Введение

Гидраты газа - прозрачные твердые частицы, в которых молекулы разновидности "гостя" занимают и стабилизируют клетки, сформированные молекулами воды. Подобные льду по внешнему виду газовые гидраты устойчивы при высоком давлении и температурах выше точки замерзания (0°C). Метан - наиболее распространенный природный гидрат  разновидности гостя. Гидраты метана, также называемые просто "газовые гидраты" чрезвычайно сконцентрированы запасы метана и находятся в мелководной зоне вечной мерзлоты и в континентальной части отложений по всему миру. Применимый к условиям уровня моря, гидрат метана ломается и выпускает до 160 раз свой собственный объем в газе метана.

Метан, который содержится в газовых гидратах,  представляет интерес для лиц, определяющих политику в качестве возможных альтернативных энергетических ресурсов и как мощного парникового газа, который мог бы быть освобожден от осадков в атмосфере и океане во время глобального потепления. В континентальных масштабах, выделения метана из газовых гидратов также является потенциально опасным и может привести к  возникновению подводных оползней, которые угрожают морской инфраструктуры.

Газовая стабильность гидрата чувствительна к изменениям температуры. Чтобы понять высвобождение метана из газового гидрата, американская Геологическая служба (USGS) провела лабораторное исследование тепловых свойств чистого гидрата метана при условиях, относящихся к накоплениям естественного гидрата метана. До этой работы, тепловые свойства газовых гидратов в целом были оценены на аналоговых систем, таких, как лед, и не гидратов метана или при температурах ниже нуля; эти условия ограничивают прямое сравнение гидратов метана в морских и многолетнемерзлых отложениях.

Три тепловые свойства были определены Брайдом  (1997) и оценены из экспериментов, описанных здесь:

 - Теплопроводность,  λ: если λ высокая, температура проходит легко через материал.

 - Тепловая диффузивность, κ: если κ высокая, требуется  немного времени для того, чтобы в материале повысилась температура.

 - Удельная теплоемкость, c_p: если c_p высок, требуется высокая температура, чтобы поднять температуру материала.

Измерения тепловых свойств

Тепловые свойства чистого гидрата метана были изучены в лаборатории. Техника формирования использует весьма эффективный метод, разработанный USGS (Stern и др., 2000 г., 1996) , в котором гранулированных лед упакован в камеру сосуда давления.  Затем сосуд под давлением газа метана, медленно нагревают, чтобы лед, чтобы преобразовать в гидрат, и, в конце, сжатый  гидрат метана расположен в центре датчика температуры.

Тепловые свойства были измерены, нагревая образец с проводом нагревателя в тепловом исследовании, измеряя изменение температуры с расположенным в центре тепловым датчиком. Температура изменяется линейно, когда формируется в виде функции натурального логарифма (ln) времени.  Тепловые свойства образца вычислены от наклона и точки пересечения прямолинейной подгонки через данные. Эти измерения повторяются в диапазоне давлений и температур.

 Термические свойства:  результаты уравнений

Измерений тепловых свойств используются в моделях, которые могут прогнозировать изменения, которые гидратов метана проходят во время их восстановления в качестве ресурса или их потенциал диссоциации во время потепления. Поскольку гидраты вытесняют любой лед или воду, сравнивая тепловые свойства гидрата метана к таковым изо льда,  вода помогает измерить степень, до которой тепловые свойства осадка изменены присутствием гидрата метана.

 - Теплопроводность, λ: теплопроводность воды примерно  равна  гидрату метана, поэтому теплопроводность ниже точки замерзания  практически не зависит от содержания гидрата метана.

 -  Тепловая диффузивность, κ: Поскольку тепловая диффузивность воды - приблизительно половина того же из гидрата метана, имеющий осадок гидрат может изменить температуру более быстро чем вода.

 - Удельная теплоемкость c_p гидратов метана составляет около половины объема воды. При оценке эффективности диссоциации гидратов уменьшается вклад гидратов метана в теплоемкость осадка в результате повышения скорости диссоциации и, следовательно, уровня добычи метана.

 Заключения

Присутствие гидратов газа метана может изменить тепловые свойства отложений. Лабораторные усилия USGS для измерения тепловых свойств чистых гидратов газа метана поддерживают область моделирования, и другие лабораторные исследования, обеспечивая числовое основание для того, чтобы  спрогнозировать тепловую реакцию имеющего осадка гидрата к изменениям, вызванным естественно или посредством человеческой деятельности.