环境
2013年3月12日，日本宣布在世界上首次成功地从海底之下的新资源"天然气水合物"中提取出甲烷。为了证明这一点，在开采作业进行的6天里，甲烷气体火焰一直在日本爱知县的渥美半岛近海约80公里处的船上熊熊燃烧着。
甲烷（CH4）是由1个碳原子（C）和4个氢原子（H）结合而成的分子，是"天然气"的主要成分。在日本，天然气被作为燃料广泛用于火力发电厂等。特别是东日本大地震（2011年3月11日）之后，由于核电站停止运营，导致供电不足，不得不通过火力发电来补足，从而使得天然气的进口量不断增加。从海底之下的天然气水合物中成功提取出甲烷，意味着开发天然气的道路前景广阔。
甲烷分子被锁在"笼"中
天然气水合物到底是怎样一种物质呢？水合物（hydrate）是指"含有水的化合物"。因此，天然气水合物就是天然气（主要是甲烷）和水组成的化合物。
乍一看，天然气水合物就像常见的冰块一样，是透明的（有气泡的部分是白色的）块状物。但由于其内部含有甲烷，与火接近时就会释放出甲烷并燃烧。因此，天然气水合物也被称为"可燃冰"。
甲烷分子被装在由水分子组成的"笼子"中，这就是天然气水合物的微观结构。水分子组成的"笼子"有两种形式：一种是正五边形围成的十二面体，另一种是由12个正五边形、2个正六边形围成的十四面体，每个水分子围成的多面体，内部都可储存1个甲烷分子。天然气水合物就是由这两种多面体组合而成，并形成晶体。
这种晶体是一种高效储存甲烷的贮藏库。1立方米的天然气水合物晶体中可提取出的甲烷气体，其体积在常温、常压下，可高达160～170立方米。
温度和压力是非常重要的条件
在甲烷分子和水分子结合成天然气水合物的过程中，"温度"和"压力"必须被限定在特殊的范围内。其中必需的条件，就是"低温"或"高压"，或两者兼有。
比如在海平面附近的环境中，当温度是15℃、压力为1个大气压时，即使甲烷分子和水分子同时存在于同一个地方，也无法形成天然气水合物的结构。然而，当温度仍然保持在15℃、但压力增加到150个大气压后，就可形成稳定的天然气水合物的结构。在海洋中，压力最高的地方就是深海。这就是说，水深越深，那里的环境就更有可能符合天然气水合物存在的条件。
当海水中的盐度为3%、温度为15℃时，要想获得稳定的天然气水合物的结构，就需要约150个大气压。实际上，随着海水的水深变深，海水的温度也会逐渐降低。水温降低时，天然气水合物的结构稳定存在所必需的压力值也会降低。事实上，以日本周边的海区为例，水深约500米（压力约50个大气压）的地方水温在5℃左右。而当水温为5℃时，天然气水合物存在的临界条件为约50个大气压。这就意味着，天然气水合物存在的大致条件，就是深于500米的水下。
只不过，一般情况下，即使满足了温度和压力的条件，也会因为海水中的甲烷不饱和而无法形成天然气水合物。因此，能够形成天然气水合物的场所，就只能是深于500米水深的海底下面。
海底下面的地层有一个很重要的特点，就是越往深处，温度越高，这是由于受到了地热的影响。受这种温度上升的影响，海底之下的天然气水合物能够存在的深度（即天然气水合物能够存在的地层的厚度）是有界限的。这个深度（厚度）的界限数值随着海区具体位置的不同而有着很大差异，它由海底面所处的水深（影响压力）以及地热所导致的温度上升的速度等因素共同决定。在本次甲烷的提取实验获得成功的渥美半岛到志摩半岛一带的海域，海底面的水深约为1000米，天然气水合物得以存在的地层的厚度为海底下300多米。
此外,在温度较低的高纬度地区,陆地的地层下面也存在着天然气水合物，但世界上的大部分天然气水合物还是存在于海底之下。
（更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2013年第11期）
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