделяют метан.

В некоторых регионах (например, Мексиканский залив, бассейн Дзёэтсу) метан в клатратах может быть, по крайней мере, частично получен из термической деградации органического вещества (например, образование нефти), при этом нефть даже образует экзотический компонент внутри самого гидрата, который может быть извлечен при диссоциации гидрата. [27] [28] [ необходима цитата ] Метан в клатратах обычно имеет биогенную изотопную сигнатуру и сильно изменчивую δ 13 C (от −40 до −100 ‰), со средним приблизительным значением около −65 ‰. [29] [ необходима цитата ] [30] [31] [32] Ниже зоны твердых клатратов большие объемы метана могут образовывать пузырьки свободного газа в отложениях. [25] [33] [34]

Наличие клатратов в определенном месте часто можно определить путем наблюдения за «донным имитирующим отражателем» (BSR), который представляет собой сейсмическое отражение на границе раздела осадочных пород и зоны стабильности клатратов, вызванное неравной плотностью обычных осадков и осадков, содержащих клатраты.

Газогидратные пинго были обнаружены в арктических океанах Баренцева моря. Метан пузырится из этих куполообразных структур, некоторые из этих газовых факелов простираются близко к поверхности моря. [35]

Размер резервуара

Газовый гидрат под карбонатной породой на морском дне северной части Мексиканского залива

Размер океанического резервуара клатрата метана плохо известен, и оценки его размера уменьшались примерно на порядок за десятилетие с тех пор, как в 1960-х и 1970-х годах впервые было признано, что клатраты могут существовать в океанах. [36] Самые высокие оценки (например, 3 × 1018 м 3 ) [37] были основаны на предположении, что полностью плотные клатраты могут усеивать все дно глубокого океана. Улучшения в нашем понимании химии клатратов и седиментологии показали, что гидраты образуются только в узком диапазоне глубин ( континентальные шельфы ), только в некоторых местах в диапазоне глубин, где они могут встречаться (10-30% зоны стабильности газовых гидратов ), и обычно обнаруживаются в низких концентрациях (0,9–1,5% по объему) в местах, где они действительно встречаются. Недавние оценки, ограниченные прямым отбором проб, предполагают, что глобальный запас занимает от 1 × 10 15 до 5 × 10 15 кубических метров (0,24 и 1,2 миллиона кубических миль). [36] Эта оценка, соответствующая 500–2500 гигатоннам углерода (Гт С), меньше, чем 5000 Гт С, оцененные для всех других запасов геоорганического топлива, но существенно больше, чем ~230 Гт С, оцененные для других источников природного газа. [36] [38] Резервуар вечной мерзлоты был оценен примерно в 400 Гт С в Арктике, [39] [ необходима ссылка ], но никаких оценок возможных резервуаров в Антарктике сделано не было. Это большие количества. Для сравнения, общее количество углерода в атмосфере составляет около 800 гигатонн (см. Углерод: Распространение ).

Эти современные оценки заметно меньше, чем 10 000–11 000 Гт С (2 × 1016 м 3 ) предложено [40] предыдущими исследователями как причина рассматривать клатраты как геоорганический топливный ресурс (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). Более низкое содержание клатратов не исключает их экономического потенциала, но меньший общий объем и, по-видимому, низкая концентрация на большинстве участков [36] предполагает, что только ограниченный процент месторождений клатратов может обеспечить экономически жизнеспособный ресурс.

Континентальный

Метановые клатраты в континентальных породах заперты в пластах песчаника или алеврита на глубине менее 800 м. Отбор проб показывает, что они образованы из смеси термически и микробиологически полученного газа, из которого позднее были выборочно удалены более тяжелые углеводороды. Они встречаются на Аляске , в Сибири и на севере Канады .

В 2008 году канадские и японские исследователи извлекли постоянный поток природного газа из тестового проекта на газогидратном участке Маллик в дельте реки Маккензи . Это было второе подобное бурение на Маллике: первое состоялось в 2002 году и использовало тепло для высвобождения метана. В эксперименте 2008 года исследователи смогли извлечь газ, понизив давление, без нагрева, что потребовало значительно меньше энергии. [41] Месторождение газогидрата Маллик было впервые обнаружено компанией Imperial Oil в 1971–1972 годах. [42]

Коммерческое использование

Экономически выгодные месторождения гидрата называются гидратами природного газа (NGH) и содержат 164 м 3 метана, 0,8 м 3 воды в 1 м 3 гидрата. [43] Большая часть NGH находится под морским дном (95%), где он существует в термодинамическом равновесии. Осадочный резервуар гидрата метана, вероятно, содержит в 2–10 раз больше известных в настоящее время запасов обычного природного газа , по состоянию на 2013 год . [44] Это представляет собой потенциально важный будущий источник углеводородного топлива . Однако в большинстве мест месторождения считаются слишком рассредоточенными для экономической добычи. [36] Другими проблемами, стоящими перед коммерческой эксплуатацией, являются обнаружение жизнеспособных запасов и разработка технологии извлечения метанового газа из месторождений гидратов.

В августе 2006 года Китай объявил о планах потратить 800 миллионов юаней (100 миллионов долларов США) в течение следующих 10 лет на изучение гидратов природного газа. [45] Потенциально экономически выгодный запас в Мексиканском заливе может содержать приблизительно 100 миллиардов кубических метров (3,5 × 10 12  кубических футов) газа. [36] Бьёрн Квамме и Арне Грауэ из Института физики и технологий Университета Бергена разработали метод закачки CO 2 в гидраты и обратного процесса; тем самым извлекая CH 4 путем прямого обмена. [46] Метод Университета Бергена проходит полевые испытания ConocoPhillips и государственной Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), а также частично финансируется Министерством энергетики США. Проект уже достиг фазы закачки и анализировал полученные данные к 12 марта 2012 года. [47]^

12 марта 2013 года исследователи JOGMEC объявили, что они успешно извлекли природный газ из замороженного гидрата метана. [48] Для извлечения газа использовалось специализированное оборудование для бурения и сброса давления в отложениях гидрата, в результате чего метан отделился ото льда. Затем газ собирали и подавали на поверхность, где его поджигали, чтобы доказать его присутствие. [49] По словам представителя отрасли, «это был [первый] в мире морской эксперимент по производству газа из гидрата метана». [48] Ранее газ извлекался из наземных месторождений, но никогда из морских месторождений, которые встречаются гораздо чаще. [49] Месторождение гидрата, из которого был извлечен газ, расположено в 50 километрах (31 миле) от центральной Японии в Нанкайском прогибе , на глубине 300 метров (980 футов) под водой. [48] [49] Представитель JOGMEC заметил: «Япония наконец-то может иметь источник энергии, который она может назвать своим собственным». [49] Морской геолог Микио Сато заметил: «Теперь мы знаем, что добыча возможна. Следующий шаг — посмотреть, насколько Япония сможет снизить затраты, чтобы сделать технологию экономически жизнеспособной». [49] Япония оценивает, что в Нанкайском желобе застряло не менее 1,1 триллиона кубических метров метана, что достаточно для удовлетворения потребностей страны в течение более чем десяти лет. [49]

В мае 2017 года Япония и Китай объявили о прорыве в добыче клатратов метана, когда они извлекли метан из гидратов в Южно-Китайском море . [14] Китай охарактеризовал результат как прорыв; Правин Линга с кафедры химической и биомолекулярной инженерии Национального университета Сингапура согласился: «По сравнению с результатами, которые мы увидели в японских исследованиях, китайским ученым удалось извлечь гораздо больше газа в своих усилиях». [50] В отрасли единодушно считают, что коммерческое производство займет годы. [51]

Экологические проблемы

Эксперты предупреждают, что воздействие на окружающую среду все еще изучается, и что метан — парниковый газ с потенциалом глобального потепления примерно в 86 раз большим за 20 [52] -летний период (GWP100), чем углекислый газ — может потенциально вырваться в атмосферу, если что-то пойдет не так. [53] Кроме того, хотя сжигание природного газа и чище угля, оно также создает выбросы углекислого газа. [54] [55] [56]

Гидраты при переработке природного газа

Рутинные операции

Клатраты (гидраты) метана также часто образуются во время операций по добыче природного газа, когда жидкая вода конденсируется в присутствии метана при высоком давлении. Известно, что более крупные молекулы углеводородов, такие как этан и пропан, также могут образовывать гидраты, хотя более длинные молекулы (бутаны, пентаны) не могут вписаться в структуру водной клетки и имеют тенденцию дестабилизировать образование гидратов.

После образования гидраты могут блокировать трубопровод и технологическое оборудование. Затем их обычно удаляют путем снижения давления, нагревания или растворения химическими средствами (обычно используется метанол). Необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что удаление гидратов тщательно контролируется, из-за возможности гидрата претерпевать фазовый переход из твердого гидрата в высвобождение воды и газообразного метана с высокой скоростью при снижении давления. Быстрое высвобождение метанового газа в закрытой системе может привести к быстрому повышению давления. [15]

Обычно предпочтительнее предотвращать образование гидратов или блокировку оборудования. Обычно это достигается путем удаления воды или добавления этиленгликоля ( МЭГ) или метанола , которые действуют, чтобы понизить температуру, при которой будут образовываться гидраты. В последние годы были разработаны другие формы ингибиторов гидратов, такие как кинетические ингибиторы гидратов (увеличивающие необходимое переохлаждение, которое требуется гидратам для образования, за счет увеличения скорости образования гидратов) и антиагломераты, которые не предотвращают образование гидратов, но не позволяют им слипаться и блокировать оборудование.

Эффект фазового перехода гидрата при глубоководном бурении

При бурении в нефтегазоносных пластах, погруженных в глубокую воду, пластовый газ может поступать в ствол скважины и образовывать газовые гидраты из-за низких температур и высоких давлений, возникающих при глубоководном бурении. Затем газовые гидраты могут подниматься вверх с буровым раствором или другими выбрасываемыми жидкостями. Когда гидраты повышаются, давление в кольцевом пространстве уменьшается, и гидраты диссоциируют на газ и воду. Быстрое расширение газа выталкивает жидкость из скважины, еще больше снижая давление, что приводит к еще большей диссоциации гидратов и дальнейшему выбросу жидкости. Результирующее сильное выталкивание жидкости из кольцевого пространства является одной из потенциальных причин или факторов «выброса». [57] (Выбросы, которые могут вызывать выбросы, обычно не связаны с гидратами: см. Выброс: выброс пласта ).

Меры, снижающие риск образования гидратов, включают:

Восстановление после выброса

Концептуальная схема куполов для сдерживания разлива нефти, образующих перевернутые воронки для транспортировки нефти на надводные корабли. Рядом находится затонувшая нефтяная вышка.

На достаточных глубинах метан напрямую соединяется с водой, образуя гидраты метана, как это наблюдалось во время разлива нефти Deepwater Horizon в 2010 году. Инженеры BP разработали и развернули подводную систему сбора нефти над разливом нефти из глубоководной нефтяной скважины на глубине 5000 футов (1500 м) ниже уровня моря , чтобы уловить вытекающую нефть. Это включало размещение 125-тонного (276 000 фунтов) купола над самой большой из утечек скважины и прокладку его по трубам в хранилище на поверхности. [58] Этот вариант имел потенциал для сбора около 85% вытекающей нефти, но ранее не был испытан на таких глубинах. [58] BP развернула систему 7–8 мая, но она не сработала из-за накопления клатрата метана внутри купола; при его низкой плотности около 0,9 г/см3 гидраты метана накапливались в куполе, добавляя плавучести и препятствуя потоку. [59]

Клатраты метана и изменение климата

Клатрат метана выделяется в виде газа в окружающую водную толщу или почву при повышении температуры окружающей среды.
Гипотеза клатратной пушки является предлагаемым объяснением периодов быстрого потепления в течение четвертичное время . Гипотеза заключается в том, что изменения потоков в верхних промежуточных водах в океане вызывали колебания температуры, которые попеременно накапливали и иногда высвобождали метановый клатрат на верхних континентальных склонах. Это оказало бы немедленное влияние на глобальную температуру, поскольку метан является гораздо более мощным парниковым газом, чем углекислый газ . Несмотря на то, что его продолжительность жизни в атмосфере составляет около 12 лет, потенциал глобального потепления метана в 72 раза больше, чем у углекислого газа за 20 лет, и в 25 раз за 100 лет (33 при учете аэрозольных взаимодействий). [60] Далее предполагается, что эти потепления стали причиной циклов Бонда и отдельных интерстадиальных событий, таких как интерстадиалы Дансгаарда-Эшгера . [61]

Большинство залежей метанового клатрата находятся в осадках слишком глубоко, чтобы быстро реагировать, [62] и моделирование 2007 года Арчером предполагает, что метановое воздействие, вызванное ими, должно оставаться незначительным компонентом общего парникового эффекта . [63] Отложения клатрата дестабилизируются из самой глубокой части их зоны стабильности , которая обычно находится на сотни метров ниже морского дна. Устойчивое повышение температуры моря в конечном итоге прогреет свой путь через осадок и заставит самый мелкий, самый пограничный клатрат начать разрушаться; но обычно требуется порядка тысячи лет или больше, чтобы изменение температуры достигло этого глубины морского дна. [63] Кроме того, последующие исследования месторождений средних широт в Атлантическом и Тихом океанах показали, что любой метан, высвобождаемый со дна моря, независимо от источника, не достигает атмосферы, как только глубина превышает 430 м (1411 футов), в то время как геологические характеристики района делают невозможным существование гидратов на глубинах менее 550 м (1804 фута). [64] [65]

Потенциальный выброс метана на шельфе Восточной Сибири

Однако некоторые залежи клатратов метана в Арктике гораздо мельче остальных, что может сделать их гораздо более уязвимыми к потеплению. Захваченное газовое месторождение на континентальном склоне у берегов Канады в море Бофорта , расположенное в районе небольших конических холмов на дне океана, находится всего в 290 м (951 фут) ниже уровня моря и считается самым мелководным из известных месторождений гидрата метана. [66] Однако средняя глубина Восточно-Сибирского арктического шельфа составляет 45 метров, и предполагается, что под морским дном, запечатанным подводными слоями вечной мерзлоты, находятся залежи гидратов. [67] [68] Это означало бы, что при потенциальном потеплении таликовые или пингоподобные образования на шельфе также будут служить путями миграции газа для ранее замороженного метана, и этой возможности было уделено много внимания. [69] [70] [71] Шахова и др. (2008) подсчитали, что не менее 1400 гигатонн углерода в настоящее время заперты в виде метана и гидратов метана под арктической подводной вечной мерзлотой, и 5–10% этой площади подвержены проколам открытым таликом. Их статья изначально включала строку о том, что «выброс до 50 гигатонн прогнозируемого количества гидратов весьма вероятен для внезапного выброса в любое время». Выброс в таком масштабе увеличил бы содержание метана в атмосфере планеты в двенадцать раз, [72] [73] что эквивалентно по парниковому эффекту удвоению уровня CO 2 в 2008 году .

Это то, что привело к первоначальной гипотезе клатратной пушки, и в 2008 году Национальная лабораторная система Министерства энергетики США [74] и Программа по изучению изменения климата Геологической службы США определили потенциальную дестабилизацию клатрата в Арктике как один из четырех наиболее серьезных сценариев резкого изменения климата, которые были выделены для приоритетных исследований. В конце декабря 2008 года USCCSP опубликовала отчет, оценивающий серьезность этого риска. [75] Исследование эффектов для первоначальной гипотезы, проведенное в 2012 году на основе сопряженной модели климат-углеродного цикла ( GCM ), оценило 1000-кратное (от <1 до 1000 ppmv) увеличение метана — в течение одного импульса, из гидратов метана (на основе оценок количества углерода для PETM, с ~2000 ГтС), и пришло к выводу, что это приведет к повышению температуры атмосферы более чем на 6 °C в течение 80 лет. Кроме того, углерод, хранящийся в биосфере суши, сократится менее чем на 25%, что свидетельствует о критической ситуации для экосистем и сельского хозяйства, особенно в тропиках. [76] Другая оценка литературы 2012 года определяет гидраты метана на шельфе восточно-арктических морей как потенциальный триггер. [77]

Также рассматривался риск сейсмической активности, потенциально ответственной за массовые выбросы метана. В 2012 году сейсмические наблюдения, дестабилизирующие гидрат метана вдоль континентального склона восточной части США после вторжения более теплых океанических течений, предполагают, что подводные оползни могут высвобождать метан. Оценочное количество гидрата метана на этом склоне составляет 2,5 гигатонны (около 0,2% от количества, необходимого для возникновения PETM ) , и неясно, может ли метан достичь атмосферы. Однако авторы исследования предостерегают: «Маловероятно, что западная североатлантическая окраина является единственной областью, испытывающей изменение океанических течений; наша оценка в 2,5 гигатонны дестабилизирующего гидрата метана может, таким образом, представлять собой лишь часть гидрата метана, который в настоящее время дестабилизирует глобально». [78] Билл МакГвайр отмечает: «Может существовать угроза подводных оползней вокруг границ Гренландии , которые менее изучены. Гренландия уже поднимается, уменьшая давление на кору под ней, а также на подводные гидраты метана в осадках вокруг ее границ, и повышенная сейсмическая активность может быть очевидна в течение десятилетий, поскольку активные разломы под ледяным щитом разгружаются. Это может создать потенциал для землетрясения или дестабилизации подводных осадков гидратом метана, что приведет к образованию подводных оползней и, возможно, цунами в Северной Атлантике». [79]
Выбросы метана в море Лаптевых обычно потребляются метанотрофами в осадке . Районы с высокой седиментацией (вверху) подвергают свои микробные сообщества постоянному нарушению, и поэтому они наиболее склонны видеть активные потоки, будь то с (справа) или без активного восходящего потока (слева). Даже в этом случае годовой выброс может быть ограничен 1000 тонн или меньше. [80]

Исследования, проведенные в 2008 году в Сибирской Арктике, показали выбросы метана в годовом масштабе в миллионы тонн, что было существенным увеличением по сравнению с предыдущей оценкой в ​​0,5 миллиона тонн в год. [81] по-видимому, через перфорации в вечной мерзлоте морского дна, [71] с концентрациями в некоторых регионах, достигающими до 100 раз нормальных уровней. [82] [83] Избыток метана был обнаружен в локализованных горячих точках в устье реки Лена и на границе между морем Лаптевых и Восточно-Сибирским морем . В то время считалось, что часть таяния была результатом геологического нагрева, но большее таяние, как полагали, было связано с значительно увеличенными объемами талой воды, сбрасываемой сибирскими реками, текущими на север. [84]

К 2013 году та же группа исследователей использовала множественные гидролокационные наблюдения для количественной оценки плотности пузырьков, исходящих из подводной вечной мерзлоты в океан (процесс, называемый вскипанием), и обнаружила, что 100–630 мг метана на квадратный метр ежедневно выбрасывается вдоль Восточно-Сибирского арктического шельфа (ESAS) в водную толщу. Они также обнаружили, что во время штормов, когда ветер ускоряет газообмен между воздухом и морем, уровень метана в водной толще резко падает. Наблюдения показывают, что высвобождение метана из вечной мерзлоты морского дна будет происходить медленно, а не резко. Однако арктические циклоны, подпитываемые глобальным потеплением , и дальнейшее накопление парниковых газов в атмосфере могут способствовать более быстрому высвобождению метана из этого источника. В общей сложности их обновленная оценка теперь составила 17 миллионов тонн в год. [85]

Однако эти результаты вскоре были подвергнуты сомнению, поскольку эта скорость ежегодного выброса означала бы, что только ESAS будет составлять от 28% до 75% наблюдаемых выбросов метана в Арктике, что противоречит многим другим исследованиям. В январе 2020 года было обнаружено, что скорость, с которой метан попадает в атмосферу после того, как он был выпущен из шельфовых отложений в толщу воды, была сильно переоценена, и наблюдения за потоками атмосферного метана, полученные во время многочисленных круизов судов в Арктике, вместо этого указывают на то, что из ESAS ежегодно выбрасывается только около 3,02 миллиона тонн метана. [86] Модельное исследование, опубликованное в 2020 году, показало, что в современных условиях годовой выброс метана из ESAS может составлять всего 1000 тонн, при этом 2,6–4,5 миллиона тонн представляют собой пиковый потенциал турбулентных выбросов с шельфа. [80]

Хонг и др. 2017 г. изучали просачивание метана в мелководных арктических морях Баренцева моря недалеко от Шпицбергена . Температура на морском дне колебалась сезонно в течение последнего столетия, от -1,8 °C (28,8 °F) до 4,8 °C (40,6 °F), это повлияло только на выброс метана на глубину около 1,6 метра на границе раздела осадок-вода. Гидраты могут быть стабильными в верхних 60 метрах отложений, а текущие наблюдаемые выбросы происходят из более глубоких слоев под морским дном. Они приходят к выводу, что повышенный поток метана начался сотни или тысячи лет назад, отметив об этом, «... эпизодическая вентиляция глубоких резервуаров, а не вызванная потеплением диссоциация газового гидрата». [87] Подводя итоги своего исследования, Хонг заявил:

Результаты нашего исследования показывают, что огромное просачивание, обнаруженное в этой области, является результатом естественного состояния системы. Понимание того, как метан взаимодействует с другими важными геологическими, химическими и биологическими процессами в системе Земли, имеет важное значение и должно быть в центре внимания нашего научного сообщества. [88]

Выбросы метана, связанные с диссоциацией гидратов на Шпицбергене, по-видимому, намного ниже утечек из других источников метана. [89]

Исследование Клауса Валлмана и др. 2018 года пришло к выводу, что диссоциация гидратов на Шпицбергене 8000 лет назад была вызвана изостатическим отскоком (поднятием континента после дегляциации ). В результате глубина воды стала меньше с меньшим гидростатическим давлением, без дальнейшего потепления. Исследование также показало, что сегодняшние отложения на этом месте становятся нестабильными на глубине ~ 400 метров из-за сезонного потепления придонных вод, и остается неясным, связано ли это с естественной изменчивостью или антропогенным потеплением. [89] Более того, в другой статье, опубликованной в 2017 году, было обнаружено, что только 0,07% метана, выделившегося при диссоциации газового гидрата на Шпицбергене, по-видимому, достигает атмосферы, и обычно только при низкой скорости ветра. [90] В 2020 году последующее исследование подтвердило, что только небольшая часть метана из просачиваний на Шпицбергене достигает атмосферы и что скорость ветра оказывает большее влияние на скорость выброса, чем концентрация растворенного метана на месте. [91]

Наконец, в статье, опубликованной в 2017 году, указано, что выбросы метана по крайней мере из одного поля просачивания на Шпицбергене были более чем компенсированы повышенным поглощением углекислого газа из-за значительно возросшей активности фитопланктона в этой богатой питательными веществами воде. Ежедневное количество углекислого газа, поглощаемого фитопланктоном, было в 1900 раз больше, чем количество выделяемого метана, а отрицательное (т.е. косвенно охлаждающее) радиационное воздействие от поглощения CO2 было в 251 раз больше, чем потепление от выброса метана. [92]
В 2018 году перспективная статья, посвященная переломным моментам в климатической системе , предположила, что вклад гидратов метана в изменение климата будет «незначительным» к концу столетия, но может составить 0,4–0,5 °C (0,72–0,90 °F) в тысячелетних временных масштабах. [93] В 2021 году Шестой оценочный доклад МГЭИК больше не включал гидраты метана в список потенциальных переломных моментов и говорилось, что «очень маловероятно, что выбросы CH4 из клатратов существенно потеплеют климатическую систему в течение следующих нескольких столетий». [94] В докладе также связывались залежи гидратов на суше с кратерами выбросов газа , обнаруженными на полуострове Ямал в Сибири , Россия, начиная с июля 2014 года, [95], но отмечалось, что, поскольку гидраты на суше в основном образуются на глубине ниже 200 метров, существенный ответ в течение следующих нескольких столетий можно исключить. [94] Аналогичным образом, оценка переломных моментов 2022 года описала гидраты метана как «беспороговую обратную связь», а не переломный момент. [96] [97]

Гидраты природного газа для хранения и транспортировки газа

Поскольку клатраты метана стабильны при более высокой температуре, чем сжиженный природный газ (СПГ) (−20 против −162 °C), существует некоторый интерес к преобразованию природного газа в клатраты (отвержденный природный газ или SNG) вместо его сжижения при транспортировке морскими судами . Значительным преимуществом было бы то, что производство гидрата природного газа (NGH) из природного газа на терминале потребовало бы меньшей холодильной установки и меньше энергии, чем для СПГ. Компенсируя это, для 100 тонн транспортируемого метана пришлось бы перевозить 750 тонн гидрата метана; поскольку для этого потребовалось бы судно в 7,5 раза большего водоизмещения или потребовалось бы больше судов, это вряд ли окажется экономически целесообразным. [ необходима цитата ] . В последнее время гидрат метана получил значительный интерес для крупномасштабного стационарного хранения из-за очень мягких условий хранения с включением тетрагидрофурана (ТГФ) в качестве сопутствующего гостя. [98] [99] При включении тетрагидрофурана , хотя и наблюдается небольшое снижение емкости хранения газа, гидраты, как было показано в недавнем исследовании, остаются стабильными в течение нескольких месяцев при температуре −2 °C и атмосферном давлении. [100] Недавнее исследование показало, что SNG может быть образован непосредственно из морской воды вместо чистой воды в сочетании с ТГФ. [101]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Средний состав гидрата клатрата метана составляет 1 моль метана на каждые 5,75 моль воды. Наблюдаемая плотность составляет около 0,9 г/см 3 . [15] Для одного моля метана, который имеет молярную массу около 16,043 г (см. Метан ), мы имеем 5,75 моль воды с молярной массой около 18,015 г (см. Свойства воды ), поэтому вместе для каждого моля метана клатратный комплекс имеет массу 16,043 г + 5,75 × 18,015 г ≈ 119,631 г. Дробный вклад метана в массу тогда равен 16,043 г / 119,631 г ≈ 0,1341. Плотность составляет около 0,9 г/см 3 , поэтому один литр клатрата метана имеет массу около 0,9 кг, а масса содержащегося в нем метана составляет около 0,1341 × 0,9 кг ≈ 0,1207 кг. При плотности газа 0,716 кг/м 3 (при 0 °C; см. информационный блок в разделе «Метан» ) это дает объем 0,1207 / 0,716 м 3 = 0,1686 м 3 = 168,6 л.

Ссылки

  1. ↑ Газовый гидрат: что это такое?, Геологическая служба США, 31 августа 2009 г., архивировано из оригинала 14 июня 2012 г. , извлечено 28 декабря 2014 г.
  2. ^ ab Хассан, Хусейн; Романос, Джимми (2023-08-09). «Влияние морских солей на фазовое поведение и синтез гидратов метана + ТГФ: экспериментальное и теоретическое исследование». Industrial & Engineering Chemistry Research . 62 (31): 12305–12314. doi :10.1021/acs.iecr.3c00351. ISSN  0888-5885.
  3. ^ Санчес, М.; Сантамарина, К.; Теймури, М.; Гай, X. (2018). «Связанное численное моделирование газогидратосодержащих осадков: от лабораторного до полевого анализа» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 123 (12): 10, 326–10, 348. Bibcode :2018JGRB..12310326S. doi :10.1029/2018JB015966. hdl : 10754/630330 . S2CID  134394736.
  4. ^ Теймури, М.; Санчес, М.; Сантамарина, К. (2020). «Псевдокинетическая модель для моделирования фазовых изменений в отложениях, содержащих газовые гидраты». Морская и нефтяная геология . 120 : 104519. Bibcode : 2020MarPG.12004519T. doi : 10.1016/j.marpetgeo.2020.104519 . hdl : 10754/664452 .
  5. ^ Чонг, З.Р.; Янг, Ш.Б.; Бабу, П.; Линга, П.; Ли, Х.-С. (2016). «Обзор гидратов природного газа как энергетического ресурса: перспективы и проблемы». Applied Energy . 162 : 1633–1652. doi :10.1016/j.apenergy.2014.12.061.
  6. ^ Хассанпурьюзбанд, Алиакбар; Джунаки, Эдрис; Вашигани Фарахани, Мехрдад; Такея, Сатоши; Руппель, Кэролин; Янг, Джинхай; Дж. Инглиш, Ниалл; М. Шикс, Джудит; Эдлманн, Катриона; Мехрабиан, Хади; М. Аман, Захари; Тохиди, Бахман (2020). «Газовые гидраты в устойчивой химии». Обзоры химического общества . 49 (15): 5225–5309. doi : 10.1039/C8CS00989A . hdl : 1912/26136 . PMID  32567615. S2CID  219971360.
  7. ^ Роальд Хоффман (2006). «Старый газ, новый газ». American Scientist . 94 (1): 16–18. doi :10.1511/2006.57.16.
  8. ^ Люти, Д; Ле Флох, М; Берейтер, Б; Блюнье, Т; Барнола, Дж. М.; Зигенталер, У; Рейно, Д; Жузель, Дж; и др. (2008). «Рекорд концентрации углекислого газа с высоким разрешением за 650 000–800 000 лет до настоящего времени» (PDF) . Природа . 453 (7193): 379–382. Бибкод : 2008Natur.453..379L. дои : 10.1038/nature06949 . PMID  18480821. S2CID  1382081.
  9. ^ Wallmann; et al. (2018). «Диссоциация газового гидрата у Шпицбергена вызвана изостатическим отскоком, а не глобальным потеплением». Nature Communications . 9 (1): 83. Bibcode :2018NatCo...9...83W. doi :10.1038/s41467-017-02550-9. PMC 5758787 . PMID  29311564. 
  10. ^ Mau, S.; Römer, M.; Torres, ME; Bussmann, I.; Pape, T.; Damm, E.; Geprägs, P.; Wintersteller, P.; Hsu, C.-W.; Loher, M.; Bohrmann, G. (23 февраля 2017 г.). "Широко распространенное просачивание метана вдоль континентальной окраины Шпицбергена - от Медвежьего до Конгсфьорда". Scientific Reports . 7 : 42997. Bibcode :2017NatSR...742997M. doi : 10.1038/srep42997 . PMC 5322355 . PMID  28230189. S2CID  23568012. 
  11. ^ Pohlman, John W.; Greinert, Jens; Ruppel, Carolyn; Silyakova, Anna; Vielstädte, Lisa; Casso, Michael; Mienert, Jürgen; Bünz, Stefan (1 февраля 2020 г.). «Усиленное поглощение CO2 на мелководном поле просачивания в Северном Ледовитом океане подавляет положительный потенциал потепления, обусловленный выбросом метана». Biological Sciences . 114 (21): 5355–5360. doi : 10.1073/pnas.1618926114 . PMC 5448205 . PMID  28484018. 
  12. ^ Fox-Kemper, B.; Hewitt, HT ; Xiao, C.; Aðalgeirsdóttir, G.; Drijfhout, SS; Edwards, TL; Golledge, NR; Hemer, M.; Kopp, RE; Krinner, G.; Mix, A. (2021). Masson-Delmotte, V.; Zhai, P.; Pirani, A.; Connors, SL; Péan, C.; Berger, S.; Caud, N.; Chen, Y.; Goldfarb, L. (ред.). "Глава 5: Глобальные углеродные и другие биогеохимические циклы и обратные связи" (PDF) . Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: 5. doi :10.1017/9781009157896.011.
  13. ^ Шеллнхубер, Ганс Иоахим; Винкельманн, Рикарда; Шеффер, Мартен; Ладе, Стивен Дж.; Фетцер, Инго; Донгес, Джонатан Ф.; Круцификс, Мишель; Корнелл, Сара Э.; Барноски, Энтони Д. (2018). «Траектории земной системы в антропоцене». Труды Национальной академии наук . 115 (33): 8252–8259. Bibcode : 2018PNAS..115.8252S. doi : 10.1073/pnas.1810141115 . ISSN  0027-8424. PMC 6099852. PMID 30082409  . 
  14. ^ abc "Китай заявляет о прорыве в добыче "горючего льда"". BBC. 19 мая 2017 г.
  15. ^ abc Max, Michael D. (2003). Гидрат природного газа в океанических и вечномерзлых средах. Kluwer Academic Publishers. стр. 62. ISBN 978-0-7923-6606-5.
  16. ^ Дек, Стивен Ф.; Боулер, Кристин Э.; Штадтерман, Лора Л.; Кох, Кэролин А.; Слоан, Э. Денди (2006). «Прямое измерение числа гидратации водного метана». J. Am. Chem. Soc. 128 (2): 414–415. doi :10.1021/ja055283f. PMID  16402820. Примечание: число 20 называется магическим числом, равным числу, найденному для количества молекул воды, окружающих ион гидроксония .
  17. ^ Guggenheim, S; Koster van Groos AF (2003). «Новая фаза газогидрата: синтез и стабильность интеркалята гидрата глины и метана». Geology . 31 (7): 653–656. Bibcode : 2003Geo....31..653G. doi : 10.1130/0091-7613(2003)031<0653:NGPSAS>2.0.CO;2.
  18. ^ Ваннесте, М.; Де Батист, М; Гольмшток, А; Кремлев, А; Верстеег, В; и др. (2001). "Многочастотное сейсмическое исследование газогидратоносных осадков в озере Байкал, Сибирь" . Морская геология . 172 (1–2): 1–21. Bibcode :2001MGeol.172....1V. doi :10.1016/S0025-3227(00)00117-1.
  19. ^ abc Kvenvolden, K. (1995). "Обзор геохимии метана в гидрате природного газа" (PDF) . Органическая геохимия . 23 (11–12): 997–1008. Bibcode :1995OrGeo..23..997K. doi :10.1016/0146-6380(96)00002-2. Архивировано из оригинала (PDF) 28 декабря 2014 г. . Получено 28 декабря 2014 г. .
  20. ^ Mishra, CK; Dewangan, P; Mukhopadhyay, R; Banerjee, D (август 2021 г.). "Доступно онлайн 7 мая 2021 г. 1875-5100/© 2021 Elsevier BV Все права защищены. Моделирование скоростей и анализ атрибутов для понимания газовых гидратов и системы свободного газа в бассейне Маннар, Индия". Журнал по науке и технике природного газа . 92 : 104007. doi : 10.1016/j.jngse.2021.104007. S2CID  235544441.
  21. ^ Слоан, Э. Денди (2008). Клатратные гидраты природных газов. Кэролин А. Кох (3-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1-4200-0849-4. OCLC  85830708.
  22. ^ Mishra, CK; Dewangan, P; Sriram, G; Kumar, A; Dakara, G (2020). "Пространственное распределение залежей газовых гидратов в шельфовом бассейне Кришна-Годавари, Бенгальский залив". Marine and Petroleum Geology . 112 : 104037. Bibcode : 2020MarPG.11204037M. doi : 10.1016/j.marpetgeo.2019.104037 .
  23. ^ Квенволден, КА (1993). «Газовые гидраты — геологическая перспектива и глобальные изменения». Обзоры геофизики . 31 (2): 173–187. Bibcode : 1993RvGeo..31..173K. doi : 10.1029/93RG00268.
  24. ^ Раппель, Кэролин, Гидраты метана и будущее природного газа (PDF) , Проект по гидратам газа, Вудс-Хоул, Массачусетс: Геологическая служба США, архивировано из оригинала (PDF) 6 ноября 2015 г. , извлечено 28 декабря 2014 г.
  25. ^ ab Dickens, GR; Paull CK; Wallace P (1997). "Прямое измерение количества метана in situ в крупном газогидратном резервуаре" (PDF) . Nature . 385 (6615): 426–428. Bibcode :1997Natur.385..426D. doi :10.1038/385426a0. hdl : 2027.42/62828 . S2CID  4237868.
  26. ^ Лесли Р. Соттер. «Профиль юго-восточной континентальной окраины США». NOAA Ocean Explorer . Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) . Получено 3 января 2015 г.
  27. ^ Квенволден, 1998 (неполная ссылка)
  28. ^ Снайдер, Глен Т.; Мацумото, Ре; Сузуки, Йохей; Кодука, Марико; Какидзаки, Ёсихиро; Чжан, Найчжун; Томару, Хитоши; Сано, Юджи; Такахата, Наото; Танака, Кентаро; Боуден, Стивен А. (05 февраля 2020 г.). «Свидетельства микродоломитовой минерализации в составе газогидратных микробиомов в Японском море». Научные отчеты . 10 (1): 1876. Бибкод : 2020НацСР..10.1876С. дои : 10.1038/s41598-020-58723-y. ISSN  2045-2322. ПМК 7002378 . ПМИД  32024862. 
  29. ^ Квенволден, 1993 (неполная ссылка)
  30. ^ Диккенс 1995 (неполная ссылка)
  31. ^ Снайдер, Глен Т.; Сано, Юджи; Такахата, Наото; Мацумото, Ре; Какизаки, Ёсихиро; Томару, Хитоши (05 марта 2020 г.). «Магматические флюиды играют роль в развитии активных газовых труб и массивных газовых гидратов в Японском море». Химическая геология . 535 : 119462. Бибкод : 2020ChGeo.53519462S. doi : 10.1016/j.chemgeo.2020.119462 . ISSN  0009-2541.
  32. ^ Мацумото, Р. (1995). «Причины аномалий δ13C карбонатов и новая парадигма «Гипотеза газового гидрата». J. Geol. Soc. Japan . 101 (11): 902–924. doi : 10.5575/geosoc.101.902 .
  33. ^ Мацумото, Р.; Ватанабэ, Й.; Сато, М.; Окада, Х.; Хироки, Й.; Кавасаки, М. (1996). «Распределение и возникновение морских газовых гидратов — предварительные результаты этапа ODP 164: бурение на хребте Блейк». J. Geol. Soc. Japan . 102 (11). ODP Leg 164 Shipboard Scientific Party: 932–944. doi : 10.5575/geosoc.102.932 .
  34. ^ "Клатраты - малоизвестные компоненты глобального углеродного цикла". Ethomas.web.wesleyan.edu. 2000-04-13 . Получено 2013-03-14 .
  35. ^ «Купола замороженного метана могут быть предупреждающими знаками новых выбросов». Phys.org. 2017.
  36. ^ abcdef Милков, АВ (2004). «Глобальные оценки гидратосвязанного газа в морских отложениях: сколько его там на самом деле?». Earth-Science Reviews . 66 (3–4): 183–197. Bibcode : 2004ESRv...66..183M. doi : 10.1016/j.earscirev.2003.11.002.
  37. ^ Трофимук, А.А.; Н.В. Черский; В.П. Царев (1973). "[Накопление природных газов в зонах гидратообразования в гидросфере]". Доклады Академии наук СССР . 212 : 931–934.
  38. ^ USGS World Energy Assessment Team, 2000. Геологическая служба США, мировая оценка нефтяных ресурсов 2000 г. – описание и результаты. USGS Digital Data Series DDS-60.
  39. ^ MacDonald, GJ (1990). «Роль метановых клатратов в прошлом и будущем климате». Изменение климата . 16 (3): 247–281. Bibcode :1990ClCh...16..247M. doi :10.1007/bf00144504. S2CID  153361540.
  40. ^ Баффет, Брюс; Дэвид Арчер (15 ноября 2004 г.). "Глобальный запас клатрата метана: чувствительность к изменениям в глубоком океане" (PDF) . Earth and Planetary Science Letters . 227 (3–4): 185–199. Bibcode :2004E&PSL.227..185B. doi :10.1016/j.epsl.2004.09.005. Предпочтительная ... глобальная оценка 3 18 г ... Оценки глобального запаса клатрата метана могут превышать 10 19 г углерода
  41. ^ Томас, Броди (2008-03-31). "Исследователи извлекают метановый газ из-под вечной мерзлоты". Northern News Services . Архивировано из оригинала 2008-06-08 . Получено 2008-06-16 .
  42. ^ "Геологическая служба Канады, Маллик 2002". Natural Resources Canada . 2007-12-20. Архивировано из оригинала 29 июня 2011 года . Получено 2013-03-21 .
  43. ^ Макс, Майкл Д.; Джонсон, Артур Х. (2016-01-01). "Экономические характеристики глубоководного гидрата природного газа". Разведка и добыча океанического гидрата природного газа . Springer International Publishing. стр. 39–73. doi :10.1007/978-3-319-43385-1_2. ISBN 9783319433844. S2CID  133178393.
  44. ^ Манн, Чарльз С. (апрель 2013 г.). «Что, если у нас никогда не кончится нефть?». The Atlantic Monthly . Получено 23 мая 2013 г.
  45. ^ «Соглашения по укреплению двусторонних связей». Chinadaily.com.cn. 2006-08-25 . Получено 2013-03-14 .
  46. ^ "Norske forskere bak energirevolusjon, VB nett, на норвежском языке" . Вг.но. Май 2007 года . Проверено 14 марта 2013 г.
  47. ^ "Национальная программа исследований и разработок гидратов метана DOE/NETL Methane Hydrates Projects". Netl.doe.gov. 2013-02-19. Архивировано из оригинала 2013-08-17 . Получено 2013-03-14 .
  48. ^ abc "Япония впервые в мире добывает газ из гидрата метана". BBC. 12 марта 2013 г. Получено 13 марта 2013 г.
  49. ^ abcdef Хироко Табучи (12 марта 2013 г.). «Энергетический переворот в Японии: „Огнеопасный лед“». New York Times . Получено 14 марта 2013 г.
  50. ^ "Китай заявляет о прорыве в области "горючего льда"". BBC News . 2017-05-19.
  51. ^ «Китай и Япония нашли способ извлекать «горючий лед» со дна моря, используя легендарное замороженное ископаемое топливо». 19 мая 2017 г.
  52. ^ Межправительственная группа экспертов по изменению климата
  53. ^ Хаусман, Сэнди (2018-05-31). «Огонь и лед: неиспользованное ископаемое топливо, которое может спасти или разрушить наш климат». DW.COM . Получено 2019-09-14 .
  54. ^ Macfarlane, Alec (19 мая 2017 г.). «Китай совершает прорыв с использованием «легковоспламеняющегося льда» в Южно-Китайском море». CNNMoney . Получено 11 июня 2017 г.
  55. ^ Андерсон, Ричард (17 апреля 2014 г.). «Гидрат метана: грязное топливо или спаситель энергии?». BBC News . Получено 11 июня 2017 г.
  56. ^ Дин, Сигне (23 мая 2017 г.). «Китай только что извлек газ из «горючего льда», и это может привести к совершенно новому источнику энергии». ScienceAlert . Получено 11 июня 2017 г.
  57. ^ abcde Ван, Чжиюань; Сунь Баоцзян (2009). «Поведение кольцевого многофазного потока во время глубоководного бурения и эффект фазового перехода гидрата». Petroleum Science . 6 (1): 57–63. Bibcode :2009PetSc...6...57W. doi : 10.1007/s12182-009-0010-3 .
  58. ^ ab Winning, David (2010-05-03). «US Oil Spill Response Team: Plan To Deploy Dome In 6–8 Days». Wall Street Journal . Dow Jones & Company. Архивировано из оригинала 6 мая 2010 года . Получено 21 марта 2013 года .
  59. ↑ Cressey, Daniel (10 мая 2010 г.). «Гигантский купол не может исправить нефтяную катастрофу Deepwater Horizon». Nature.com . Получено 10 мая 2010 г.
  60. ^ Shindell, Drew T.; Faluvegi, Greg; Koch, Dorothy M.; Schmidt, Gavin A.; Unger, Nadine ; Bauer, Susanne E. (2009). «Улучшенная атрибуция воздействия на климат выбросами». Science . 326 (5953): 716–718. Bibcode :2009Sci...326..716S. doi :10.1126/science.1174760. PMID  19900930. S2CID  30881469.
  61. ^ Кеннетт, Джеймс П.; Каннариато, Кевин Г.; Хенди, Ингрид Л.; Бел, Ричард Дж. (2003). Гидраты метана в четвертичном изменении климата: гипотеза клатратной пушки . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз . doi : 10.1029/054SP. ISBN 978-0-87590-296-8.
  62. ^ Арчер, Д.; Баффет, Б. (2005). "Временная реакция глобального океанического клатратного резервуара на климатическое и антропогенное воздействие" (PDF) . Геохимия, геофизика, геосистемы . 6 (3): Q03002. Bibcode :2005GGG.....6.3002A. doi : 10.1029/2004GC000854 .
  63. ^ ab Арчер, Д. (2007). "Стабильность гидрата метана и антропогенное изменение климата" (PDF) . Biogeosciences . 4 (4): 521–544. Bibcode :2007BGeo....4..521A. doi : 10.5194/bg-4-521-2007 .См. также резюме блога, заархивированное 15 апреля 2007 г. на Wayback Machine .
  64. ^ Йонг, ДонДжу; Раппель, Кэролин; Саутон, Джон; Вебер, Томас С.; Кесслер, Джон Д. (17 октября 2022 г.). «Незначительное атмосферное выделение метана при разложении гидратов в океанах средних широт». Nature Geoscience . 15 (11): 885–891. Bibcode : 2022NatGe..15..885J. doi : 10.1038/s41561-022-01044-8. S2CID  252976580.
  65. ^ «Древний океанский метан не является непосредственной угрозой изменению климата». Phys.org . 18 октября 2022 г. Получено 6 июля 2023 г.
  66. ^ Корбин, Зои (7 декабря 2012 г.). «Заблокированный парниковый газ в арктическом море может быть «климатической канарейкой». Nature . doi :10.1038/nature.2012.11988. S2CID  130678063 . Получено 12 апреля 2014 г. .
  67. ^ Шахова, Н.; Семилетов, И.; Пантелеев, Г. (2005). "Распределение метана на шельфах Сибирской Арктики: последствия для морского цикла метана". Geophysical Research Letters . 32 (9): L09601. Bibcode : 2005GeoRL..32.9601S. doi : 10.1029/2005GL022751 .
  68. ^ "Арктическая дегазация метана на восточно-сибирском шельфе, часть 1 - предыстория". SkepticalScience . 2012.
  69. ^ "Взаимодействие климата и гидратов". USGS . 14 января 2013 г.
  70. ^ Шахова, Наталья; Семилетов, Игорь (30 ноября 2010 г.). «Выброс метана с Восточно-Сибирского арктического шельфа и потенциал резкого изменения климата» (PDF) . Получено 12 апреля 2014 г.
  71. ^ ab "Метан, бурлящий на морском дне, создает подводные холмы" (пресс-релиз). Исследовательский институт аквариума залива Монтерей . 5 февраля 2007 г. Архивировано из оригинала 11 октября 2008 г.
  72. ^ Шахова, Н.; Семилетов, И.; Салюк, А.; Космач, Д. (2008). "Аномалии метана в атмосфере над Восточно-Сибирским шельфом: есть ли признаки утечки метана из мелководных шельфовых гидратов?" (PDF) . Geophysical Research Abstracts . 10 : 01526. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-12-22 . Получено 2008-09-25 .
  73. ^ Мрасек, Фолькер (17 апреля 2008 г.). «В Сибири открывается хранилище парниковых газов». Spiegel International Online . Российские ученые подсчитали, что может произойти, когда эта сибирская вечная мерзлота-уплотнитель полностью растает и весь хранящийся газ выйдет наружу. Они считают, что содержание метана в атмосфере планеты увеличится в двенадцать раз.
  74. ^ Прейсс, Пол (17 сентября 2008 г.). «ВОЗДЕЙСТВИЯ: На пороге резких изменений климата». Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли.
  75. ^ CCSP; et al. (2008). Резкое изменение климата. Отчет Программы по изучению изменения климата США и Подкомитета по исследованию глобальных изменений. Кларк. Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США. Архивировано из оригинала 2013-05-04.
  76. ^ Ацуши Обата; Киётака Сибата (20 июня 2012 г.). «Ущерб биосфере суши из-за интенсивного потепления из-за 1000-кратного быстрого увеличения содержания метана в атмосфере: оценка с помощью модели климат-углеродный цикл». J. Climate . 25 (24): 8524–8541. Bibcode :2012JCli...25.8524O. doi : 10.1175/JCLI-D-11-00533.1 .
  77. ^ Сергиенко, VI; и др. (сентябрь 2012 г.). «Деградация подводной мерзлоты и разрушение гидратов на шельфе восточно-арктических морей как потенциальная причина «метановой катастрофы»: некоторые результаты комплексных исследований 2011 г.» (PDF) . Доклады АН . 446 (1): 1132–1137. Bibcode :2012DokES.446.1132S. doi :10.1134/S1028334X12080144. ISSN  1028-334X. S2CID  129638485.
  78. ^ Phrampus, BJ; Hornbach, MJ (24 декабря 2012 г.). «Недавние изменения в Гольфстриме, вызывающие широкомасштабную дестабилизацию газовых гидратов». Nature . 490 (7421): 527–530. doi :10.1038/nature.2012.11652. PMID  23099408. S2CID  131370518.
  79. ^ "Билл Макгуайр: Моделирование предполагает, что таяние ледяного покрова приведет к увеличению вулканической активности". ClimateState.com . 2014.
  80. ^ ab Puglini, Matteo; Brovkin, Victor; Regnier, Pierre; Arndt, Sandra (26 июня 2020 г.). «Оценка потенциала нетурбулентного выброса метана с Восточно-Сибирского арктического шельфа». Biogeosciences . 17 (12): 3247–3275. Bibcode : 2020BGeo...17.3247P. doi : 10.5194/bg-17-3247-2020 . hdl : 21.11116/0000-0003-FC9E-0 . S2CID  198415071.
  81. ^ Шахова, Н.; Семилетов, И.; Салюк, А.; Космач, Д.; Бельчева, Н. (2007). "Выделение метана на арктическом шельфе Восточной Сибири" (PDF) . Geophysical Research Abstracts . 9 : 01071.
  82. ↑ Коннор, Стив (23 сентября 2008 г.). «Эксклюзив: метановая бомба замедленного действия». The Independent . Получено 03.10.2008 .
  83. ^ Коннор, Стив (25 сентября 2008 г.). «Обнаружены сотни метановых «шлейфов». The Independent . Получено 03.10.2008 .
  84. ↑ Перевод записи в блоге Орьяна Густавссона, руководителя исследований экспедиции, 2 сентября 2008 г.
  85. ^ Шахова, Наталья; Семилетов, Игорь; Лейфер, Ира; Сергиенко, Валентин; Салюк, Анатолий; Космач, Денис; Черных, Денис; Стаббс, Крис; Никольский, Дмитрий; Тумской, Владимир; Густафссон, Орджан (24 ноября 2013 г.). "Всплеск и вызванный штормом выброс метана с Восточно-Сибирского арктического шельфа". Nature . 7 (1): 64–70. Bibcode :2014NatGe...7...64S. doi :10.1038/ngeo2007.
  86. ^ Торнтон, Бретт Ф.; Прайтерч, Джон; Андерссон, Кристиан; Брукс, Ян М.; Солсбери, Доминик; Тьернстрём, Майкл; Крилл, Патрик М. (29 января 2020 г.). «Наблюдения за вихревой ковариацией на судах потоков метана ограничивают выбросы в арктических морях». Science Advances . 6 (5): eaay7934. Bibcode :2020SciA....6.7934T. doi :10.1126/sciadv.aay7934. PMC 6989137 . PMID  32064354. 
  87. ^ Хонг, Вэй-Ли; Торрес, Марта Э.; Кэрролл, ДжоЛинн; Кремьер, Антуан; Паньери, Джулиана; Яо, Хаойи; Серов, Павел (2017). «Просачивание из арктического мелководного морского газогидратного резервуара нечувствительно к кратковременному потеплению океана». Nature Communications . 8 (1): 15745. Bibcode :2017NatCo...815745H. doi :10.1038/ncomms15745. ISSN  2041-1723. PMC 5477557 . PMID  28589962. 
  88. ^ CAGE (23 августа 2017 г.). «Исследование находит гипотезу гидратной пушки маловероятной». Phys.org.
  89. ^ ab Wallmann; et al. (2018). «Диссоциация газового гидрата у Шпицбергена вызвана изостатическим отскоком, а не глобальным потеплением». Nature Communications . 9 (1): 83. Bibcode :2018NatCo...9...83W. doi :10.1038/s41467-017-02550-9. PMC 5758787 . PMID  29311564. 
  90. ^ Mau, S.; Römer, M.; Torres, ME; Bussmann, I.; Pape, T.; Damm, E.; Geprägs, P.; Wintersteller, P.; Hsu, C.-W.; Loher, M.; Bohrmann, G. (23 февраля 2017 г.). "Широко распространенное просачивание метана вдоль континентальной окраины Шпицбергена - от Медвежьего до Конгсфьорда". Scientific Reports . 7 : 42997. Bibcode :2017NatSR...742997M. doi : 10.1038/srep42997 . PMC 5322355 . PMID  28230189. S2CID  23568012. 
  91. ^ Силякова, Анна; Янссон, Пэр; Серов, Павел; Ферре, Бенедикт; Павлов, Алексей К.; Хаттерманн, Торе; Грейвс, Каролин А.; Платт, Стивен М.; Лунд Мюре, Катрин; Грюндгер, Фридерике; Ниманн, Хельге (1 февраля 2020 г.). "Физические элементы управления динамикой выделения метана из мелководной области просачивания к западу от Шпицбергена". Continental Shelf Research . 194 : 104030. Bibcode : 2020CSR...19404030S. doi : 10.1016/j.csr.2019.104030. hdl : 10037/16975 . S2CID  214097236.
  92. ^ Pohlman, John W.; Greinert, Jens; Ruppel, Carolyn; Silyakova, Anna; Vielstädte, Lisa; Casso, Michael; Mienert, Jürgen; Bünz, Stefan (1 февраля 2020 г.). «Усиленное поглощение CO2 на мелководном поле просачивания в Северном Ледовитом океане подавляет положительный потенциал потепления, обусловленный выбросом метана». Biological Sciences . 114 (21): 5355–5360. doi : 10.1073/pnas.1618926114 . PMC 5448205 . PMID  28484018. 
  93. ^ Шеллнхубер, Ганс Иоахим; Винкельманн, Рикарда; Шеффер, Мартен; Ладе, Стивен Дж.; Фетцер, Инго; Донгес, Джонатан Ф.; Круцификс, Мишель; Корнелл, Сара Э.; Барноски, Энтони Д. (2018). «Траектории земной системы в антропоцене». Труды Национальной академии наук . 115 (33): 8252–8259. Bibcode : 2018PNAS..115.8252S. doi : 10.1073/pnas.1810141115 . ISSN  0027-8424. PMC 6099852. PMID 30082409  . 
  94. ^ ab Fox-Kemper, B.; Hewitt, HT ; Xiao, C.; Aðalgeirsdóttir, G.; Drijfhout, SS; Edwards, TL; Golledge, NR; Hemer, M.; Kopp, RE; Krinner, G.; Mix, A. (2021). Masson-Delmotte, V.; Zhai, P.; Pirani, A.; Connors, SL; Péan, C.; Berger, S.; Caud, N.; Chen, Y.; Goldfarb, L. (ред.). "Глава 5: Глобальные углеродные и другие биогеохимические циклы и обратные связи" (PDF) . Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: 5. doi :10.1017/9781009157896.011.
  95. ^ Москвич, Катя (2014). "Таинственный сибирский кратер, приписываемый метану". Nature . doi : 10.1038/nature.2014.15649 . S2CID  131534214. Архивировано из оригинала 2014-11-19 . Получено 2014-08-04 .
  96. ^ Армстронг Маккей, Дэвид; Абрамс, Джесси; Винкельманн, Рикарда; Сакшевски, Борис; Лориани, Сина; Фетцер, Инго; Корнелл, Сара; Рокстрём, Йохан; Стааль, Ари; Лентон, Тимоти (9 сентября 2022 г.). «Глобальное потепление, превышающее 1,5 °C, может спровоцировать несколько переломных моментов в климате». Science . 377 (6611): eabn7950. doi :10.1126/science.abn7950. hdl : 10871/131584 . ISSN  0036-8075. PMID  36074831. S2CID  252161375.
  97. ^ Армстронг Маккей, Дэвид (9 сентября 2022 г.). «Глобальное потепление, превышающее 1,5°C, может спровоцировать несколько переломных моментов в климате – объяснение статьи». climatetippingpoints.info . Получено 2 октября 2022 г.
  98. ^ Велусвами, Хари Пракаш; Вонг, Элисон Цзя Хуэй; Бабу, Поннивалаван; Кумар, Раджниш; Кулпратипанджа, Санти; Рангсунвигит, Прамох; Линга, Правин (2016). «Быстрое образование гидрата метана для разработки экономически эффективной крупномасштабной системы хранения энергии». Химико-технический журнал . 290 : 161–173. doi :10.1016/j.cej.2016.01.026.
  99. ^ Велусвами, Хари Пракаш; Кумар, Ашиш; Со, Ютек; Ли, Джу Донг; Линга, Правин (2018). «Обзор технологии отвержденного природного газа (SNG) для хранения газа с помощью клатратных гидратов». Applied Energy . 216 : 262–285. doi :10.1016/j.apenergy.2018.02.059.
  100. ^ Кумар, Ашиш; Велусвами, Хари Пракаш; Линга, Правин; Кумар, Раджниш (2019). «Исследования на молекулярном уровне и анализ стабильности смешанных гидратов метана и тетрагидрофурана: последствия для хранения энергии». Fuel . 236 : 1505–1511. doi :10.1016/j.fuel.2018.09.126. S2CID  104937420.
  101. ^ Кумар, Ашиш; Велусвами, Хари Пракаш; Кумар, Раджниш; Линга, Правин (2019). «Прямое использование морской воды для быстрого хранения метана с помощью клатратных (SII) гидратов». Applied Energy . 235 : 21–30. doi :10.1016/j.apenergy.2018.10.085. S2CID  106395586.

Внешние ссылки

Исследовать

Видео