“紧紧抱团”的水分子，形成了能供人类使用千年的能源

我们生活在一个多水的世界里，无论在哪里都可以见到水，一个马铃薯含有 80% 的水，一头牛含有 74% 的水，西红柿、葡萄、橘子的 90% 全是水。

水有很多古怪的脾气，大多数液体遇冷都要压缩，水在零度结冰时却要膨胀，增大原来体积的 10%，这就是为什么冰会浮在水面上。

人们可能不会注意到，水的这个“怪脾气”正是保障地球生命形成、延续的重要条件。因为如果不是这样，冰块将下沉，湖泊和海洋从底部结冰，上面失去了冰层的覆盖，水的热量不断地散失，形成更多的冰块，过不了多久，整个海洋都会结成冰，这样的条件不可能孕育生命，即便有地球生命的繁衍，也不会是现在的这个样子，地球生命史将完全改写，自然不可能有我们的今天。

水分子还有一个奇怪的特性，它由一个较大的氧原子和两个小氢原子组成，其中的 “氧大哥”不仅抓住两个“氢弟弟”，还喜欢去抓其他水分子中的“氢弟弟”，甚至像跳舞那样，不断地交换着舞伴，交换之频繁，甚至达到每秒钟几十亿次。

表面上一杯平静的水，里面的世界却是热闹非凡，正因为水分子之间有一种亲和的交换力，它们彼此黏合在一起，形成小至水滴、水片和细流，大至水坑、湖泊和海洋，而不会离散开去。水分子彼此的黏合还有一个令人意想不到的结果，这就是“水合物”的出现。

由几个水分子结合，可以形成一种奇特的水合物。水分子如变魔术般地，先彼此黏合形成一个骨架，搭起一个笼子，再把其他物质，如烃类分子甲烷俘获进这个笼子里，如下图所示。

虽然这两种分子间没有形成真正的化学键合，不能把它称为化合物，但这种物质却非常稳定，这种物质就叫可燃冰。可燃冰的外貌像冰，它是由众多水合物挤压在一起所形成的。由于它的生成条件不在常态之下，人们很难在日常生活中见到它。

19 世纪初，英国两位化学家在研究氯气时偶然发现，当氯分子被冰所包围时，能形成一种很特殊的物质，他们给这种物质起名为氯水合物，从此，氯水合物被人们发现。到了 20 世纪 30 年代，人们在天然气输气管道中发现了一种奇异的冰状物，一开始，这种冰状物让天然气公司很头疼，在为天然气脱水时，他们不得不特意增加一些技术设施，去除这些冰状物，以免阻塞输气管道。

然而正是这种叫天然气公司讨厌的冰状物却可以在海底长存，直到 20 世纪 60 年代人们才认识到，这种物质就是一种水合物，它是天然气与水在高压低温下形成的。它的外表像冰，又像固体酒精，点火就可燃烧，就把它称为“可燃冰”。

可燃冰形成于高压和低温状态下，它的结构稳定，一般藏在 300~3000 米海底的沉积物之中，或存在于高纬度冻土地带的深处。一旦石油和天然气资源枯竭时，可燃冰可以作为能源的替代物，它是海底资源的一种。

2012 年 2 月 15 日，日本首先在爱知县沃美半岛的近海海底试采可燃冰，成为世界上首个开采可燃冰的国家，从此拉开了人类开发可燃冰能源的序幕。

全球的天然气和石油资源将在未来的 40~50 年走向枯竭，据科学家估计，海底可燃冰的分布面积约 4000 万平方千米，占海洋总面积的 10%，海底可燃冰的储量足可以供人类再使用 1000 年，它被誉为“人类未来的能源”。

可燃冰使用方便，燃烧值高，洁净而无污染，全球储量是现有天然气、石油储量总和的两倍，具有很广阔的开采价值。据调查，我国仅南海可燃冰的储量就相当于现有中国陆上石油和天然气资源总量的二分之一。可以说，可燃冰是大自然对人类的恩赐，正是水帮助人类把可燃物质以水合物的方式稳定地储藏了起来。

然而，这一天然的恩赐并不是那么容易到手的。首先它必须在特殊的高压或低温下保存，如果草率地开发，或者出现一些其他意料不到的干扰，不但有可能使可燃冰失去正常的储存条件，还可能引发大规模的天然气释放，甚至发生爆燃，造成海床的崩裂，触发滑坡，或引起海上钻井平台倾覆。

此外，与二氧化碳相比，可燃冰所释放的可燃气体对温室效应的影响更加凶猛，大规模的可燃冰气释放会对全球气候产生重大的影响。因此，如何正确开发可燃冰成为一门慎重而特殊的技术。

本文来自微信公众号：原点阅读 （ID：tupydread），作者：魏凤文、武轶，编辑：张润昕

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