天然氣水合物Natural gas hydrates

　　天然氣水合物（natural gas hydrates），或稱氣體水合物（gas hydrates），通常是指自然界在特定的溫壓環境下（圖1之低溫與中高壓範圍），氣體分子（客成分）被包合於水分子（主成分）構成之似冰晶結構的籠狀空隙（cage）而形成的一種晶籠化合物（clathrate），水分子與氣體分子之間的結合，是靠微弱的凡得瓦力（van der Waals force）作用，與一般以庫倫力鍵結的水合物截然不同。因氣體分子組成通常以甲烷為主，少部分為乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、氮、二氧化碳或硫化氫等，也常稱為甲烷水合物（methane hydrate）。天然氣水合物的外觀像冰晶，常溫常壓下，容易發生解離而產生大量的甲烷氣與少量的水，點火就能燃燒，所以也常被稱為「可燃冰」或「甲烷冰」（圖2）。

　　在高緯度的永凍層和大陸邊緣的深水海域等地區的沉積層，常可發現有天然氣水合物的蘊藏（圖3）。另外，在大陸內海或湖泊（如貝加爾湖）等深水區或高山區永凍層（如中國大陸祁連山木里地區），也都曾發現有天然氣水合物的分布。除了地球以外，部分行星表層及其衛星中也含有「甲烷冰」，例如冥王星的表面就含有可觀的「甲烷冰」。據推測，哈雷彗星的頭部也可能含有「甲烷冰」。當然，在油氣輸送管線或人工實驗室等人為環境中，也能形成天然氣水合物。

　　藉由熱力學理論計算以及實際採到，或人工合成之天然氣水合物標本的實測分析結果可知，1單位體積的天然氣水合物，在常溫常壓下解離，大約可產生150~180單位體積的氣體和0.8單位體積的水。因此，天然氣水合物具有很大的儲氣能力。

　　天然氣水合物具有分布廣、儲量豐且潔淨等優勢，已被許多國家視為是一項新型態非傳統天然氣（unconventional natural gas）。目前對於全球天然氣水合物資源量（天然氣水合物在1大氣壓、常溫下解離產生的天然氣總體積量）的估算結果尚無定論，大多約在1~1,00千兆立方公尺之間。2010年美國科學家則認為全球蘊藏在砂層中的天然氣水合物資源量約為300~600兆立方公尺左右，並提出全球天然氣水合物技術可採量約為300兆立方公尺的假定值，該值相當於近十年期間（2001年至2010年）全球天然氣年平均使用量約3兆立方公尺的100倍。

　　天然氣水合物也是影響自然環境系統變遷及大陸斜坡地區之海床安全性的重要因子。由於天然氣水合物是低溫高壓環境下的產物，而且只蘊藏在地殼淺部（2,000公尺深以內），容易受到自然演化或人為擾動所引起的溫壓變化而發生解離，產生富含氣與水的高壓流體而形成地層弱帶。若受到重力或地震等作用，就可能引發大陸斜坡海床滑塌等地質災害；如果海床滑塌的規模夠大，甚至可能會引發海嘯而危及沿岸城鎮的生命財產安全（圖4）。而海床滑塌作用，也可能伴隨發生大量甲烷從海床逸出，週遭的生態環境將直接受到衝擊。另外，甲烷是一種強效溫室氣體（100年期間的溫室效應潛勢是同量二氧化碳的25倍），如果海床逸出的甲烷能通過水體而進入大氣圈，就將影響全球氣候變遷的趨勢。因此，天然氣水合物究竟是沉睡在地殼淺部的天然氣寶藏，或是未來人類文明發展的夢靨，端視人類對於天然氣水合物的瞭解程度。

　　臺灣四面環海，理論上，除了西部與北部等大陸棚海域不可能有天然氣水合物賦存外，其它周圍或附近海域水深超過600公尺以上的地區，例如東北海域、東部海域、東南海域、南部海域及西南部海域等，都具有天然氣水合物蘊藏潛能。其中，以西南海域（包含南海北部大陸斜坡區及高屏大陸斜坡之增積岩體區）出現的天然氣水合物存在徵兆，最為普遍且顯著，已成為全球天然氣水合物調查研究的重點區域之一。