從地球構造角度來說,可燃冰主要分布在聚合大陸邊緣大陸坡、被動大陸邊緣大陸坡、海山、內陸海及邊緣海深水盆地和海底擴張盆地等構造單元內。據估計,陸地上20.7%和大洋底90%的地區,具有形成可燃冰的有利條件。絕大部分的可燃冰分布在海洋裏,資源量是陸地上的100倍以上。在標準狀況下,一單位體積的天然氣水合物分解最多可產生164單位體積的甲烷氣體,因而可燃冰是一種重要的潛在未來資源。據潛在氣體聯合會估計,永久凍土區可燃冰資源量為1.4×1013~3.4×1016平方米,包括海洋可燃冰在內的資源總量為7.6×1018平方米。但是,大多數人認為儲存在可燃冰中的碳至少有1013噸,約是當前已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然氣)中碳含量總和的兩倍。
從化學結構來看,可燃冰是這樣構成的:由水分子搭成像籠子一樣的多麵體格架,以甲烷為主的氣體分子被包含在籠子格架中。
不同的溫壓條件,具有不同的多麵體格架。
從物理性質來看,可燃冰的密度接近並稍低於冰的密度,剪切係數、電解常數和熱傳導率均低於冰。可燃冰的聲波傳播速度明顯高於含氣沉積物和飽和水沉積物,中子孔隙度低於飽和水沉積物,這些差別是以物探方法識別可燃冰的理論基礎。
4.籌劃未來——我國的可燃冰狀況
作為世界上最大的發展中的海洋大國,我國能源短缺十分突出。目前我國的油氣資源供需差距很大,1993年我國已從油氣輸出國轉變為淨進口國,1999年進口石油4000多萬噸,2000年進口石油近7000萬噸,2010年石油缺口達2億噸。因此,急需開發新能源以滿足中國經濟的高速發展。
我國附近海域海底可燃冰資源豐富,儲量可觀。現在,對於它上遊的勘探開采技術可借鑒常規油氣,下遊的天然氣運輸、使用等技術都很成熟。
因此,加強可燃冰的研究和開發是我國規劃21世紀新能源結構、增強綜合國力及國際競爭力、保證經濟安全的重要途徑。
目前,我國對海底可燃冰的研究與勘察已取得一定成效,在南海西沙海槽等海區已相繼發現存在可燃冰的地球物理標誌——擬海底反射層。這表明我國海域也分布有可燃冰資源,有利於我們開展進一步的研究和開發工作;同時青島海洋地質研究所已建立有自主知識產權的可燃冰實驗室,並曾成功點燃可燃冰,填補了我國在這一領域的研究空白。
第十節原子能量——核能
1.冉冉新星——核能
核能是人類曆史上的一項偉大發明,由於小小的原子核蘊藏的能量巨大驚人,而受到人們的重視和青睞。核能被人們發現以後,首先用於軍事方麵。後來隨著科技的快速發展,核能逐漸應用於發電,成為能源領域的一大亮點。
核能,是核裂變能的簡稱。60多年以前,科學家在一次試驗中發現鈾-235原子核在吸收一個中子以後能分裂,在放出2~3個中子的同時伴隨著一種巨大的能量,這種能量比化學反應所釋放的能量大得多,這就是人們今天所說的核能。
核能的釋放形式主要有三種:
(1)核裂變能(重核裂變)
核裂變能是通過一些重原子核(如鈾-235、鈾-238、鈈-239等)的裂變釋放出的巨大能量。
當一個重原子核,分裂成兩個或多個中等原子量的原子核,引起鏈式反應時,就能釋放出巨大的能量。例如,當用一個中子轟擊鈾-235的原子核時,它就會分裂成兩個質量較小的原子核,同時產生2~3個中子和β、γ等射線,並釋放出約200兆電子伏特的能量;如果再有一個新產生的中子去轟擊另一個鈾-235原子核,便引起新的裂變,以此類推,裂變反應不斷地持續下去,從而形成了裂變鏈式反應,與此同時,核能也連續不斷地釋放出來。
(2)核聚變能(輕核聚變)。
由兩個或兩個以上氫原子核(如氫的同位素——氘和氚)結合成一個較重的原子核,同時發生質量虧損釋放出巨大能量的反應叫做核聚變反應,其釋放出的能量稱為核聚變能。
核聚變是在高溫下(幾百萬度以上)重氫核(氘核)與超重氫核(氘核)結合成氦放出大量能量的過程。它是取得核能的重要途徑之一。由於原子核間有很強的靜電排斥力,因此在一般的溫度和壓力下,很難發生聚變反應。
而在太陽等恒星內部,壓力和溫度都極高,所以就使得輕核有了足夠的動能克服靜電斥力而發生持續的聚變。自持的核聚變反應必須在極高的壓力和溫度下進行,因而也稱為“熱核聚變反應”。