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漫话可燃冰


□ 于彦,王淑华

  于彦 王淑华

  人们常说“水火不相容”、“冰火两重天”,可是,如果有人告诉你,他能将一块冰点燃,你会相信吗?如果他真的做到了,你会不会以为他是个技艺高超的魔术师?其实,由于可燃冰的发现,人人都能成为这样的魔术师。在能源问题日益触动人们敏感神经的今天;可燃冰的科学发现和研究进展给人类带来了新的美好遐想。

  奇特的“笼形包合物”

  可燃冰也称为天然气水合物或甲烷气水包合物、甲烷水合物、甲烷冰等。可燃冰是一种白色固态结晶物,外形酷似冰,因而被冠以“冰”之名,又因为它可以像固体酒精一样被直接点燃,故而得名“可燃冰”。其实,可燃冰的微观结构完全不同于冰,其分子结构式为CH4.8H2O。它的晶体结构极为奇特,仿佛一只只由若干个水分子搭建而成的精巧的“笼子”,烃类气体分子(通常为甲烷)就“住”在这些“笼子”里。因此,可燃冰也被形象地称为“笼形包合物”。结构迥然不同的液体与气体分子以这种巧妙的形式彼此镶嵌、包容,相互依存,最终竞能以固体的形式存在,令人不禁惊叹大自然的鬼斧神工。

  其实,早在200多年前人类社会还没有大规模开发利用石油资源的时候,人们就开始了对可燃冰这种奇特“冰块”的探索之旅。1810年,英国科学家汉弗莱·戴维在实验室里意外地发现,氯气通入水中后,在ooC以上竟然形成了固体状的“冰块”。依据人们当时所掌握的知识,水和气是不相容的,但是汉弗莱·戴维的实验确凿无误地表明:在一定条件下,水和气能够结合在一起,并形成独立而稳定的冰状晶体。

  汉弗莱·戴维的实验拉开了人类科学认识包括可燃冰在内的气水合物的帷幕。此后,不断有人将各种气体通入水中进行试验,陆续制成了甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、氮、二氧化碳、硫化氢以及氩、氪和氙等气体各自的气水合物。人们已经认识到,只要条件合适,几乎所有气体都可以和水生成类似的“冰块”。遗憾的是,当时这些研究仅仅局限在实验室内,并没有在更大范围内引起足够的重视。

  然而,可燃冰似乎并不像它们的外表那样冷静、沉稳,为了早日登上时代的舞台,它们不惜以一个“麻烦制造者”的形象迫不及待地闯入了人们的生活。1934年,人们在天然气高压管道输送工程中发现,一些奇怪的“冰块”堵塞了输气管道,这些“冰块”不但来路不明而且相当顽固,似乎很难彻底清除。这就是可燃冰,人们由此认识到了可燃冰的重要。不过,当时的研究人员考虑的是如何预测和消除可燃冰,他们孜孜以求的目标是管道里的可燃冰越少越好,最好是没有。

  直到1971年,美国学者在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物时,才正式提出“天然气水合物”(即可燃冰)的概念。此后,随着陆地和深海钻探工作的陆续开展,人们不断获得可燃冰样品,对可燃冰的认识也日益清晰和完整。

  低温高压的形成与保存条件

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摘自:大自然
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