Un clatrato es un tipo de hidrato, o compuesto de agua, en el que las moléculas de otra sustancia quedan atrapadas dentro de una estructura similar a una jaula compuesta por moléculas de agua. La molécula atrapada suele ser un gas a presión y temperatura normales. Los clatratos son sólidos parecidos al hielo que generalmente se forman a altas presiones y bajas temperaturas. Entre los más conocidos y estudiados se encuentra un hidrato de metano que se encuentra naturalmente en grandes depósitos bajo el lecho marino en muchas partes del mundo. Estos pueden ser una fuente potencial de energía, pero también existe la preocupación de que una liberación repentina de grandes cantidades de clatrato metano, quizás provocada por el calentamiento global, pueda ser desastrosa.
La unidad básica de la mayoría de los clatratos es un dodecaedro compuesto por 20 moléculas de agua dispuestas para formar 12 caras pentagonales, con un centro hueco que puede ser ocupado por una «molécula huésped». La estructura se mantiene unida esencialmente por enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua, pero estabilizada por las moléculas huésped. Dado que los dodecaedros no se pueden empaquetar juntos para llenar todo el espacio disponible, también se producen otras formas poliédricas, de modo que se forma una celosía. Debido a esta variación en las formas de las jaulas y al hecho de que no todas las jaulas están necesariamente ocupadas, a los clatratos no se les pueden dar fórmulas químicas precisas. Las moléculas huésped de clatrato pueden ser gases de hidrocarburos, como metano o etano, oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono.
El hidrato de metano es el compuesto de clatrato que más interés ha generado. Este compuesto se encuentra en grandes cantidades en varios lugares alrededor de los bordes de todos los continentes y en las regiones de permafrost de Siberia y Alaska. Se ha estimado que estos depósitos constituyen la mayor reserva de hidrocarburos del planeta, superando con creces las reservas conocidas de carbón, petróleo y gas natural. Se cree que se formaron a partir del metano producido por la actividad microbiana en condiciones anaeróbicas en sedimentos justo debajo de la superficie del lecho marino o en tierra donde las temperaturas son suficientemente bajas. Incluso en las regiones tropicales, las temperaturas del fondo marino son lo suficientemente bajas para la formación de clatrato, donde la presión les permite solidificarse a unos pocos grados por encima del punto de congelación.
Dadas las grandes cantidades de metano almacenadas en estos depósitos, se los ha considerado como una fuente potencial de gas natural. Sin embargo, puede haber serias dificultades técnicas involucradas en su extracción que lo hagan antieconómico. La Unión Soviética hizo varios intentos fallidos de extraer gas de los depósitos de clatrato del permafrost siberiano durante las décadas de 1960 y 1970. También existe la preocupación de que los métodos utilizados para liberar el gas atrapado puedan desestabilizar los depósitos, lo que podría conducir a hundimientos y deslizamientos de tierra.
Si bien los depósitos de clatrato pueden representar un enorme recurso energético sin explotar, también podrían representar un grave peligro. No son estables fuera de las condiciones de temperatura y presión donde ocurren y existe la preocupación de que el calentamiento global pueda volverlos inestables. Esto plantea una doble amenaza.
En primer lugar, el derretimiento del hielo de clatrato mezclado con sedimentos en los bordes continentales podría provocar deslizamientos de tierra masivos y los consiguientes tsunamis. Existe evidencia del pasado geológico relativamente reciente de que esto pudo haber sucedido frente a las costas de Noruega. En segundo lugar, el metano es un potente gas de «efecto invernadero» que atrapa el calor en la atmósfera en mayor medida que el dióxido de carbono. La liberación repentina de grandes cantidades de este gas podría acelerar el calentamiento global, lo que a su vez podría causar una mayor desestabilización. Nuevamente, existe evidencia geológica de que esto pudo haber sucedido en el pasado a través de procesos naturales y, a partir de 2011, existe una preocupación particular sobre el hidrato de metano en los depósitos de permafrost.