我們生活在一個多水的世界裡，無論在哪裡都可以見到水，一個馬鈴薯含有80%的水，一頭牛含有74%的水，西紅柿、葡萄、橘子的90%全是水。

水有很多古怪的脾氣，大多數液體遇冷都要壓縮，水在零度結冰時卻要膨脹，增大原來體積的10%，這就是為什麼冰會浮在水面上。

人們可能不會注意到，水的這個“怪脾氣”正是保障地球生命形成、延續的重要條件。因為如果不是這樣，冰塊将下沉，湖泊和海洋從底部結冰，上面失去了冰層的覆蓋，水的熱量不斷地散失，形成更多的冰塊，過不了多久，整個海洋都會結成冰，這樣的條件不可能孕育生命，即便有地球生命的繁衍，也不會是現在的這個樣子，地球生命史将完全改寫，自然不可能有我們的今天。

圖源：pexls

水分子還有一個奇怪的特性，它由一個較大的氧原子和兩個小氫原子組成，其中的 “氧大哥”不僅抓住兩個“氫弟弟”，還喜歡去抓其他水分子中的“氫弟弟”，甚至像跳舞那樣，不斷地交換着舞伴，交換之頻繁，甚至達到每秒鐘幾十億次。

表面上一杯平靜的水，裡面的世界卻是熱鬧非凡，正因為水分子之間有一種親和的交換力，它們彼此黏合在一起，形成小至水滴、水片和細流，大至水坑、湖泊和海洋，而不會離散開去。水分子彼此的黏合還有一個令人意想不到的結果，這就是“水合物”的出現。

由幾個水分子結合，可以形成一種奇特的水合物。水分子如變魔術般地，先彼此黏合形成一個骨架，搭起一個籠子，再把其他物質，如烴類分子甲烷俘獲進這個籠子裡，如下圖所示。

雖然這兩種分子間沒有形成真正的化學鍵合，不能把它稱為化合物，但這種物質卻非常穩定，這種物質就叫可燃冰。可燃冰的外貌像冰，它是由衆多水合物擠壓在一起所形成的。由于它的生成條件不在常态之下，人們很難在日常生活中見到它。

可燃冰

19世紀初，英國兩位化學家在研究氯氣時偶然發現，當氯分子被冰所包圍時，能形成一種很特殊的物質，他們給這種物質起名為氯水合物，從此，氯水合物被人們發現。到了20世紀30年代，人們在天然氣輸氣管道中發現了一種奇異的冰狀物，一開始，這種冰狀物讓天然氣公司很頭疼，在為天然氣脫水時，他們不得不特意增加一些技術設施，去除這些冰狀物，以免阻塞輸氣管道。

然而正是這種叫天然氣公司讨厭的冰狀物卻可以在海底長存，直到20世紀60年代人們才認識到，這種物質就是一種水合物，它是天然氣與水在高壓低溫下形成的。它的外表像冰，又像固體酒精，點火就可燃燒，就把它稱為“可燃冰”。

可燃冰

可燃冰形成于高壓和低溫狀态下，它的結構穩定，一般藏在300~3000米海底的沉積物之中，或存在于高緯度凍土地帶的深處。一旦石油和天然氣資源枯竭時，可燃冰可以作為能源的替代物，它是海底資源的一種。

2012年2月15日，日本首先在愛知縣沃美半島的近海海底試采可燃冰，成為世界上首個開采可燃冰的國家，從此拉開了人類開發可燃冰能源的序幕。

全球的天然氣和石油資源将在未來的40~50年走向枯竭，據科學家估計，海底可燃冰的分布面積約4000萬平方千米，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲量足可以供人類再使用1000年，它被譽為“人類未來的能源”。

圖中的白點标示着可燃冰在全球的儲藏分布

可燃冰使用方便，燃燒值高，潔淨而無污染，全球儲量是現有天然氣、石油儲量總和的兩倍，具有很廣闊的開采價值。據調查，我國僅南海可燃冰的儲量就相當于現有中國陸上石油和天然氣資源總量的二分之一。可以說，可燃冰是大自然對人類的恩賜，正是水幫助人類把可燃物質以水合物的方式穩定地儲藏了起來。

然而，這一天然的恩賜并不是那麼容易到手的。首先它必須在特殊的高壓或低溫下保存，如果草率地開發，或者出現一些其他意料不到的幹擾，不但有可能使可燃冰失去正常的儲存條件，還可能引發大規模的天然氣釋放，甚至發生爆燃，造成海床的崩裂，觸發滑坡，或引起海上鑽井平台傾覆。

此外，與二氧化碳相比，可燃冰所釋放的可燃氣體對溫室效應的影響更加兇猛，大規模的可燃冰氣釋放會對全球氣候産生重大的影響。因此，如何正确開發可燃冰成為一門慎重而特殊的技術。

來源：《科學史上的365天》

作者：魏鳳文 武轶

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