冰与火的完美结合

王晨阳

化石能源的现状

作为人类生存和发展的重要物质基础，煤炭、石油、天然气等能源支撑了19世纪以来人类文明的进步和经济社会发展。目前，人类对化石能源还情有独钟。然而，化石能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使其正在逐渐走向枯竭。

据估计，全世界最终可采石油储量为3万亿桶，世界石油产量的顶峰将在2030年出现。由于剩余储量开采难度增大，石油产量会快速下降。世界煤炭总可采储量大约为8475亿吨，从长期来看，尽管世界煤炭可采储量相对稳定，但还是出现了下降的趋势。按当前的消费水平，最多也只能维持200年左右的时间。世界天然气储量大约为177万亿立方米，如果年开采量维持在2.3万亿立方米，则天然气将在80年内枯竭。

自2007年起，中国已成为世界第二大能源生产国和消费国。2018年，中国全年原油进口量达到创纪录的4.619亿吨，连续两年成为全球最大原油进口国。能源资源的匮乏和日益增长的消费已经严重影响到中国经济社会的可持续发展。

化石能源的利用，也是造成环境变化与污染的关键因素。煤炭和石油的使用产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮化物、悬浮颗粒物及多种芳香烃化合物，已对一些国家的城市造成十分严重的污染，同时这也是中国大气污染的主要来源。大气污染不仅导致生态的破坏，而且危害人体健康。欧盟由于大气污染造成的材料损坏、农作物和森林以及人体健康损失费用每年超过100 亿美元;中国仅大气污染造成的损失每年高达120億元人民币。由于化石能源在使用过程中会新增大量温室气体（CO2），同时可能产生一些有污染的烟气，威胁全球生态，因此开发更清洁的能源是今后发展的方向。可燃冰就是其中一种。

石油、煤炭等化石能源正在走向枯竭

冰与火的完美结合

这是一种特殊的冰，虽然温度很低，但是一遇到火种便会熊熊燃烧，形成“冰火交融”的自然奇观。真可谓是冰与火的完美结合。这种冰有自己独特的形成条件和储藏位置，或埋藏于陆上永久冻土层中，或深潜于深达千米的海底。它是什么？它就是天然气水合物，俗称“可燃冰”。它的分子结构是以甲烷为主的有机分子被包在水分子组成的“笼子”里，这是因为当甲烷分子在海底低温高压环境下，遇到水分子就会形成一种笼状化合物。

研究发现，1立方米的可燃冰可以分解为164立方米的甲烷，它燃烧后只会产生二氧化碳和水，不会留下固态残渣，也不会产生有害气体，是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源，分布广泛而且储量巨大。

2017年5月18日，中国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功，这个事件具有里程碑的意义。未来如果能够大规模开采这种储量丰富、高能量密度的能源，将有助于缓解能源危机。

确认可燃冰的存在

化石能源的利用是造成环境变化与污染的关键因素

1934年，美国人哈默·施密特（Hammer Schmidt）在被堵塞的输气管道中发现了可以燃烧的冰块，这是人类首次发现“甲烷气水合物”。自然界中真有像冰一样的“天然气水合物”吗？1946年，苏联学者斯特里诺夫认为：只要有合适的温度和压力，自然界必定会有天然气水合物的形成！不仅能够形成，而且还能够聚集成为“天然气水合物矿藏”！比如，处于极冷的地区或压力足够高的地下，就可能形成“天然气水合物矿藏”！

清洁能源是未来能源的发展方向

1968年，苏联地质学家在一年四季都冷风刺骨的西伯利亚麦索雅哈发现了“天然气水合物矿藏”;1972年，美国人首次在阿拉斯加冰胶结的永冻层中采到天然气水合物的样品。西伯利亚和阿拉斯加常年冻土，风雪严寒，自然具有形成“天然气水合物”的极冷条件。

1968年，美国“地球深部取样海洋研究机构联合体（JOIDES）”实施深海钻探计划（DSDP），其目的是在世界大洋打大量不太深的钻井，采集沉积岩心，取得洋底地壳上层的资料。执行任务的挑战者号钻探船上的地球物理学家为此进行了大量的地震勘探，却发现地震波反射剖面上出现了奇怪的现象：原本是一层层有序的、向深部速度呈递增的波列，现在却出现了与海底平行的波列、浅部高速度叠置在深部低速度层上的波列，出现了海底某一段没有反射的“空白”波列—这些被地球物理学家称为“似海底反射层”的怪现象，引起了海洋地质学家的怀疑：浅部的高速度层，会不会是被海底低温的冰冻结的地层？会不会是成层状的可燃冰？

看.可燃冰在燃烧

1979年，美国挑战者号执行深海钻探计划第66、67航次，开赴中美洲海槽，找到了存在“似海底反射层”这一怪现象的海域，打钻的结果是看到了科学家们期待已久的可燃冰的倩影！这使科学家们确信，只要有“似海底反射层”这一怪现象存在的海域，就可能存在着可燃冰。1981—1986年间，DSDP第84、96、112航次在秘鲁海槽、南墨西哥滨海带、危地马拉滨海带等地发现了可燃冰的存在;1990—1993年间，又在太平洋西岸、美国西海岸、日本滨海、日本南海海沟等地发现了可燃冰的存在。

试采成功 意义重大

试开采出的可燃冰正在熊熊燃烧

中国从1999年开始可燃冰的勘察。经过近20年的不懈努力，2017年首次海域可燃冰试采成功，突破了深海浅软地层可燃冰开发的难题，并连续试开采60天，累计产气超过30万立方米，取得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果，创造了产气时长和总量的世界纪录。中共中央、国务院对海域天然气水合物试采成功发来贺电，贺电称：“天然气水合物是资源量丰富的高效清洁能源，是未来全球能源发展的战略制高点。经过近20年不懈努力，我国取得了天然气水合物勘察开发理论、技术、工程、装备的自主创新，实现了历史性突破。这是我国在掌握深海进入、深海探测、深海开发等关键技术方面取得的重大成果，是中国人民勇攀世界科技高峰的又一标志性成就，对推动能源生产和消费革命具有重要而深远的影响。”

美国挑战者号

可燃冰分布区

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可燃冰分布区

目前世界上已发现的海底天然气水合物主要分布区有大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、日本海、四国海槽、日本南海海槽、冲绳海槽、南海、苏拉威西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美海槽、加州滨外、秘鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。全球的可燃冰98%分布在海洋的沉积物当中，2%分布在永久冻土带。

据统计，全世界海底天然气水合物中储存的甲烷总量约为1.8×108亿立方米，约合11万亿吨，是当前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的2倍，其储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源，是人类未来动力的希望。

（责任编辑/岳萌  美术编辑/胡美岩）

中國可燃冰试采平台蓝鲸1号