Un clatrato è un tipo di idrato, o composto d’acqua, in cui le molecole di un’altra sostanza sono intrappolate all’interno di una struttura a gabbia composta da molecole d’acqua. La molecola intrappolata è solitamente un gas a pressione e temperatura normali. I clatrati sono solidi simili al ghiaccio che generalmente si formano ad alte pressioni e basse temperature. Tra i più conosciuti e studiati c’è un idrato di metano che si trova naturalmente in grandi giacimenti sotto i fondali marini in molte parti del mondo. Queste possono essere una potenziale fonte di energia, ma c’è anche la preoccupazione che un improvviso rilascio di grandi quantità di metano clatrato, forse provocato dal riscaldamento globale, possa essere disastroso.
L’unità di base della maggior parte dei clatrati è un dodecaedro composto da 20 molecole d’acqua disposte a formare 12 facce pentagonali, con un centro cavo che può essere occupato da una “molecola ospite”. La struttura è essenzialmente tenuta insieme da legami idrogeno tra le molecole d’acqua, ma stabilizzata dalle molecole ospiti. Poiché i dodecaedri non possono essere impacchettati insieme per riempire tutto lo spazio disponibile, si verificano anche altre forme poliedriche, in modo da formare un reticolo. A causa di questa variazione nelle forme delle gabbie e del fatto che non tutte le gabbie sono necessariamente occupate, ai clatrati non possono essere date formule chimiche precise. Le molecole ospiti del clatrato possono essere gas idrocarburici, come metano o etano, ossigeno, azoto e anidride carbonica.
L’idrato di metano è il composto clatrato che ha suscitato maggiore interesse. Questo composto si trova in grandi quantità in varie località lungo i bordi di tutti i continenti e nelle regioni del permafrost della Siberia e dell’Alaska. È stato stimato che questi depositi costituiscono la più grande riserva di idrocarburi del pianeta, superando di gran lunga le riserve conosciute di carbone, petrolio e gas naturale. Si pensa che si siano formati dal metano prodotto dall’attività microbica in condizioni anaerobiche nei sedimenti appena sotto la superficie del fondo marino o sulla terraferma dove le temperature sono sufficientemente basse. Anche nelle regioni tropicali, le temperature del fondale marino sono sufficientemente basse per la formazione di clatrati, dove la pressione consente loro di solidificarsi a pochi gradi sopra il punto di congelamento.
Date le ingenti quantità di metano stoccate in questi giacimenti, sono stati considerati come una potenziale fonte di gas naturale. Potrebbero tuttavia esserci serie difficoltà tecniche nella sua estrazione che la rendono antieconomica. Durante gli anni ‘1960 e ‘1970, l’Unione Sovietica fece numerosi tentativi senza successo di estrarre gas dai depositi di clatrato del permafrost siberiano. C’è anche il timore che i metodi utilizzati per rilasciare il gas intrappolato possano destabilizzare i depositi, che potrebbero portare a cedimenti e smottamenti.
Sebbene i depositi di clatrato possano rappresentare un’enorme risorsa energetica non sfruttata, potrebbero anche rappresentare un serio pericolo. Non sono stabili al di fuori delle condizioni di temperatura e pressione in cui si verificano e si teme che il riscaldamento globale possa renderli instabili. Ciò rappresenta una duplice minaccia.
In primo luogo, lo scioglimento del ghiaccio clatrato misto a sedimenti ai margini continentali potrebbe provocare massicce frane e conseguenti tsunami. Ci sono prove dal passato geologico relativamente recente che ciò potrebbe essere accaduto al largo della costa della Norvegia. In secondo luogo, il metano è un potente gas “serra” che intrappola il calore nell’atmosfera in misura ancora maggiore dell’anidride carbonica. L’improvviso rilascio di enormi quantità di questo gas potrebbe accelerare il riscaldamento globale, che a sua volta potrebbe causare un’ulteriore destabilizzazione. Anche in questo caso, vi sono prove geologiche che ciò possa essere avvenuto in passato attraverso processi naturali e, a partire dal 2011, vi è una particolare preoccupazione per l’idrato di metano nei depositi di permafrost.