メタンクラスレート

メタンクラスレート（CH ₄ ·5.75H ₂ O）または（4CH ₄ ·23H ₂ O）は、メタンハイドレート、ハイドロメタン、メタンアイス、ファイアアイス、天然ガスハイドレート、またはガスハイドレートとも呼ばれ、多量のメタンが水の結晶構造内に閉じ込められ、氷に似た固体を形成する固体クラスレート化合物（より具体的には、クラスレートハイドレート）です。^{[1] [2] [3] [4] [ 5] [6]もともとは温度が低く水氷が一般的である}太陽系の外側の領域でのみ発生すると考えられていましたが、地球の海底（海面下約1100メートル）の堆積物の下でメタンクラスレートのかなりの堆積物が見つかっています。 ^[7]メタンハイドレートは、水素結合した水とメタンガスが海洋の高圧および低温で接触すると形成されます。

メタンクラスレートは浅い海洋地圏の一般的な構成要素であり、深部の堆積構造に存在し、海底に露頭を形成します。メタンハイドレートは、地質学的断層に沿って深部から移動するメタンの沈殿または結晶化によって形成されると考えられています。沈殿は、メタンが温度と圧力の影響を受ける海底内の水と接触したときに発生します。2008年、南極ボストーク基地とEPICAドームCの氷床コアの研究により、メタンクラスレートが南極深部の 氷床コアにも存在し、 80万年前までの大気中のメタン濃度の履歴を記録していることが明らかになりました。 ^[8]氷床コアのメタンクラスレート記録は、酸素や二酸化炭素とともに、 地球温暖化研究の主要なデータ源です。

メタンクラスレートは、クラスレート銃仮説に従って、急激な気候変動の潜在的な原因と考えられていた。このシナリオでは、加熱により主に海底のハイドレートが壊滅的に溶解・分解し、大量のメタンが放出されて温暖化が加速する。現在の研究では、ハイドレートは温暖化に非常にゆっくりと反応し、メタンが解離した後に大気中に到達するのは非常に難しいことが示されている。^{[9] [10]}一部の活発な湧出は代わりに小規模な炭素吸収源として機能する。これは、メタンの大部分が水中に溶解し、メタン酸化細菌群集が促進されるため、湧出周辺の地域も植物プランクトンにとってより適した場所になるからである。^{[11]その結果、メタンハイドレートはもはや}気候システムの転換点の1つとは見なされなくなり、 IPCC第6次評価報告書によると、今世紀中にこのメカニズムによって地球温度に「検出可能な」影響は発生しないだろう。^[12]数千年にわたって、0.4～0.5℃（0.72～0.90℉）というより大きな変化が見られる可能性がある。^[13]

メタンハイドレートは1960年代にロシアで発見され、そこからガスを抽出する研究は21世紀初頭に始まりました。^[14]

メタンクラスレートハイドレートの公称組成は (CH ₄ ) ₄ (H ₂ O) ₂₃、つまり水 5.75 モルに対してメタン 1モルで、質量比で 13.4% のメタンに相当しますが、実際の組成は水格子のさまざまなケージ構造にどれだけのメタン分子が収まるかによって異なります。観測された密度は約 0.9 g/cm ³で、これはメタンハイドレートが堆積物内で形成されたり堆積物に固定されたりしてその場に留まらない限り、海面または湖面に浮かぶことを意味します。^[15]したがって、完全に飽和したメタンクラスレート固体 1 リットルには約 120 グラムのメタン (または 0 °C および 1 気圧で約 169 リットルのメタンガス) が含まれます。^{[注 1]}また、1 立方メートルのメタンクラスレートからは、約 160 立方メートルのガスが放出されます。^[14]

メタンは、単位セルあたり 2 つの十二面体(頂点が 12 個、したがって 12 個の水分子) と 6 つの十四面体(14 個の水分子) の水ケージを持つ「構造 I」の水和物を形成します (ケージ間で水分子を共有するため、単位セルあたりの水分子の数は 46 個のみです)。これは、水溶液中のメタンの水和数20 と比較されます。 ^[16] 275 Kおよび 3.1 MPaで記録されたメタンクラスレートMAS NMRスペクトルは、各ケージタイプのピークと、ガス相メタンに別のピークを示しています。^[要出典] 2003 年には、粘土メタン水和物インターカレートが合成され、メタン水和物複合体がナトリウムに富むモンモリロナイト粘土の層間に導入されました。この相の高温安定性は、構造 I 水和物のそれと同様です。^[17]

メタンクラスレートは浅い岩相圏（深さ 2,000 m 未満）に限定されています。さらに、必要な条件は、平均表面温度が 0 °C 未満の極地の大陸堆積岩、または底水温度が約 2 °Cである水深 300 m を超える海洋堆積物にのみ見られます。さらに、シベリアの淡水バイカル湖など、深海の淡水湖にもガスハイドレートが存在する可能性があります。^[18]大陸の鉱床は、シベリアとアラスカの800 m 未満の深さの砂岩とシルト岩の層で確認されています。海洋の鉱床は大陸棚に広く分布しているようで（図を参照）、堆積物の深部または堆積物と水の界面近くで発生することがあります。それらは、さらに大規模なガス状メタン鉱床を覆う可能性があります。^[19]

メタンハイドレートは、塊状、細孔空間内に分散、団塊、鉱脈/亀裂/断層、層状層など、様々な形で存在します。^[20]一般的に、標準圧力および温度条件では不安定で、1 m ³のメタンハイドレートが分解すると、約 164 m ³のメタンと 0.87 m ³の淡水が生成されます。^{[21] [22] [23]}海洋堆積物には 2 つの異なるタイプがあります。最も一般的なものは、構造 I の包接化合物に含まれるメタンが大部分を占め (> 99%) 、通常は堆積物の深部で見つかります。ここで、メタンは同位体的に軽い ( δ ¹³ C < -60‰) ため、微生物によるCO ₂の還元によって生成されたことがわかります。これらの深部堆積物中のクラスレートは、クラスレートと周囲の溶解メタンのδ13C値が類似していることから、微生物が生成したメタンからその場で形成されたものと考えられている。^{[ 19]} しかし、メタンハイドレートは淡水中で塩水よりも安定しているため、世界中の永久凍土や大陸棚沿いの油井やガス井の加圧に使用されている淡水が、深部と圧力で天然のメタンと結合してクラスレートを形成するとも考えられている。^[2] 塩水から純水を抽出するハイドレート形成行為は、しばしば地層の水の塩分濃度を局所的に、そして潜在的に大幅に上昇させることがあるため、地域的な変動が広範囲に及ぶ可能性がある。ハイドレートは通常、それが形成される間隙流体の塩分を排除する。したがって、氷のように高い電気抵抗率を示し、ハイドレートを含む堆積物はガスハイドレートを含まない堆積物よりも抵抗率が高くなります（Judge [67]）。^{[24] : 9}

これらの鉱床は、堆積物中の厚さ約 300～500 メートルの中深度ゾーン (ガスハイドレート安定ゾーン、または GHSZ) に位置し、淡水 (塩水ではない) の細孔水に溶解したメタンと共存しています。このゾーンより上では、メタンは溶解した形でのみ存在し、濃度は堆積物の表面に向かって減少します。その下では、メタンはガス状です。大西洋大陸棚のブレイクリッジでは、GHSZ は深さ 190 メートルから始まり、450 メートルまで続き、そこでガス相と平衡に達しました。測定によると、メタンは GHSZ の体積の 0～9%、ガスゾーンの体積の約 12% を占めていました。^{[25] [26]}

堆積物の表面近くで見つかる、あまり一般的ではない2番目のタイプでは、サンプルの中には、構造IIのクラスレートに含まれる長鎖炭化水素（メタン< ⁹⁹ %）の割合が高いものがあります。このタイプのクラスレートからの炭素は同位体的に重く（ δ13Cは-29〜-57‰）、有機物の熱分解によってメタンが生成された深層堆積物から上方に移動したと考えられています。このタイプの堆積物の例は、メキシコ湾とカスピ海で発見されています。^[19]

一部の堆積物は微生物起源と熱起源の中間の特性を持ち、両者の混合物から形成されたと考えられています。

ガスハイドレート中のメタンは、主に低酸素環境で有機物を分解する微生物群集によって生成され、メタン自体はメタン生成古 細菌によって生成される。堆積物の最上部数センチメートルの有機物は、まず好気性細菌の攻撃を受けて二酸化炭素が発生し、_これが堆積物から水柱に逃げる。この好気性活動領域より下では嫌気性プロセスが引き継がれ、深さとともに亜硝酸塩/硝酸塩、金属酸化物、そして硫酸塩が微生物によって還元され、硫化物に還元される。最終的に、メタン生成が有機炭素の再鉱化の主な経路となる。

堆積速度が遅く（約 1 cm/年）、有機炭素含有量が低く（約 1% ）、酸素が豊富である場合、好気性細菌は酸素が枯渇するよりも速く堆積物中のすべての有機物を使い果たすことができるため、エネルギーの低い電子受容体は使用されません。しかし、大陸棚や西境界流湧昇帯の下で典型的に見られるように、堆積速度と有機炭素含有量が高い場合、堆積物の間隙水はわずか数センチメートルの深さまたはそれ以下で無酸素状態になります。このような有機物が豊富な海洋堆積物では、海水中の濃度が高いため、硫酸塩が最も重要な末端電子受容体になります。しかし、数センチメートルから数メートルの深さでは硫酸塩も枯渇します。これより下では、メタンが生成されます。このメタン生成は、かなり複雑なプロセスであり、高度に還元的な環境（Eh −350 ～ −450 mV）と pH 6 ～ 8、そしてさまざまな種類の古細菌と細菌の複雑な共生コンソーシアムを必要とします。ただし、実際にメタンを排出するのは古細菌だけです。

一部の地域（メキシコ湾、上越盆地など）では、クラスレート中のメタンは少なくとも部分的には有機物の熱分解（石油生成など）に由来する可能性があり、ハイドレート自体の中に石油が異種成分を形成し、ハイドレートが解離すると回収できる。^{[27] [28] [要出典]}クラスレート中のメタンは、通常、生体同位体シグネチャーと非常に変動の大きい δ ¹³ C（−40〜−100‰）を持ち、おおよその平均値は約−65‰である。^{[29] [要出典] [30] [ 31] [32]}固体クラスレートのゾーンの下では、大量のメタンが堆積物中に自由ガスの泡を形成する可能性がある。^{[25] [33] [34]}

特定の場所におけるクラスレートの存在は、多くの場合、「海底模擬反射体」（BSR）の観測によって判定できます。BSR は、通常の堆積物とクラスレートが混入した堆積物の密度の不均一性によって引き起こされる、堆積物とクラスレート安定帯の境界面での地震反射です。

北極海のバレンツ海でガスハイドレートのピンゴが発見された。これらのドーム状の構造からはメタンが泡立ち、ガスフレアの一部は海面近くまで伸びている。^[35]

海洋のメタンクラスレート貯蔵庫の大きさはよくわかっておらず、1960年代から1970年代にかけて海洋にクラスレートが存在する可能性があることが初めて認識されて以来、その大きさの推定値は10年ごとに約1桁ずつ減少している。 ^[36] 最も高い推定値（例えば3 × 10¹⁸ m ³） ^[37]は、十分に密度の高いクラスレートが深海の海底全体に散らばっている可能性があるという仮定に基づいていました。クラスレート化学と堆積学の理解の向上により、ハイドレートは狭い範囲の深さ（大陸棚）でのみ形成され、発生可能な深さの範囲内（ガスハイドレート安定帯の10〜30％ ）でのみ形成され、発生する場所でも通常は低濃度（体積の0.9〜1.5％）で見つかることが明らかになりました。直接サンプリングによる最近の推定では、世界の在庫は1 × 10 ^15〜5 × 1015^{立方メートル（} 0.24〜120万立方マイル）を占めると示唆されています。 ^[36] この推定値は500～2500ギガトン炭素（Gt C）に相当し、他のすべての地質有機燃料埋蔵量の推定値5000 Gt Cよりは少ないが、他の天然ガス源の推定値約230 Gt Cよりはかなり多い。 ^{[36] [38]}北極の永久凍土の貯蔵庫は400 Gt C程度と推定されているが、 ^{[39] [出典が必要]}、南極の貯蔵庫の可能性については推定されていない。これは大きな量である。比較すると、大気中の炭素の総量は約800ギガトンである（炭素：発生を参照）。

これらの最近の推定値は、10,000～11,000 Gt C（2 × 10¹⁶ m ³）という値は、以前の研究者によってクラスレートを地質有機燃料資源と見なす理由として^{提案された[40] （MacDonald 1990、Kvenvolden 1998）。クラスレートの存在量が少ないからといって経済的可能性がないわけではないが、総量が少なく、ほとんどのサイトで明らかに濃度が低いことから[36]、}クラスレート鉱床の限られた割合だけが経済的に実行可能な資源を提供できる可能性があることが示唆される。

大陸岩石中のメタンクラスレートは、深さ 800 メートル未満の砂岩またはシルト岩の層に閉じ込められています。サンプル採取により、これらは熱および微生物由来のガスの混合物から形成され、その後、より重い炭化水素が選択的に除去されたことが示されています。これらは、アラスカ、シベリア、およびカナダ北部で発生します。

2008年、カナダと日本の研究者らは、マッケンジー川デルタのマリクガスハイドレートサイトでのテストプロジェクトから、天然ガスを一定量抽出した。これはマリクでの2回目の掘削であり、最初の掘削は2002年に行われ、熱を利用してメタンを放出した。2008年の実験では、研究者らは加熱せずに圧力を下げることでガスを抽出でき、大幅に少ないエネルギーで済んだ。^{[41]マリクガスハイドレートフィールドは、1971年から1972年に}インペリアルオイルによって初めて発見された。^[42]

経済的なハイドレートの鉱床は天然ガスハイドレート（NGH）と呼ばれ、1 m ^{3のハイドレートあたり164 m 3}のメタンと0.8 m ^3の水を蓄えている。^[43] NGHの大部分は海底下（95%）で発見され、そこで熱力学的平衡状態で存在している。堆積性のメタンハイドレート貯留層には、2013年時点で、現在知られている従来型天然ガスの埋蔵量の2～10倍が含まれていると推定されている。^{[44]これは、将来、}炭化水素燃料の重要な供給源となる可能性がある。しかし、ほとんどの場所では、鉱床が分散しすぎていて経済的に採掘できないと考えられている。^[36]商業的採掘が直面しているその他の問題は、実行可能な埋蔵量の検出と、ハイドレート鉱床からメタンガスを抽出する技術の開発である。 ^{[アップデート]}

2006年8月、中国は今後10年間で8億元（1億米ドル）を投じて天然ガスハイドレートを研究する計画を発表した。^[45]メキシコ湾の潜在的に経済的な埋蔵量には、約1000億立方メートル（3.5 × 10 ¹² 立方フィート）のガスが含まれている可能性がある。^[36]ベルゲン大学物理技術研究所のビョルン・クヴァンメとアルネ・グラウエは、ハイドレートにCO _{2 を}注入し、そのプロセスを逆転させて、直接交換によりCH _{4 を}抽出する方法を開発した。^{[46]ベルゲン大学の方法は、}コノコフィリップスと国営の石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）によってフィールドテストされており、米国エネルギー省によって部分的に資金提供されている。このプロジェクトはすでに注入段階に達しており、2012年3月12日までに結果のデータを分析していた。^[47]^

2013年3月12日、JOGMECの研究者らは、凍結したメタンハイドレートから天然ガスの抽出に成功したと発表した。^[48] ガスを抽出するために、特殊な装置を使用してハイドレート鉱床を掘削し、圧力を下げてメタンを氷から分離させた。次に、ガスを収集し、パイプで地表に送り、その存在を証明するために点火した。^[49]業界のスポークスマンは、「これは、メタンハイドレートからガスを生産する世界初の海洋実験でした」と語った。^[48] これまで、陸上の鉱床からガスが抽出されたことはあったが、より一般的な海洋鉱床から抽出されたことはなかった。^[49]ガスが抽出されたハイドレートフィールドは、日本中央部から50キロメートル（31マイル） 、南海トラフの海底300メートル（980フィート）に位置している。^{[48] [49]} JOGMECの広報担当者は「日本はついに自国独自のエネルギー源を持つことになるかもしれない」と述べた。^[49]海洋地質学者の佐藤幹夫氏は「今では抽出が可能であることがわかった。次のステップは、日本がどれだけコストを下げてこの技術を経済的に実行可能にできるかだ」と述べた。 ^[49] 日本は、南海トラフに閉じ込められたメタンが少なくとも1兆1千億立方メートルあると推定しており、これは10年以上の国のニーズを満たすのに十分である。^[49]

日本と中国は2017年5月に南シナ海のハイドレートからメタンを抽出し、メタンクラスレート採掘における画期的な成果を発表した。^[14]中国はこの成果を画期的成果と表現し、シンガポール国立大学化学・生体分子工学部のプラビーン・リンガ氏は「日本の研究で見た結果と比較すると、中国の科学者は努力によりはるかに多くのガスを抽出することに成功した」と同意した。^[50]業界のコンセンサスでは、商業規模の生産はまだ何年も先である。^[51]

専門家は、環境への影響はまだ調査中であり、何か問題が起きれば、100年間の地球温暖化係数（GWP100）が二酸化炭素の約25倍である温室効果ガスであるメタンが大気中に放出される可能性があると警告している。 ^[52]さらに、石炭よりもクリーンではあるが、天然ガスの燃焼も二酸化炭素を排出する。^{[53] [54] [55]}

メタンクラスレート（水和物）は、天然ガス生産工程で高圧のメタンの存在下で液体の水が凝縮されるときにもよく形成されます。エタンやプロパンなどのより大きな炭化水素分子も水和物を形成できることが知られていますが、より長い分子（ブタン、ペンタン）は水のケージ構造に収まらず、水和物の形成を不安定にする傾向があります。

一旦形成されると、水和物はパイプラインや処理装置を詰まらせる可能性がある。水和物は一般的には圧力を下げる、加熱する、または化学的手段（一般的にはメタノールが使用される）で溶解することによって除去される。水和物の除去は慎重に制御する必要がある。圧力が下がると、水和物は固体水和物から相転移を起こし、水とガス状メタンを高速度で放出する可能性があるためである。閉鎖系でメタンガスが急速に放出されると、圧力が急上昇する可能性がある。^[15]

一般的に、水和物の形成や機器の詰まりを防ぐことが望ましい。これは通常、水を除去するか、エチレングリコール(MEG) またはメタノールを添加することで達成され、これらは水和物の形成温度を下げる働きをする。近年では、運動水和物抑制剤 (水和物の形成に必要なサブクール度を高めるが、水和物の形成速度は速くなる) や抗凝集剤など、他の形態の水和物抑制剤の開発が進められている。これらは水和物の形成は防げないが、水和物がくっついて機器を詰まらせるのを防ぐ。

深海に沈んだ石油やガスを含む地層を掘削する場合、深海掘削中に低温高圧になるため、貯留層ガスが坑井に流れ込み、ガスハイドレートを形成することがあります。その後、ガスハイドレートは掘削泥やその他の排出流体とともに上昇します。ハイドレートが上昇すると、環状部の圧力が低下し、ハイドレートはガスと水に分解します。急速なガス膨張により坑井から流体が排出され、圧力がさらに低下するため、ハイドレートの分解が進み、流体がさらに排出されます。その結果、環状部から流体が激しく排出されることが、「キック」の潜在的な原因または一因となります。^[56] (ブローアウトを引き起こすキックは、通常、ハイドレートとは関係ありません。ブローアウト: 地層キックを参照してください)。

ハイドレート形成のリスクを軽減する対策としては、以下のものが挙げられます。

• 高い流量は流体中の水和物形成時間を制限し、それによってキックポテンシャルを低下させる。^[56]
• 初期のハイドレート詰まりを検出するためにラインフローを注意深く測定する。^[56]
• ガス生産量が低く、比較的高いガス流量のときよりもハイドレート形成の可能性が高くなる場合は、測定にさらに注意が必要です。^[56]
• 井戸ケーシングを「シャットイン」（隔離）した後に監視すると、ハイドレートの形成が示される場合があります。「シャットイン」後、ガスが貯留層を通って掘削孔に拡散する間に圧力が上昇します。ハイドレートが形成されている間、圧力上昇率は低下します。^[56]
• エネルギーの追加（例えば、坑井完成時に使用するセメントを固めることによって放出されるエネルギー）により、温度が上昇し、水和物がガスに変換され、「キック」が発生します。

十分な深さであれば、メタンは水と直接錯体を形成してメタンハイドレートを形成します。これは、2010年のディープウォーター・ホライズン原油流出事故で観察されたとおりです。BPのエンジニアは、海面下5,000フィート（1,500メートル）の深海油井から流出した原油を回収するために、海底油回収システムを開発し、配備しました。これには、最大の油井漏れの上に125トン（276,000ポンド）のドームを設置し、それを地上の貯蔵容器にパイプで接続することが含まれていました。^[57]この選択肢は、流出した原油の約85％を回収する可能性がありましたが、これまでそのような深さではテストされていませんでした。^[57] BPは5月7〜8日にシステムを展開しましたが、ドーム内のメタンクラスレートの蓄積のために失敗しました。メタンハイドレートの密度は約0.9 g/cm ³と低いため、ドーム内に蓄積して浮力を与え、流れを妨げました。^[58]

クラスレートガン仮説は、第四紀の急速な温暖化の期間を説明するために提案されたものである。この仮説は、海洋の上層中層水のフラックスの変化が温度変動を引き起こし、それが大陸斜面上部に交互に蓄積し、時折メタンクラスレートを放出するというものである。メタンは二酸化炭素よりもはるかに強力な温室効果ガスであるため、これは地球の気温に即座に影響を及ぼしたと思われる。メタンの大気寿命は約12年であるにもかかわらず、メタンの地球温暖化係数は20年間で二酸化炭素の72倍、100年間で25倍（エアロゾル相互作用を考慮すると33倍）である。^[59]さらに、これらの温暖化イベントがボンドサイクルや、ダンガード・オシュガー間期などの個々の間期イベントを引き起こしたと提案されている。^[60]

メタンクラスレートの堆積物のほとんどは堆積層中にあり、すぐには反応できないため^[61]、2007年のアーチャーによるモデル化では、それらから生じるメタン強制力は、温室効果全体の中ではマイナーな要素にとどまるはずであると示唆されている。^{[62]クラスレート堆積物は、}安定帯 の最深部、通常は海底下数百メートルから不安定化する。海水温の持続的な上昇は、最終的に堆積層を温め、最も浅く最も限界的なクラスレートの分解を引き起こすが、温度変化が海底のそこまで到達するには、通常1000年以上かかる。^[62]さらに、大西洋と太平洋の中緯度堆積物に関するその後の研究では、海底から放出されたメタンは、その発生源に関係なく、深さが430メートル（1,411フィート）を超えると大気に到達できないことがわかりました。一方、その地域の地質学的特性により、水深550メートル（1,804フィート）より浅い深さではハイドレートが存在することは不可能です。^{[63] [64]}

しかし、北極のメタンクラスレート鉱床の中には、他のものに比べてはるかに浅いものがあり、温暖化の影響をはるかに受けやすいものがある。カナダ沖のボーフォート海の大陸棚に閉じ込められたガス鉱床は、海底の小さな円錐丘陵地帯に位置し、海面下わずか290メートル（951フィート）で、メタンハイドレートの最も浅い既知の鉱床と考えられている。^[65]しかし、東シベリア北極棚の平均深さは45メートルであり、海底下の永久凍土層に閉じ込められた中にハイドレート鉱床があると考えられている。^{[66] [67]}これは、温暖化により棚内に潜在的にタリックまたはピンゴのような特徴が現れると、それらが以前は凍結していたメタンのガス移動経路としても機能することを意味し、その可能性に多くの注目が集まっている。^{[68] [69] [70]} Shakhova et al. (2008) は、現在北極の海底永久凍土の下にメタンやメタンハイドレートとして閉じ込められている炭素の量は 1,400 ギガトン以上で、そのうち 5 ～ 10% は開いたタリックによって穴があく可能性があると推定しています。彼らの論文には当初、「予測されるハイドレート貯蔵量のうち最大 50 ギガトンが、いつでも突然放出される可能性が非常に高い」という一文が含まれていました。この規模の放出は、地球の大気中のメタン含有量を 12 倍に増加させ、^{[71] [72]}温室効果では 2008 年の_CO2レベルの 2 倍に相当します。

これが元々のクラスレートガン仮説のきっかけとなり、2008年に米国エネルギー省国立研究所システム^[73]と米国地質調査所の気候変動科学プログラムは両方とも、北極でのクラスレートの不安定化の可能性を、急激な気候変動の最も深刻な4つのシナリオの1つとして特定し、優先研究対象とした。USCCSPは、2008年12月下旬にこのリスクの重大性を推定する報告書を発表した。^[74]気候炭素循環結合モデル（GCM）に基づく元々の仮説の影響に関する2012年の研究では、メタンハイドレート（PETMの炭素量推定値に基づく、約2000 GtC）からのメタンが、単一パルス内で1000倍（<1から1000 ppmv）増加すると評価され、80年以内に大気温度が6℃以上上昇すると結論付けられた。さらに、陸上生物圏に貯蔵されている炭素は25％未満減少し、特に熱帯地方の生態系と農業にとって危機的な状況になることを示唆しています。^[75] 2012年の別の文献評価では、東北極海棚のメタンハイドレートが潜在的な引き金であると特定されています。^[76]

地震活動が大量のメタン放出の原因となる可能性も考慮されている。2012年、米国東部の大陸棚斜面に沿ったメタンハイドレートを不安定にする地震観測は、より暖かい海流の侵入に続いて、海底地滑りによってメタンが放出される可能性があることを示唆している。この斜面のメタンハイドレートの推定量は2.5ギガトン（PETMを引き起こすのに必要な量の約0.2％）であり、メタンが大気に到達するかどうかは不明である。しかし、研究の著者は次のように警告している。「北大西洋西部の縁辺だけが海流の変化を経験している地域である可能性は低い。したがって、不安定化を引き起こすメタンハイドレートの推定量2.5ギガトンは、現在地球全体を不安定化させているメタンハイドレートのほんの一部にすぎない可能性がある。」^[77] ビル・マグワイアは、「グリーンランドの周辺では、あまり調査されていないが、海底地滑りの脅威があるかもしれない。グリーンランドはすでに隆起しており、その下の地殻と周辺の堆積物中の海底メタンハイドレートへの圧力が減っており、氷床下の活断層の負荷が軽減されるため、数十年以内に地震活動の増加が明らかになる可能性がある。これにより、地震やメタンハイドレートによる海底堆積物の不安定化の可能性が生じ、海底地滑りの形成や、おそらく北大西洋での津波につながる可能性がある」と指摘している。^[78]

2008年にシベリア北極圏で行われた調査では、年間数百万トン規模のメタン放出が示され、これは年間0.5百万トンという以前の推定値から大幅に増加した。^[80] これは明らかに海底永久凍土の穿孔によるもので、^[70]一部の地域では濃度が通常レベルの100倍に達した。^{[81] [82]過剰なメタンは、}レナ川の流出口とラプテフ海と東シベリア海の境界にある局所的なホットスポットで検出されている。当時、融解の一部は地質学的加熱の結果であると考えられていたが、より多くの融解は北に流れるシベリアの河川から放出される融解水の量が大幅に増加したためであると考えられていた。^[83]

2013 年までに、同じ研究チームは複数のソナー観測を使用して、海底永久凍土から海に放出される気泡の密度 (沸騰と呼ばれるプロセス) を定量化し、東シベリア北極棚 (ESAS) に沿って毎日 1 平方メートルあたり 100～630 mg のメタンが水柱に放出されていることを発見しました。また、嵐の際には風が大気と海の間のガス交換を加速するため、水柱のメタン濃度が劇的に低下することも発見しました。観測結果から、海底永久凍土からのメタンの放出は急激ではなくゆっくりと進行することが示唆されています。しかし、地球温暖化によって引き起こされる北極のサイクロンと、大気中の温室効果ガスのさらなる蓄積により、この発生源からのメタン放出がさらに加速する可能性があります。合計で、彼らの最新の推定値は年間 1,700 万トンに達しました。^[84]

しかし、この調査結果はすぐに疑問視された。なぜなら、この年間放出率は、ESASだけで観測された北極のメタン排出量の28％から75％を占めることを意味し、これは他の多くの研究と矛盾するからである。2020年1月、メタンが棚の堆積物から水柱に放出された後に大気中に放出される速度が大幅に過大評価されていたことが判明し、北極での複数の船舶クルーズから得られた大気中のメタンフラックスの観測では、ESASから年間約302万トンのメタンしか放出されていないことが示されている。^[85] 2020年に発表されたモデリング研究では、現在の状況では、ESASからの年間メタン放出量は1000トン程度と低く、棚からの乱流放出のピークポテンシャルは260万～450万トンであると示唆されている。^[79]

ホンらは2017年に、スヴァールバル諸島に近いバレンツ海の浅い北極海におけるメタンの浸透について研究した。海底の温度は過去1世紀にわたって季節的に変動しており、-1.8℃（28.8℉）から4.8℃（40.6℉）の間で変動しているが、堆積物と水の界面の深さ約1.6メートルまでのメタンの放出にしか影響していない。ハイドレートは堆積物の上部60メートルまで安定しており、現在観測されている放出は海底より深いところから発生している。彼らは、メタンフラックスの増加は数百年から数千年前に始まったと結論付けており、それについて「温暖化によるガスハイドレートの分解ではなく、深層貯留層の断続的な換気」と述べている。^[86]ホンは研究を要約して次のように述べている。

私たちの研究の結果は、この地域で発見された膨大な量の浸透がシステムの自然な状態の結果であることを示しています。メタンが地球システム内の他の重要な地質学的、化学的、生物学的プロセスとどのように相互作用するかを理解することは不可欠であり、私たちの科学コミュニティが重点的に取り組むべきことです。^[87]

クラウス・ウォールマンらによる2018年の研究では、8,000年前のスヴァールバル諸島でのハイドレートの分解は、アイソスタシー・リバウンド（氷河期の終焉に伴う大陸の隆起）によるものだと結論付けられている。その結果、水深は浅くなり、静水圧は低下したが、それ以上の温暖化は起こらなかった。この研究ではまた、季節的な底層水の温暖化により、この場所の現在の堆積物は深さ約400メートルで不安定になることがわかったが、これが自然変動によるものか人為的な温暖化によるものかは不明である。^[88]さらに、2017年に発表された別の論文では、スヴァールバル諸島でのガスハイドレートの分解から放出されたメタンのわずか0.07％が大気中に到達し、通常は風速が低いときのみに達することが判明した。^[89] 2020年に行われたその後の研究では、スヴァールバル諸島の湧出液から放出されるメタンのごく一部だけが大気中に到達し、風速は現場の溶存メタン濃度よりも放出速度に大きな影響を与えることが確認された。^[90]

最後に、2017年に発表された論文では、スヴァールバル諸島の少なくとも1つの湧出域からのメタン排出量は、この栄養豊富な水域での植物プランクトンの活動が大幅に増加したことによる二酸化炭素の吸収増加によって十分に補われていることが示されています。植物プランクトンが吸収する二酸化炭素の1日の量は、放出されるメタン量の1,900倍であり、CO2吸収による負の（つまり間接的な冷却）_放射強制力は、メタン放出による温暖化の最大251倍でした。^[91]

メタン クラスレートは液化天然ガス (LNG)よりも高い温度(-20 ℃ vs -162 ℃) で安定しているため、天然ガスを船舶で輸送する際に液化するのではなく、クラスレート (固化天然ガスまたは SNG) に変換することに関心が集まっています。大きな利点は、ターミナルで天然ガスから天然ガスハイドレート (NGH) を生産するには、LNG よりも小さな冷凍プラントとより少ないエネルギーで済むことです。これを相殺するには、輸送されるメタン 100 トンに対して 750 トンのメタンハイドレートを輸送する必要がありますが、これには 7.5 倍の排水量の船舶、つまりより多くの船舶が必要になるため、経済的に実現可能とは考えられません。^[要出典] 。最近、メタンハイドレートは、共ゲストとしてテトラヒドロフラン(THF)を含めることで非常に穏やかな貯蔵条件を実現できるため、大規模な固定貯蔵用途で大きな関心を集めています。 ^{[97] [98]}テトラヒドロフランを加えるとガス貯蔵容量はわずかに減少するものの、最近の研究では、水和物は−2℃、大気圧下で数ヶ月間安定していることが実証されている。^[99]最近の研究では、THFと組み合わせて純水の代わりに海水で直接SNGを形成できることが実証されている。^[100]

• 将来のエネルギー開発
• 地球温暖化の長期的影響
• 群れ（シェッツィングの小説）
• 非在来型（石油・ガス）貯留層

• 海の下にはメタンの堆積物があるのでしょうか? 地球温暖化によりメタンが大気中に放出されるのでしょうか? 2008-04-30 にWayback Machineでアーカイブ(2007)
• 北極海底からメタンが漏れ出す（BBC）
• 氷の下に温暖化の泡（LA Times 2009）
• オンライン計算機: 異なる EOS による水和物形成条件

• 北極ガスハイドレート・環境・気候センター（CAGE）
• ハイドレート研究センター
• USGS の地質調査活動と米国鉱物管理局 - メタンガスハイドレート
• ハイドレート鉱床からのカーボンニュートラルなメタンエネルギー生産（コロンビア大学）

• USGS ガスハイドレート研究所 (2012)
• 古代のメタン爆発により海洋クレーターが形成 (2017)