我国天然气水合物试开采圆满成功，为什么将“环境安全”视作突破性成果？
天然气水合物是气体分子与水在低温、高压条件下形成的类冰状的非化学计量的笼型结晶水合物，冰状固体，俗称“可燃冰”主要赋存于具有低温、高压环境的世界海洋大陆边缘和高纬度冻土带。目前，自然界中已发现的天然气水合物，其气体组成多以甲烷为主，故也称为甲烷水合物，其外貌类似冰雪，点火可燃烧。
天然气水合物与地球环境密切相关。一方面，天然气水合物是一种洁净能源，其主要气体组成是甲烷，合理地开发和利用水合物的天然气资源，将会极大地减轻当前传统能源消费所带来的环境污染等负面影响。
另一方面，作为一种温室效应比较严重的气体，不合理的开采可能使甲烷逃逸到大气中，将对全球气候变化以及海洋生态环境产生灾难性的影响。此外，由于开采不当引起的水合物大规模地分解可能引发海底天然气的快速释放和沉积层液化，导致海底滑坡、重力流和海啸等地质灾害，对海洋工程造成毁灭性的破坏。因此，天然气水合物资源是一柄，“双刃剑”它在为人类带来丰富的可利用资源的同时，也存在着潜在的不可逆转的环境破坏（Kvenvolden, 1993, 1995），这是水合物开采利用过程中必须考虑的关键问题。
温室效应
天然气水合物是地壳浅部一个不稳定的碳库，是全球碳循环链中一个重要的组成部分。天然气水合物的存在在较大层面上牵制了大气中温室气体含量的激增，在岩石圈、水圈和大气圈的碳循环中起到了重要作用（MacDonald, 1990；Paull and Dillon, 2001; Kvenvolden and Lorenson, 2013）。
但是自然界中，天然气水合物稳定性与其所赋存的地层条件密切相关，温度和压力的微小变化就可能引起水合物分解，释放出的甲烷气体将从过饱和的海水中逸出并进入大气。甲烷是一种活动性强的温室气体，其温室效应比等质量的二氧化碳大20倍，所以，一旦大量的甲烷气体从水合物中释放出来，可能导致全球变暖和冰川、冰盖的融化。
但是，有关区域尺度定量模拟天然气水合物分解可能进入大气的甲烷通量的研究还很少，大气中有多少甲烷是来自分解的水合物并不确定。全球天然气水合物中蕴含的甲烷资源量大约是大气圈中甲烷量的3000倍，当天然气水合物分解产生的甲烷进入大气圈中数量达到大气甲烷总量的0.5%时，会明显加速全球变暖的进程（Katz et al.,1999）。
海底滑坡
海底沉积物中，天然气水合物形成时能够在孔隙中产生一种胶结作用，当天然气水合物以固体状态存在时，能将沉积物颗粒胶结在一起，使原来较为疏松的结构变得致密，增强了地层的内聚力和摩擦角（蒋国盛等, 2002）。
当天然气水合物分解时，会产生大量的气体和水，将导致地层胶结作用丧失和孔压急剧增大，甚至导致地层液化，诱发井壁失稳、滑坡、塌陷等工程事故与灾害，从而对海底的管道、电缆等工程设施及开采工程构筑物与周围环境造成严重影响,如图2所示。当天然气水合物处于失稳状态时，由于其通常分布于大陆架外缘陆坡和陆隆沉积物中，其坡度都达到或超过海底滑坡的一般坡度，此时一旦受地震或者沉积载荷增大等因素触发，仅依靠沉积物的自重，便可引起海底滑坡。挪威著名的Storrega海底山崩事件，大概是由于天然气水合物释放而形成的世界著名的最大滑体之一。
▲海底天然气水合物不当分解可能导致的环境效应
海洋化学和海洋生物环境污染
海洋天然气水合物开采会带来更多环境问题。同进入海洋中的其他物质一样，水合物释放出来的甲烷在沉积物-海水-大气系统中，也会发生一系列的迁移和转化作用。
海水中的甲烷会影响海洋生态，甲烷进入海水中后会发生较快的有氧或无氧氧化作用，影响海水的化学性质；甲烷气体的有氧氧化作用会消耗海水中大量的氧气，使海洋形成缺氧环境，从而给海洋微生物的生长发育带来危害，一些喜氧生物群落将会萎缩，甚至导致一些深海物种消失，生物礁退化，海洋生态平衡破坏；甲烷气体的无氧氧化作用会消耗掉海水中大量的硫酸根离子，产生大量硫化氢离子，促使海水酸化；如果进入海水中的甲烷量特别大，还可能造成海水汽化，甚至会产生海水动荡和气流负压卷吸作用，严重危害海面作业甚至海域航空作业。
采用注化学试剂法开采水合物过程中，需要添加一些酒精、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、氯化钙等化学试剂，这些化学试剂的渗漏可能给海洋环境造成严重污染，造成海洋化学成分污染，海洋生物食物链中断和一些海洋生物的绝灭，陆地上使用这些化学剂，也会造成局部地区地下水资源的污染。因此，天然气水合物的研究不仅具有重要的能源战略意义，也具有重要环境意义。
本文摘编自由刘昌岭 孟庆国著《天然气水合物实验测试技术》第1章，内容有删减。
天然气水合物实验测试技术
刘昌岭 孟庆国等 著
ISBN：978-7-03-049110-7
出版时间：2016.7
《天然气水合物实验测试技术》是对作者近年来研究成果的总结，全面系统地介绍天然气水合物的实验测试技术体系。全书共13章，重点介绍基于X-衍射、X-CT、固体核磁共振、核磁成像、激光拉曼光谱、低温扫描电镜、高压差示扫描量热仪和稳定同位素质谱等现代分析仪器的天然气水合物实验测试技术与方法。
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（本文编辑：刘四旦）
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