什么是包合物(Clathrate)？

包合物是一种水合物或水化合物，其中另一种物质的分子被困在由水分子组成的笼状结构中。被困分子通常是常压和常温下的气体。包合物是冰状固体，通常在高压和低温下形成。是最好的已知和研究最多的是一种天然存在于世界许多地区海底大型沉积物中的甲烷水合物。这可能是一种潜在的能源，但也有人担心，可能是全球变暖导致了大量笼状甲烷的突然释放，可能是灾难性的。大多数包合物的基本单元是由20个水分子组成的十二面体。大多数包合物的基本单元是由20个水分子组成的十二面体，这些水分子排列成12个五边形面，它有一个中空的中心，可以被"客体分子"占据。这种结构基本上是由水分子之间的氢键连接在一起的，但被客体分子所稳定。由于十二面体不能填充在一起以填充所有可用的空间，所以也会出现其他多面体形状，从而形成晶格由于笼形的变化，以及并非所有的笼都被占据，笼状物不能给出精确的化学式。笼状物的客体分子可以是碳氢化合物气体，如甲烷或乙烷、氧，氮和二氧化碳。甲烷水合物是最受关注的包合物。这种化合物大量存在于所有大陆边缘的不同位置以及西伯利亚和阿拉斯加的永久冻土区。据估计，这些矿床构成了地球上的碳氢化合物，远远超过已知的煤炭、石油和天然气储量它们被认为是由微生物活动产生的甲烷在海底表面以下的沉积物或温度足够低的陆地上的厌氧条件下产生的。即使在热带地区，海底温度也很低，足以形成包合物，在那里压力允许它们在几度下凝固温度高于冰点。鉴于这些矿床中储存了大量的甲烷，它们被认为是天然气的潜在来源。然而，在开采过程中可能会遇到严重的技术困难，使其变得不经济。苏联曾多次尝试开采天然气，但均未成功人们还担心，释放被困气体的方法可能会破坏沉积物的稳定性，从而可能导致沉降和滑坡。尽管包层沉积物可能代表着巨大的未开发能源，它们也可能造成严重危害。它们在它们发生的温度和压力条件之外并不稳定，人们担心全球变暖可能使它们不稳定。这造成了双重威胁：第一，与大陆边缘沉积物混合的笼状冰融化可能导致大规模滑坡和随后的海啸。从相对最近的地质历史来看，这可能发生在挪威沿海。其次，甲烷是一种强大的"温室效应"气体，它在大气中的蓄热程度甚至超过二氧化碳。这种气体的大量突然释放可能会加速全球变暖，进而导致进一步的不稳定。同样，有地质证据表明，这种情况可能在过去的自然环境中发生过从2011年开始，人们特别关注永久冻土中的甲烷水合物。