Quelltext der Seite Methanhydrat

[[Datei: Gashydrat mit Struktur.jpg|mini|hochkant=1.2|Methanhydrat mit wabenartiger Struktur vom „Hydrate Ridge“ vor Oregon, USA.]]
'''Methanhydrat''', auch '''Methanclathrat''' oder '''Clathrathydrat''' (von {{laS|clatratus}} „vergittert“), '''Methaneis''' oder ''brennbares Eis'' genannt, ist eine natürlich vorkommende, eisartige Substanz. Es ist aus [[Wasser]]molekülen aufgebaut, die über [[Wasserstoffbrückenbindung]]en eine Käfigstruktur bilden, in der [[Methan]]moleküle eingeschlossen sind. Das eingeschlossene Methan stammt vorwiegend aus der mikrobiellen [[Methanogenese]] und zum Teil aus geologischen Prozessen. Als eine hochkonzentrierte Form von Methan, die große Mengen [[Kohlenstoff]] bindet, ist Methanhydrat eine bedeutende Komponente des globalen [[Kohlenstoffzyklus]].

Der französische Physiker und Chemiker [[Paul Villard]] untersuchte gegen Ende des 19. Jahrhunderts die [[Synthese (Chemie)|Synthese]] des Methanhydrats und dessen physikalisch-chemische Eigenschaften. Es galt zunächst als Laborkuriosität, bis es in den 1930er Jahren als Ursache für die Verstopfung von [[Erdgas]]pipelines identifiziert wurde.

In den 1960er Jahren wurde Methanhydrat erstmals in der Natur entdeckt. Es findet sich weltweit im [[Sediment]] entlang der [[Kontinentalrand|Kontinentalränder]], an [[Schelf]]en der [[Polargebiet]]e, in der [[Tiefsee]] sowie innerhalb und unterhalb von [[Permafrostboden|Permafrostgebieten]]. Obwohl der genaue Umfang der [[Rohstoffvorkommen|Vorkommen]] unbekannt ist, stellt Methanhydrat, das die höchste [[Energiedichte]] aller natürlich vorkommenden Formen von Methan hat, vermutlich eines der größten ungenutzten [[Ressource#Lagerstättenkunde|Energiereservoirs]] auf der Erde dar. Die Schätzungen über den Umfang der Vorkommen variieren beträchtlich, die Menge an gebundenem [[Kohlenstoff]] übersteigt möglicherweise die Summe aller anderen [[Fossile Energie|fossilen Brennstoffe]]. Die Entwicklung technischer Anwendungen auf Basis von Methanhydrat steht noch am Anfang und beinhaltet unter anderem die [[Gastrennung]], die [[Wasserentsalzung]] und die [[Weltraumforschung]].

Es wird vermutet, dass Methanhydrat als Quelle für atmosphärisches Methan das [[Paläoklimatologie|erdgeschichtliche Klima]] beeinflusste. Ein Zerfall des Methanhydrats durch erhöhte Umwelttemperaturen könnte das [[Treibhausgas]] Methan in enormem Ausmaß freisetzen und damit den vom Menschen verursachten Klimawandel beschleunigen.

Als Teil der [[Marines Sediment|Meeressedimente]] stabilisiert es diese, die Rolle des Zerfalls von Methanhydrat bei unterseeischen [[Bergsturz|Bergstürzen]] und [[Erdrutsch|Hangrutschen]] ist nicht abschließend geklärt. Methanhydratfelder am Grund des [[Golf von Mexiko|Golfs von Mexiko]] dienen als [[Habitat]] für [[Sirsoe methanicola|Eiswürmer]]. Deren mutmaßliche Nahrungsquelle sind [[Bakterien]], die auf dem Methanhydrat leben und sich von Methan ernähren.

Das mögliche Vorkommen von Methanhydrat auf dem [[Mars (Planet)|Mars]], [[Pluto]], den Monden von [[Saturn (Planet)|Saturn]] und [[Jupiter (Planet)|Jupiter]], [[Transneptunisches Objekt|transneptunischen Objekten]], [[Komet]]en und [[Asteroid]]en ist Gegenstand mannigfaltiger wissenschaftlicher Untersuchungen. Methanhydrat bildet möglicherweise die Quelle für die Methanatmosphäre des [[Titan (Mond)|Titan]]. Vermutete Methanhydratvorkommen auf dem Mars könnten bedeutend für die [[Marskolonisation]] sein.

== Einordnung und Nomenklatur ==
[[Datei:Clathrate hydrate cages.svg|mini|hochkant=2|Wasserkäfige, die die Strukturen sI, sII und sH von Gashydraten bilden]]
Methanhydrat gehört zur Gruppe der [[Einschlussverbindungen]]. Dies sind chemische Substanzen, bei denen eine Wirtskomponente einen Hohlraum in Form von Tunneln, Kanälen oder Schichten ausbildet, in dem andere Atome oder Moleküle als Gastkomponente eingelagert sind. Eine Untergruppe der Einschlussverbindungen sind die [[Clathrate]] oder Käfigverbindungen. Die [[IUPAC]] definiert Clathrate als {{" |Text=Einschlussverbindungen, bei denen sich das Gastmolekül in einem Käfig befindet, der durch das Wirtsmolekül oder durch ein Gitter von Wirtsmolekülen gebildet wird. |Autor=IUPAC |Quelle=Gold Book<ref name="Gold Book2" />}} Es gibt keine [[Kovalente Bindung|kovalente]] oder [[ionische Bindung]] zwischen Gast und Wirt, die Anziehungskraft ist auf die [[Van-der-Waals-Kräfte]] zurückzuführen.<ref name="Gold Book1" />

[[Gashydrat]]e oder Clathrathydrate, oft nur Clathrathe genannt, sind [[nichtstöchiometrische Verbindungen]], in denen [[Wasser]]moleküle die Wirtskäfige bilden, in deren Hohlräumen kleine Gastatome oder -moleküle eingeschlossen sind. Handelt es sich bei dem eingeschlossenen Molekül um Methan, wird das Gashydrat als Methanhydrat bezeichnet.<ref name="RummichE" />

Methanhydrat liegt in drei verschiedenen Strukturen vor, die Methanhydrat I, II und H genannt werden. Die Struktur I ist die häufigste Form des natürlich vorkommenden Methanhydrats. Die Struktur der Wirtskäfige wird mit der Notation A<sup>B</sup> beschrieben, wobei A die Anzahl der Seiten pro Käfigfläche und B die Anzahl der Flächentypen ist, aus denen ein bestimmter Käfig besteht.<ref name="HeisterKC" /> Im Methanhydrat I bilden Wassermoleküle [[Dodekaeder|pentagondodekaedrische]] Käfige, die aus 12 fünfeckigen Flächen mit gemeinsamen Kanten bestehen und die als 5<sup>12</sup>-Käfige bezeichnet werden sowie etwas größere Käfige, die aus sechseckigen und fünfeckigen Flächen bestehen und als 5<sup>12</sup>6<sup>2</sup>-Käfige bezeichnet werden.<ref name="LauricellaM" /> Das Verhältnis der 5<sup>12</sup>-Käfige zu den 5<sup>12</sup>6<sup>2</sup>-Käfigen beträgt etwa 1&nbsp;:&nbsp;3. Im Methanhydrat II bilden die Wassermoleküle 5<sup>12</sup>- und 5<sup>12</sup>6<sup>4</sup>-Käfige. Diese Struktur, [[Hexakaidekaeder]] genannt, wird durch Gastmoleküle gebildet, die größer als Methan sind.<ref name="HeisterKC" />

Methanhydrat der Struktur I, das aus Methan biogenen Ursprungs gebildet wurde, enthält als eingeschlossene Gaskomponente fast ausschließlich Methan (> 99 %). Diese Form macht über 95 % aller Methanhydratvorkommen aus. In Methanhydrat der Struktur II, das thermogenen Ursprungs ist, liegen neben Methan noch andere Kohlenwasserstoffe wie Propan vor. Die Struktur H enthält noch größere Moleküle wie [[Hexan]], [[Methylcyclopentan]], [[Cyclohexan]] und [[Methylcyclohexan]].<ref name="LuH" /> Methan ist bei natürlich vorkommendem Methanhydrat in den beiden Strukturen dennoch die vorherrschende Komponente.

== Geschichte ==
=== Erste Beobachtungen ===
[[Datei:Joseph Priestley by Ozias Humphrey.jpg|mini|Joseph Priestley]]
Die erste Beobachtung eines Clathrathydrats geht wahrscheinlich auf [[Joseph Priestley]] zurück, der 1778 die Bildung von [[Kristall]]en beobachtete, als er [[Schwefeldioxid]] durch Wasser bei etwa 0&nbsp;°C leitete.

{{Zitat
 |Text=I had observed that with respect to marine acid air and alkaline air that they dissolve ice, and that water impregnated with them is incapable of freezing, at least in such degree of cold as I had exposed them to. The same I find, is the case with fluor acid air, but it is not so at all with vitriolic acid air, which, entirely contrary to my expectation, I find to be altogether different. […] But whereas water impregnated with fixed air discharges it when it is converted into ice, water impregnated with vitriolic acid air, and then frozen retains it as strongly as ever.
 |Sprache=en
 |Autor=Joseph Priestley
 |Quelle=
 |Übersetzung=Ich hatte in Bezug auf marinsaure Luft ([[Chlorwasserstoff]]) und alkalische Luft ([[Ammoniak]]) beobachtet, dass sie Eis lösen, und dass Wasser, das mit ihnen imprägniert ist, unfähig ist, zu gefrieren, zumindest bei einem solchen Grad der Kälte, dem ich es ausgesetzt hatte. Das gleiche finde ich, ist der Fall mit fluorsaurer Luft ([[Tetrafluorsilan]]), aber es ist überhaupt nicht so mit vitriolsaurer Luft (Schwefeldioxid), die ich, ganz im Gegensatz zu meiner Erwartung, ganz anders zu sein finde. […] Aber während Wasser, das mit fixierter Luft (Kohlenstoffdioxid) imprägniert ist, sie abgibt, wenn es in Eis umgewandelt wird, behält Wasser, das mit vitriolsaurer Luft imprägniert und dann gefroren ist, sie so stark wie immer zurück.
 |ref=<ref name="SloanED4" />}}

[[Humphry Davy]] bemerkte 1810 ein ähnliches Phänomen, als er mit [[Chlor]] versetztes Wasser auf 9&nbsp;°C abkühlte.<ref name="MakogonYF" /> [[Michael Faraday]] bestimmte die chemische Zusammensetzung des Hydrats mit einem [[Mol]] Chlor auf zehn Mole Wasser, wobei die tatsächliche Zusammensetzung näher bei einem Mol Chlor auf acht Molen Wasser liegt. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts widmeten sich weitere Chemiker der Untersuchung der Gashydrate. So synthetisierte der Chemiker [[Carl Löwig]] 1829 das [[Brom]]hydrat und [[Friedrich Wöhler]] entdeckte 1840 das Hydrat des [[Schwefelwasserstoff]]s.<ref name="GoshovskiSV" /> Die erste Synthese des [[Kohlenstoffdioxid]]hydrats gelang [[Zygmunt Wróblewski]] 1882. Um 1884 untersuchte [[Hendrik Willem Bakhuis Roozeboom|Bakhuis Roozeboom]] weitere Hydrate, unter anderem das bereits von Priestley beschriebene Hydrat des Schwefeldioxid.<ref name="DyadinYA" />

=== Entdeckung des Methanhydrats ===
[[Datei:Paul Villard.jpg|mini|Paul Villard (um 1900)]]
Ab 1888 untersuchte Paul Villard die Hydrate der [[Kohlenwasserstoffe]]. Er entdeckte in diesem Jahr das Methanhydrat, die Hydrate von [[Ethan]], [[Ethen]], [[Ethin]], und [[Distickstoffmonoxid]] sowie 1890 das Hydrat des [[Propan]]s. Methanhydrat wird bei niedrigen Temperaturen unter Druck mit einem Überschuss des Gases hergestellt, überschüssiges Methan wird durch Druckentlastung entfernt. Villard stellte die Regel auf, nach der die allgemeine Zusammensetzung der Gashydrate durch die Formel M&nbsp;+ &nbsp;6&nbsp;H<sub>2</sub>O beschrieben werden; die Regel gilt annähernd für kleine Moleküle, die in der Struktur I auftreten.

In Zusammenarbeit mit Villard synthetisierte [[Robert Hippolyte de Forcrand]] die Hydrate des [[Chlormethan]]s sowie gemischte Gashydrate. Die Darstellung der Hydrate von [[Inertgas]]en wie [[Argon]] gelang ihm 1896, von [[Krypton]] 1923, und [[Xenon]] 1925.<ref name="MakogonYF" /> Weiterhin wurde die Existenz von Doppelhydraten entdeckt, die Moleküle von zwei hydratbildenden Substanzen enthalten.

Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeit konzentrierte sich zu dieser Zeit auf die Identifikation von Verbindungen, die Hydrate bildeten, sowie deren quantitative Zusammensetzung. Obwohl sich weitere Wissenschaftler der Untersuchung der Hydrate zuwandten und ihre Eigenschaften und chemische Zusammensetzung erforschten, erweckte das Gebiet der Hydratforschung zunächst kein industrielles Interesse.

=== Verstopfung von Pipelines ===
[[Datei:Bundesarchiv Bild 183-1983-0427-036, UdSSR, DDR-Monteure an Gastrasse.jpg|mini|Erdgas-Trasse [[Urengoi]]-[[Ushgorod]] im ukrainischen [[Oblast Iwano-Frankiwsk]] (1983)]]
Dies änderte sich in den 1930er Jahren, als die Erdgasförderung und der -transport in Pipelines unter hohem Druck ökonomische Bedeutung erlangte. In bestimmten Abschnitten von Erdgaspipelines nahm durch den [[Joule-Thomson-Effekt]] die Temperatur stark ab. In diesen Abschnitten wurde eine eisähnliche Substanz gefunden, welche die Pipelines verstopfte. Hammerschmidt wies 1934 nach, dass Methan mit dem im Erdgasstrom vorhandenen Wasser Methanhydrat bildete, und dass dieses die Pipelines verstopfte und nicht Eis, wie ursprünglich angenommen.<ref name="HammerschmidtEG" /> Seine Entdeckung löste eine neue Phase der Methanhydratforschung aus, da die Methanhydratpfropfen in [[Pipeline|Erdgaspipelines]] für die Erdgasindustrie problematisch waren und wirtschaftliche Verluste und Umweltrisiken verursachten.

Die damit verbundenen Probleme und Unfälle führten zu vielfältigen Forschungsaktivitäten mit dem Ziel, die Bildung von Methanhydrat beim Umgang mit Erdgas und [[Erdöl]] zu verhindern. Sie beinhalteten unter anderem die Erforschung von [[Additiv]]en, welche Methanhydrat auflösen oder seine Bildung hemmen. Die Untersuchung seiner [[Thermodynamik|thermodynamischen]] Stabilitätsgrenzen sowie die [[Kinetik (Chemie)|Kinetik]] der Bildung und Auflösung erlaubte die Vorhersage der Bildung von Methanhydratblockaden in Gaspipelines.<ref name="GoshovskiSV" /> Die Öl- und Gasindustrie intensivierte die Forschung nochmals, nachdem sie begann, Erdölvorkommen in der Tiefsee zu fördern, wo die erforderlichen Bedingungen für die Methanhydratbildung herrschen.

Bereits Mitte der 1930er Jahre wurde vermutet, dass Methanhydrat eine Clathratverbindung ist. Dies wurde in den 1940er und 1950er Jahren bestätigt, als erste Untersuchungen bezüglich der Kristallstruktur von Clathratstrukturen durchgeführt und die Strukturen I und II identifiziert wurden.<ref name="StackelbergMv" /><ref name="StackelbergMv2" /> Ebenso wurde entdeckt, dass Mischhydrate stabiler sein können und einen um 10 bis 15&nbsp;°C erhöhten [[Schmelzpunkt]] haben können.<ref name="StackelbergMv3" /> In den 1950er Jahren entwickelte der niederländische Physiker [[Johannes Diderik van der Waals jr.]], der Sohn des Nobelpreisträgers [[Johannes Diderik van der Waals]], zusammen mit J. C. Plateeuw ein thermodynamisches Modell des Methanhydrats.<ref name="PlatteeuwJC" />

=== Funde von natürlichem Methanhydrat ===
Bereits in den 1940er Jahren wurde über natürliche Methanhydratvorkommen in der Permafrostzone Kanadas spekuliert. Die Vermutungen konnten zu dieser Zeit noch nicht durch Funde bestätigt werden. Dies änderte sich Anfang der 1960er Jahre, als [[Yuri Makogon]] entdeckte, dass Methanhydrat natürlich in Sedimenten vorkommt. Russische Bohrtrupps brachten Ende der 1960er Jahre in [[Sibirien]] am Oberlauf des [[Messojacha]] eine [[Bohrung (Geologie)|Bohrung]] nieder, die im oberen Teil eines Erdgasfelds erstmals auf eine Lagerstätte von Methanhydrat stieß. Es war die erste Bestätigung für das Vorkommen von natürlichem Methanhydrat.<ref name="GoshovskiSV" /> Zu Beginn der 1970er Jahre wurde Methanhydrat in weiteren [[Arktis|arktischen Gebieten]], etwa in [[Alaska]] und im kanadischen [[Mackenzie River|Mackenzie-Delta]] nachgewiesen.<ref name="SloanED3" />

Damit wandelte sich Methanhydrat von einer Laborkuriosität und Betriebsgefahr für Erdgaspipelines zu einer möglichen [[Energiequelle]], die Funde lösten eine weitere Welle der Methanhydratforschung aus. Von Interesse waren die Untersuchung der geologischen und chemischen Parameter, die das Vorkommen und die Stabilität von Methanhydrat in der Natur steuern sowie die Abschätzung des Methanvolumens in den verschiedenen Methanhydratvorkommen. Zu dieser Zeit begannen erste Untersuchungen des Abbauverhaltens.<ref name="CollettT1" />

=== Deep Sea Drilling Project ===
[[Datei: GlomarChallengerBW.JPG|mini|Forschungsschiff [[Glomar Challenger]]]]
[[Datei:Mallik 5L-38 Well Site 2.jpg|mini|Mallik-Methanhydrat-Produktionsforschungsbohrung, Kanada]]
Das US-amerikanische Forschungsschiff [[Glomar Challenger]], eine [[Bohrplattform]] für das Studium von Methanhydrat, der [[Plattentektonik]] und der [[Paläozeanographie]], förderte in den 1970er und 1980er Jahren bei mehreren Expeditionen im Rahmen des [[Deep Sea Drilling Project]] Methanhydrat-haltiges Sediment aus der Tiefsee. Die Wissenschaftler erhielten durch das Bohrprogramm Beweise für die Existenz von Methanhydrat in einer Vielzahl von geologischen Gegebenheiten.<ref name="BeaudoinYC" />

Ein Missionsziel der Glomar Challenger war, die Natur der anomalen akustischen Reflexionen zu untersuchen, die am [[Blake Ridge]], einem tiefen Bereich des [[Atlantischer Ozean|Atlantischen Ozeans]], der entlang der Ostküste der Vereinigten Staaten verläuft, entdeckt wurden. Dabei stellten die Geologen fest, dass Methanhydratvorkommen am Meeresboden durch [[Reflexionsseismik|reflektionsseismische Verfahren]] nachweisbar sind. Beim Übergang der seismischen Laufzeiten aus einem dichten in ein weniger dichtes Medium, wie er an der Basis der Methanhydratstabilitätszone auftritt, entsteht ein sogenannter Boden-simulierender Reflektor, der charakteristisch für Methanhydrat ist.<ref name="BeaudoinYC" /> Dies bestätigten Sedimentkerne, die hohe Methankonzentrationen aufwiesen. Die Vorkommen, die etwa in einer Tiefe von über 2500&nbsp;Metern unter dem [[Meeresspiegel]] in Tiefen von etwa 700 bis 750&nbsp;Metern unter dem [[Ozeanboden|Meeresboden]] liegen, wurden auf 15&nbsp;Gigatonnen Kohlenstoff geschätzt.<ref name="DickensGR1" />

Im Rahmen des Programms fanden die Wissenschaftler Methanhydrat in Bohrkernen aus dem [[Mittelamerikagraben]] vor [[Mexiko]] sowie vor [[Guatemala]]. Sie wiesen ebenfalls Methanhydratvorkommen nach, bei denen kein zugehöriger Boden-simulierender Reflektor vorhanden war. Die Ergebnisse legten nahe, dass Methanhydrat in den Kontinentalrändern auf der ganzen Welt zu finden ist.<ref name="BeaudoinYC" />

Erstmals wurde zu jener Zeit die Theorie aufgestellt, dass sich auflösendes Methanhydrat der Auslöser für unterseeische [[Massenbewegung (Geologie)|Rutschungen]] sein könnte, und dass der Zerfall von Methanhydrat in der erdgeschichtlichen Vergangenheit zu einem klimabeeinflussenden Ausstoß von Methan in die Atmosphäre geführt haben könnte.<ref name="DickensGR" /> Ein großflächiger Zerfall wurde als Erklärungsversuch für das [[Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum]] erwogen.

Ende der 1990er Jahre begannen in Mallik an der [[Beaufortsee]] erste Tests zum Abbau von Methanhydrat im dortigen Permafrostgebiet. Wissenschaftler aus den USA, Europa, darunter Deutschland, Japan, Indien und China erarbeiteten dort Abbaumethoden.<ref name="KuriharaM" />

=== Deepwater Horizon ===
[[Datei:Deepwater Horizon offshore drilling unit on fire 2010.jpg|mini|[[Feuerlöschboot]]e bekämpfen das Feuer auf der Bohrinsel [[Deepwater Horizon]]]]
Im April 2010 kam es auf der [[Deepwater Horizon]], einer [[Bohrplattform]] für die [[Exploration (Geologie)|Erdölexploration]] im [[Golf von Mexiko]], zu einer Explosion. In der Folge traten etwa 550 bis 800&nbsp;Millionen Liter [[Erdöl]] sowie etwa 147.000&nbsp;Tonnen Methan ins Meer aus, was zur [[Ölpest im Golf von Mexiko 2010|Ölpest im Golf von Mexiko]] führte, der schwersten [[Umweltkatastrophe]] dieser Art in der Geschichte.<ref name="LewisSAY" /> Möglicherweise war Methanhydrat ein Faktor, der zur Entstehung der Katastrophe beigetragen hat. Die Bohrung könnte auf Methanhydrat in Sediment gestoßen sein, das durch einen Druckabfall oder eine Erwärmung zerfallen konnte. Das Methan konnte eventuell durch einen Defekt in das Bohrloch eindringen und zu einem hohen Druck im Bohrloch beigetragen haben, der schließlich zum [[Blowout (Tiefbohrtechnik)|Blowout]] führte, bei dem die Plattform in Brand geriet.<ref name="FolgerP" />

Nach der Explosion platzierte [[BP]] eine etwa 125&nbsp;Tonnen schwere Kuppel über dem größten Leck des Bohrlochs. In der Kuppel sollte sich das austretende Erdöl sammeln und über eine Leitung zu einem Lagerbehälter an der Oberfläche geleitet werden. Austretendes Methan bildete jedoch unter den herrschenden Temperaturen und Drücken mit dem Meerwasser Methanhydrat, das die abführende Leitung verstopfte und so den Abfluss behinderte.<ref name="LeeJ" />

=== Produktionstests ===
In einer Machbarkeitsstudie wurde 2012 an der Ignik-Sikumi-Bohrung Nr. 1 im [[Prudhoe Bay|Prudhoe-Bay-Feld]] der Austausch von [[Kohlenstoffdioxid]] gegen in Methanhydrat gebundenes Methan getestet. Das freigesetzte Methan wurde durch eine Druckentlastung des Reservoirs gefördert.<ref name="ParshallJ" /> Basierend auf seismischen Untersuchungen, die auf Methanhydratvorkommen hindeuten, begann Japan Ende 1999 mit Probebohrungen im nordwestlichen Pazifik vor Japan. Die Bohrungen in einer Wassertiefe von 945&nbsp;Metern bestätigten Methanhydratvorkommen. Basierend auf den Ergebnissen der Exploration rief die japanische Regierung ein Forschungsprogramm zur Untersuchung des Abbaus von Methanhydrat ins Leben.<ref name="TsujiY" /> In Produktionsversuchen im April 2017 wurde vor der Insel [[Honshu]] erstmals auf offener See Methan aus Methanhydrat gefördert, anfangs bis zu 20.000&nbsp;Kubikmeter pro Tag.<ref name="YamamotoK" /> Für die aufgetretenen Probleme siehe den Abschnitt zur [[#Druckentlastung|Druckentlastungsmethode]].

Auch China testet seit 2017 den Abbau von Methanhydrat aus etwa 1200&nbsp;m Tiefe im Gebiet von Shenhu im südchinesischen Meer.<ref name="cgtn.com">CGTN: [https://news.cgtn.com/news/2021-04-12/Flammable-Ice-China-aims-for-commercial-extraction-by-2030--ZoI6Ayyc00/index.html Flammable Ice: China aims for commercial extraction by 2030 - CGTN], abgerufen am: 6. Januar 2024</ref><ref name="eurasian-research.org">ERI: [https://www.eurasian-research.org/publication/successful-mining-of-flammable-ice/ Successful Mining of “Flammable Ice”. – ERI], abgerufen am: 6. Januar 2024</ref>

In der Prudhoe Bay wurde 2018 eine [[Stratigraphie (Geologie)|stratigrafische]] Testbohrung [[Teufe|abgeteuft]] und der Nachweis von Methanhydratreservoiren erbracht. Die Hydrate-01 genannte Bohrung ist als Überwachungsbohrung für langfristig angelegte Produktionstests vorgesehen. Unter anderem soll die Reaktion von Methanhydratlagerstätten auf Druckentlastung untersucht werden.<ref name="NETL1" />

== Vorkommen ==
[[Datei:Gas-hydrate deposits by sector.svg|mini|500px|Marine und terrestrische Methanbestände
{|
|style="width:35%;"|{{Farblegende|#79FFFF|Permafrost}}{{Farblegende|#D38E5E|Gashydratstabilitätszone}}{{Farblegende|#2A9E47|junges mikrobielles Gas}}
|{{Farblegende|#51C7E7|altes mikrobielles Gas}}{{Farblegende|#E786B7|thermogenes Gas}}{{Farblegende|#B1549D|freigesetzt aus Gashydraten (mikrobiell oder thermogen)}}
|}
]]
Große Methanhydratvorkommen befinden sich in den Ozeanen, unter dem [[Eisschild]] [[Grönland]]s und der Arktis, in der Antarktis sowie in und unter den Permafrostböden an Land sowie in überschwemmten Permafrostböden. Insgesamt sind 71 % der Erdoberfläche von Ozeanen, deren Nebenmeeren und Binnengewässern bedeckt, etwa 90 % dieser Fläche haben eine für die Methanhydratbildung notwendige Wassertiefe.<ref name="RungeHC" />

Erste Schätzungen hinsichtlich des Vorkommens und der Verteilung submariner Methanhydratvorkommen stammen aus den 1970er Jahren und basierten auf der Annahme, dass sie ab einer Wassertiefe über 500&nbsp;Metern fast im gesamten Ozean auftreten. Eine Abschätzung in den 1990er Jahren aufgrund von seismischen Studien kam zu dem Ergebnis, dass etwa 11.000&nbsp;[[Tonne (Einheit)#Dezimale Vielfache|Gigatonnen]] Kohlenstoff im Methanhydrat gebunden sei.<ref name=SchicksJ />

Schätzungen, die auf neueren Forschungstätigkeiten beruhen, gehen von einer Menge zwischen 500 bis 2500&nbsp;Gigatonnen im Methanhydrat gebundenen Kohlenstoffs aus, während die Menge des gesamten organisch gebundenen Kohlenstoffs ohne Methanhydrat bei etwa 9000&nbsp;Gigatonnen liegt.<ref name="YouK" /> Der [[United States Geological Survey]] (USGS), eine wissenschaftliche Behörde der Vereinigten Staaten im Bereich der [[Geologie]], schätzt die Vorkommen auf 1800&nbsp;Gigatonnen, eine Größenordnung, die auch von anderen Wissenschaftlern als realistisch angesehen wird.<ref name="MilkovAV" />

In der Literatur wird die Größe der Methanhydratvorkommen meist auf Basis Methanvolumen oder Kohlenstoffmasse angegeben. Typische Volumenangaben werden in Kubikmeter und, vor allem in der englischsprachigen Literatur, in ''Trillion Cubic Feet'' (TCF) gemacht. Ein ''Trillion Cubic Feet'' entspricht 28,3&nbsp;Milliarden Kubikmeter. Weiterhin ist die Angabe in Gigatonnen oder [[Gramm#Dezimale Vielfache|Petagramm]] Kohlenstoff gängige Praxis, vor allem zum Vergleich mit anderen organischen Kohlenwasserstoffreservoiren. Als Methan unter [[Standardbedingungen]] haben 1800&nbsp;Gigatonnen Kohlenstoff ein Volumen von 3,4&nbsp;Mio&nbsp;km<sup>3</sup>. Das ist mehr als das 800fache der weltweiten Erdgasproduktion im Jahre 2019.<ref>IEA: [https://www.iea.org/reports/key-world-energy-statistics-2021/supply#natural-gas ''Key World Energy Statistics 2021.'']</ref>

=== Marine Vorkommen ===
[[Datei:Gashydrate 1996.svg|mini|hochkant=2|Bekannte und vermutete Lagerstätten von Methanhydrat an den Kontinentalrändern und in Permafrostböden]]
Marine Methanhydrate kommen in Kontinentalhängen, Inselhängen, ozeanischen Anstiegen und Tiefwasserzonen im Landesinneren sowie in [[Randmeer]]en vor. Dort findet die größte Methanproduktion statt, da eine große Menge Material biologischen Ursprungs den Meeresboden erreicht, das in den oberen Zonen des Meeres produziert wird. Auf den großen Tiefseeebenen ist dies nicht der Fall, daher sind die Vorkommen dort seltener.

Bei geeigneten Voraussetzungen, also niedrigen Temperaturen, höheren Drücken und genügend verfügbarem Methan, ist die Bildung und Ansammlung von Methanhydrat wahrscheinlich. Die Stabilitätszone von Methanhydrat wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Salz im Meerwasser führt zu einer Verkleinerung der Stabilitätszone, mit steigendem Salzgehalt werden niedrigere Temperaturen und höhere Drücke notwendig. Längerkettige Kohlenwasserstoffe in gemischten Hydraten haben eine entgegengesetzte Wirkung und können die Stabilitätszone erheblich ausdehnen.<ref name="SchicksJ2" />

An den Kontinentalhängen und den Rändern von [[Binnenmeer]]en und -seen ist die [[Plankton]]bildung hoch. Die Sedimentation des organischen Materials bietet den Methan-produzierenden Mikroben die Grundlage für die Produktion von großen Methanmengen. Methanhydrat findet sich daher an allen Kontinentalhängen sowie im [[Schwarzes Meer|Schwarzen Meer]] oder im [[Kaspisches Meer|Kaspischen Meer]]. Die bei weitem größten Vorkommen befinden sich in der Tiefsee unterhalb einer Tiefe von mindestens 200&nbsp;Metern und sind mikrobiologischen Ursprungs, außer in thermogenen Becken wie dem [[Golf von Mexiko]]. Die gesamten Vorkommen der Tiefsee werden vom United States Geological Survey auf etwa 1700&nbsp;Gigatonnen Kohlenstoff geschätzt und repräsentieren mehr als 95 % aller Methanhydratvorkommen, wobei die [[antarktis]]chen Vorkommen ausgenommen sind.<ref name="RuppelCD" />

Methanhydrat kommt sowohl in fein- als auch in grobkörnigen Sedimenten vor, wobei grobkörnige Sedimente höhere Konzentrationen von Methanhydrat aufweisen. Sie sind typischerweise in der Nähe des Meeresbodens bis zu einer Tiefe von etwa 50 bis 160&nbsp;Metern unter dem Meeresboden vorhanden.<ref name="YouK" /> Bedeutende marine Methanhydratvorkommen wurden vor den Vereinigten Staaten, in Japan und in Indien im Krishna-Godarvi-Becken vor [[Andhra Pradesh]] entdeckt.<ref name="RiedelM" /> An der [[Subduktion]]szone vor Oregon taucht die ozeanische [[Juan-de-Fuca-Platte]] durch [[Plattentektonik]] unter die kontinentale [[Nordamerikanische Platte]] ab. Dabei wird das subduzierte Sediment in größeren Tiefen ausgepresst und [[Porenwasser]] mit hohem Methangehalt wird nach oben transportiert. In der Nähe der Sedimentoberfläche kommt dieses gelöste Methan durch Abkühlung in das Stabilitätsfeld von Methanhydrat, und es bildet sich Methanhydrat im Sediment beziehungsweise an der Sedimentoberfläche. Durch diesen Prozess wird das meiste aufsteigende Methan im Sediment gebunden und nahe der Sedimentoberfläche abgelagert.<ref name="BohrmannG" /> Als ökonomisch abbaubar werden Vorkommen in Sandlagerstätten mit hoher Porosität angesehen. Die Größe der abbaubaren Tiefseevorkommen wird auf etwa 657&nbsp;Gigatonnen geschätzt.<ref name="JohnsonAH" />

1997 wurde der erste Nachweis von Methanhydrat in den [[Sedimente und Sedimentgesteine|Sedimenten]] des russischen [[Baikalsee]]s erbracht. Im Zuge des „Baikal-Drilling“-Projektes wurde in dem Sedimentkern BDP-97 das Hydrat nachgewiesen.<ref name="KuzminMI" /> Bislang wurden dort 21&nbsp;Stellen mit Methanhydratvorkommen entdeckt, die thermogenen, mikrobiellen und gemischten Ursprungs sind. An 15&nbsp;Stellen wurde Methanhydrat in [[Schlammvulkan]]en gefunden.<ref name="KhlystovO" />

Die [[Ostsibirische See]] ist ein flaches Schelfmeer, das durch die Überflutung Nordostsibiriens während des Anstiegs des globalen Meeresspiegels im frühen [[Holozän|Nacheiszeitalter]] entstand. Der unterseeische Permafrost der Ostsibirischen See enthält wahrscheinlich bedeutende, aber wenig erforschte Vorkommen von Methan. Diese können als Methanhydrat im oder unter dem unterseeischen Permafrost vorliegen oder als thermogenes Gas.<ref name="RuppelCD" />

=== Terrestrische Vorkommen ===
[[Datei:Karte Alaska Methanhydrat-Körper.png|mini|North Slope in Alaska, Grenze der Methanhydratvorkommen]]
Die Methanhydratvorkommen an Land liegen hauptsächlich in Permafrostgebieten, die auf der Nordhalbkugel große Teile [[Alaska]]s, [[Kanada]]s und [[Russland]]s umfassen. Das im Permafrost vorhandene, als Methanhydrat gebundene Methan in der [[North Slope]], einer Region im [[Bundesstaat der Vereinigten Staaten|US-Bundesstaat]] Alaska, wird auf 16,7&nbsp;Billionen Kubikmeter Methan geschätzt.<ref name="CollettT" /> Damit übersteigt die Menge des in Methanhydrat gebundenen Methans die Ressourcen von konventionell förderbarem Gas im North Slope bei weitem.

Die thermischen Bedingungen zur Bildung von Permafrost und Methanhydrat bestehen in der Arktis etwa seit dem Ende des [[Pliozän]]s vor etwa 2,58&nbsp;Millionen Jahren. Die im Permafrost vorhandenen Methanhydratansammlungen entwickelten sich wahrscheinlich aus [[Erdgas#Konventionelle Lagerstätten|konventionellen Gaslagerstätten]] und sind thermogenen Ursprungs.<ref name="CollettT" />

Über die Größe der antarktischen Vorkommen ist wenig bekannt, die Schätzungen liegen zwischen 80 und 400&nbsp;Gigatonnen Kohlenstoff. Die Vorkommen an den oberen [[Kontinentalhang|Kontinentalhängen]] werden auf 63&nbsp;Gigatonnen geschätzt und stellen etwa 3,5 % der Methanhydratvorkommen. Die Vorkommen in Permafrostböden an Land und in überschwemmten Permafrostgebieten umfassen etwa 20&nbsp;Gigatonnen und stellen etwa 1,1 % der Methanhydratvorkommen dar.<ref name="RuppelCD" />

=== Extraterrestrische Vorkommen ===
Die ursprüngliche Bildung von Methan erfolgte wahrscheinlich im interstellaren Medium, bevor es ein Teil des [[Sonnennebel]]s wurde. Beobachtungen in der Nähe von jungen Sternobjekten haben gezeigt, dass ein Großteil des interstellaren Methans durch die [[Hydrierung]] von Kohlenstoff auf Staubkörnern gebildet wird.<ref name="QasimD" /> Während der Abkühlung des protosolaren Nebels wurde es als Methanhydrat gebunden. In dieser Form bildete es die Bausteine von Kometen, Eiskörpern und Riesenplaneten. Methanhydrat spielte möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von [[Atmosphäre (Astronomie)#Atmosphären der verschiedenen Himmelskörper|Planetenatmosphären]].<ref name="MousisO1" /> Basierend auf den Daten von [[Voyager 2]] wird vermutet, dass die Monde des [[Uranus (Planet)|Uranus]] etwa 7 % Methanhydrat enthalten.<ref name="AndersonJD" /> Bei [[Pluto]] deutet die Lage von Sputnik Planitia in der Nähe des Äquators auf das Vorhandensein eines unterirdischen Ozeans und einer lokal ausgedünnten Eishülle hin. Um einen flüssigen Ozean aufrechtzuerhalten, muss Pluto die Wärme im Inneren halten. Das Vorhandensein einer dünnen Schicht von Methanhydrat an der Basis der Eisschale könnte als thermischer Isolator wirken und verhindern, dass der Ozean vollständig gefriert.<ref name="KamataS" /> Auf dem [[Zwergplanet]]en [[(1) Ceres|Ceres]], dem wasserreichsten Körper im Sonnensystem nach der Erde, wurde Kohlenstoff in Form von Carbonaten und organischen Verbindungen gefunden. Es wird vermutet, dass Methan in Form von Methanhydrat in der Kruste vorhanden ist.<ref name="FuRR" />

==== Vermutete Vorkommen auf dem Mars ====
[[Datei:Mögliche Methanquellen und -senken.svg|mini|Mögliche Methanquellen und -senken auf dem Mars<ref name="NASAx" />]]
Seit 2004 wurden bei verschiedenen Missionen, etwa durch den Marsrover [[Mars Science Laboratory|Curiosity]] und Beobachtungsstudien, Spuren von Methan in der Marsatmosphäre im Bereich von 60&nbsp;[[parts per billion#Mischungsverhältnisse (ppbv, ppbw)|parts per billion by volume]] (ppbv) festgestellt. Die Quelle von Methan auf dem Mars und die Erklärung für die temporären Abweichungen in den beobachteten Methankonzentrationen sind bislang unbekannt. Als kondensierte Phasen auf der Marsoberfläche wurden bislang festes Kohlendioxid und Wassereis beobachtet. Dennoch könnten Methanhydrat oder gemischte Clathrathydrate im Untergrund vorhanden sein und eine mögliche Quelle für atmosphärisches Methan darstellen.<ref name="MousisO" /> Die nachgewiesenen Methankonzentrationen entsprechen dem Zerfall eines Volumens von etwa 2750&nbsp;Kubikmetern Methanhydrat.<ref name="GaineySR" />

Die thermodynamischen Bedingungen erlauben die Existenz gemischter Clathrathydrate, deren Zusammensetzung der Marsatmosphäre mit Kohlenstoffdioxid, [[Stickstoff]], [[Argon]] und Methan entspricht.<ref name="ThomasC" /> Mit Methan angereicherte Clathrathydrate im Untergrund des Mars können jedoch nur stabil sein, wenn eine primitive Methan-reiche Atmosphäre existiert hat oder eine Quelle von Methan vorhanden war oder noch ist.

==== Vermutete Vorkommen auf dem Titan ====
[[Datei:Titan cutaway de 02.svg|mini|Vermuteter Aufbau des Titan (von innen nach außen): Gesteinskern, Hochdruckeisschicht, Wasser- und Ammoniakschicht, Schicht aus Eis und Methanhydrat und Atmosphäre.<ref name="NasaCassini1" />]]
Die Atmosphäre von [[Titan (Mond)|Titan]], dem größten [[Saturn (Planet)|Saturnmond]], besteht zu etwa 94,2 % aus [[Stickstoff]], zu 5,65 % aus Methan und etwa 0,099 % aus [[Wasserstoff]]. Die Sonde [[Voyager 1]] lieferte im November 1980 die ersten detaillierten Beobachtungen der Titanatmosphäre und zeigte, dass die Temperatur bei etwa 95&nbsp;Kelvin liegt und dass der Oberflächendruck 1,5&nbsp;bar beträgt.<ref name="LindalGF" />

Die [[Cassini-Huygens|Cassini-Huygens-Sonde]] lieferte ab Juli 2004 nach dem Eintritt in die Umlaufbahn eine Fülle von Informationen über den Titan. Die Sonde Huygens landete im Januar 2005 auf dem Titan und sendete Informationen über den Aufbau der Atmosphäre und der Oberfläche des Mondes. Neben Ethan wurden dabei komplexere organische Moleküle nachgewiesen.<ref name="LombardoNA" />

Die dichte Atmosphäre des Titans wird durch den [[Treibhauseffekt]] des Methans aufrechterhalten. Ohne diesen Treibhauseffekt könnte die atmosphärische Temperatur unter den [[Siedepunkt]] des Stickstoffs sinken und ein Großteil der Stickstoffatmosphäre würde sich verflüssigen. [[Photochemie|Photochemische]] Prozesse wandeln Methan jedoch irreversibel in einem Zeitraum von etwa 10 bis 100&nbsp;Millionen Jahren in höhere Kohlenwasserstoffe wie Ethan um, das sich verflüssigt und in Ethanseen ablagert. Als plausible Quelle, die den Methangehalt in der Atmosphäre erneuern könnte, wird eine Schicht aus Methanhydrat unter der Oberfläche postuliert. Möglicherweise waren die Temperaturen bei der Bildung des Saturnmonds so tief, dass Methan in Form von Methanhydrat in beträchtlichen Mengen in Titan eingebaut wurde.<ref name="LunineJI" /> Methan könnte zum Teil durch [[Serpentinisierung]] oder Kometeneinschläge entstanden sein und sich mit dem vorhandenen Wasser zu Methanhydrat verbunden haben.<ref name="PudritzR" />

Der fehlende Nachweis der [[Edelgase]] [[Xenon]] und [[Krypton]] in der Atmosphäre des Titans könnte ein weiterer Hinweis auf das Vorkommen von Methanhydrat sein. Die Gase könnten bei der Entstehung des Titan in Methanhydrat eingebaut worden sein.<ref name="MousisO1" /> Obwohl die thermodynamischen Voraussetzungen gegeben sind und es viele Indizien für das Vorkommen von Methanhydrat auf dem Titan gibt, gelang ein direkter Nachweis bislang nicht.

==== Vermutete Vorkommen auf Enceladus ====
[[Datei: Enceladus Methan im Ozean.svg|mini|Methanhydratbildung auf Enceladus]]
Aufgrund der thermodynamischen Bedingungen ist zu erwarten, dass ein vermuteter interner [[Subglazialer See|subglazialer Ozean]] von [[Enceladus (Mond)|Enceladus]] die notwendigen Bedingungen für die Bildung von Methanhydrat liefert.<ref name="BouquetA" /> Mittels eines Ionen-Neutral-[[Massenspektrometrie|Massenspektrometers]] an Bord der Cassini-Sonde konnten in den Wasserdampffahnen neben Kohlenstoffdioxid und [[Ammoniak]] auch Methan und höhere organische Verbindungen nachgewiesen werden. An der Oberseite des Ozeans könnten Methanhydrat und andere Gashydrate eine Schicht an der Grenzfläche zwischen Eis und Ozean bilden.<ref name="BouquetA" /> Methanhydrat könnte sich in der Spalte, die den Ozean mit der Oberfläche verbindet, zersetzen und dabei Methan freisetzen.

== Entstehung ==
=== Herkunft des Methans ===
{{Hauptartikel|Methanogenese}}
Das Methan im Methanhydrat stammt aus biologischen oder thermogenen Quellen sowie aus der [[Serpentinisierung]] von [[Olivingruppe|Olivin]]. Der überwiegende Teil des Methans stammt aus der Methanogenese durch die Reduktion von Kohlenstoffdioxid durch biologisch erzeugten [[Wasserstoff]]. Dies ist die Bildung von Methan durch Mikroben aus der [[Domäne (Biologie)|Domäne]] der [[Archaeen]] oder Urbakterien, bei denen die Produktion von Methan eine weit verbreitete Form des Stoffwechsels ist. Wenn organisches Material im Meeresboden versinkt, durchläuft es zunächst verschiedene oxidative Zonen. Unterhalb der oxidativen Zonen beginnt die anaerobe methanbildende Zone.<ref name="YouK" /> In einer [[anoxisch]]en Umgebung ist es der letzte Schritt bei der Zersetzung von [[Biomasse]].

Thermogenes Methan entsteht durch thermokatalytischen Abbau komplexer organischer Moleküle. Es kann durch direktes Cracken von organischem [[Kerogen]] oder aus Erdöl erzeugt werden. Thermogene Methanquellen enthalten oft andere leichte Kohlenstoffverbindungen wie [[Ethan]] und [[Propan]], die ebenfalls Gashydrate bilden. Die gemischten Gashydrate weichen in ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften von denen des reinen Methanhydrats ab. Im Golf von Mexiko und im Kaspischen Meer tritt hauptsächlich thermogenes Methan in Methanhydrat auf.<ref name="KvenvoldenKA" />

Die Serpentinisierung von Olivin mit Wasser läuft unter Bildung von [[Magnetit]] und [[Wasserstoff]] ab. Der freiwerdende Wasserstoff kann mit Kohlenstoffdioxid zu Methan und Wasser weiterreagieren.

Methan aus den verschiedenen Quellen kann anhand der [[δ13C|Delta-C-13-Methode]] (δ13C) unterschieden werden. Dabei ist δ13C als das [[Isotopenverhältnis]] der stabilen [[Kohlenstoff]]-[[Isotop]]e <sup>13</sup>[[Kohlenstoff|C]] und <sup>12</sup>C zwischen einer Probe und einem Standard definiert. Methan hat eine stark abgereicherte δ13C-Signatur. Ein Wert von δ13C größer als -55&nbsp;‰ ist charakteristisch für Methan biogenen Ursprungs, ein Wert kleiner -55&nbsp;‰ ist charakteristisch für Methan thermogenen Ursprungs.<ref name="MakogonYF1" />

:<math>\delta ^{13}\mathrm{C} = \Biggl( \frac{\bigl( \frac{^{13}\mathrm{C}}{^{12}\mathrm{C}} \bigr)_\text{Probe}}{\bigl( \frac{^{13}\mathrm{C}}{^{12}\mathrm{C}} \bigr)_\text{Standard}} -1 \Biggr) \cdot 1000\ ^{o}\!/\!_{oo}</math>

=== Entstehung von Methanhydrat ===
[[Datei:Undersea methane hydrate phase diagram de.svg|mini|[[Phasendiagramm]] von marinem Methanhydrat]]
Die Menge an Methanhydrat, die am Ort der mikrobiellen Methanbildung entsteht, ist gering. Die Sättigung des Wassers beträgt oft nur einige Prozent der zur Methanhydratbildung benötigten Konzentration. Zur Bildung von größeren Methanhydratschichten muss Methan durch [[Konvektion|Strömungstransport]] oder [[Diffusion]] zu einem Ort wandern, an dem sich höhere Methankonzentrationen ansammeln können. Der Transport von freiem Gas durch grobkörnige Sedimentschichten wurde in vielen Methanhydratansammlungen beobachtet.<ref name="YouK" />

Methanhydrat bildet sich aus Wasser und Methan bei einem Druck ab etwa 2&nbsp;[[Pascal (Einheit)#Megapascal|Megapascal]], also ab etwa 200&nbsp;Meter Wassertiefe, und Temperaturen, die niedriger als 2&nbsp;°C bis 4&nbsp;°C sind. Methanhydrat tritt in drei verschiedenen Formen auf. Methanhydrat der Struktur I ist die weitest verbreitete Form und enthält überwiegend mikrobielles Methan sowie Spuren anderer Gase. Die Struktur II und Struktur H enthalten oft thermogenes Methan und höhermolekulare Kohlenwasserstoffe.<ref name="ChapmanR" /> Methan ist das bei weitem vorherrschende Gas in allen natürlich vorkommenden Gashydraten, die bislang gefunden wurden.

Das [[Phasendiagramm]] zeigt die Druck- und Temperaturbereiche, in denen sich Methanhydrat bilden kann. Auf der [[Kartesisches Koordinatensystem#Regelfall: Rechtshändige kartesische Koordinatensysteme|Abszissenachse]] ist die Temperatur aufgetragen, die Ordinatenachse zeigt die Meerestiefe und damit den Flüssigkeitsdruck. Die gebogene gestrichelte Linie, die den gelben Bereich umfasst, ist die Methanhydrat-Phasengrenze. Oberhalb und rechts von dieser Grenze sind die Temperaturen zu hoch und die Drücke zu niedrig für die Bildung von Methanhydrat, so dass dort gasförmiges Methan vorhanden ist. Unterhalb und links dieser Grenze bildet sich festes Methanhydrat. Es bleibt stabil, da die Temperaturen genügend niedrig und die Flüssigkeitsdrücke ausreichend hoch sind, um die feste Phase aufrechtzuerhalten.<ref name="NETL" />

Bei der Entstehung von Methanhydrat muss das Wasser mit Methan übersättigt sein, ferner müssen bestimmte Druck- und Temperaturbedingungen herrschen. Nur bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen ist Methanhydrat stabil. Durch den Einschluss von anderen Gasen wie [[Schwefelwasserstoff]] oder Kohlenstoffdioxid kann sich Methanhydrat schon bei niedrigeren Drücken und etwas höheren Temperaturen bilden. Der Prozess der Methanhydratbildung ähnelt der [[Kristallisation]] und kann in eine [[Keimbildung]]s- und eine Wachstumsphase unterteilt werden.<ref name="KhuranaM" />

== Abbaumethoden ==
[[Datei:Suppdoc1l.svg|mini|Querschnitt der Mallik-Bohrung in Kanada]]
Da Methanhydrat als [[Festkörper|Feststoff]] vorliegt, beruhten frühe Konzepte auf [[Bergbau]]technologien, bei denen festes Methanhydrat oder Methanhydrat-haltiges Sediment mechanisch gewonnen wurde. Methanhydratvorkommen in großen, zusammenhängenden [[Lagerstätte]]n, in denen sich das Hydrat in den durchlässigen Porenräumen von Sand oder Schlick befindet, können mit Techniken zur Förderung von Kohlenwasserstoffen abgebaut werden.<ref name="BeaudoinYC2" /> Zum Abbau werden die Druck- und Temperaturbedingungen im Vorkommen so verändert, dass das Methanhydrat in seine Bestandteile zerfällt. Das freie Methan kann mit konventionellen industriellen Erdgasfördermethoden gewonnen werden.

Die ersten Produktionsversuche fanden im kanadischen Permafrostgebiet bei Mallik statt. Die Forschungsanlage befindet sich auf der nordwestlichen Seite der Richards Islands und ist Teil des Mackenzie-Deltas, das in die Beaufortsee mündet. Dort wurde 1998 im Rahmen eines Forschungsprojekts Methanhydrat gefunden. Die Auswertung von Bohrkernen zeigte zehn Methanhydratschichten, die in einer Tiefe von 890 bis 1106&nbsp;Metern unter dem Erdboden liegen, mit einer Gesamtdicke von über 110&nbsp;Metern. Mit Methanhydratsättigungswerten von teilweise über 80 % des Porenvolumens zählt das Feld in Mallik zu einem der konzentriertesten Methanhydratlagerstätten der Welt.<ref name="MoridisGJ" /> Die dort durchgeführten wissenschaftlichen Studien dienten zur Entwicklung von Sicherheitstechniken bei der Förderung von Methan aus Methanhydrat und erlaubten die Untersuchung von Bohr- und Fördertechniken im Hinblick auf eine industrielle Anwendung.<ref name="WallmannK" /> Eine ökonomische Förderung erfordert Produktionsraten von etwa 100.000&nbsp;Kubikmeter pro Tag und Bohrloch.

Die Gewinnung von Methan aus Methanhydratvorkommen stellt eine technische und ökologische Herausforderung dar. Bei ersten Bohrungen, die auf den konventionellen Bohrtechniken beruhten, kam es zu thermischen und mechanischen Beeinflussungen der Methanhydratschichten. Probleme bereiteten etwa die Freisetzung von Erdgas, wenn ein unter hohem Druck stehendes, freies Erdgasreservoir unerwartet unter einer Methanhydratschicht angebohrt wurde. Ebenso kann Methan aus zerfallendem Hydrat außerhalb der Bohrung austreten.<ref name="BeaudoinYC2" />

Bei allen Abbauverfahren entstehen große Wassermengen, da pro Molekül Methan sechs bis sieben Moleküle Wasser freigesetzt werden. Der Wärmebedarf zum Aufbrechen des Methanhydratkäfigs entspricht etwa 10 % des [[Heizwert]]s des Methans. Beim Abbau des Methanhydrats wird eine Absenkung der Erdoberfläche erwartet, wie sie bei der Ausbeutung konventioneller Lagerstätten zu beobachten ist.<ref name="RungeHC" />

=== Injektionsmethode ===
Die Zerstörung von Methanhydrat ist durch das Einspritzen von heißem Wasser in den Methanhydrat-haltigen Untergrund möglich. Das entstehende Methangas kann über eine Bohrung gefördert werden.<ref name="WallmannK" /> Dabei ist es von Vorteil, wie bei allen anderen Fördermethoden, eine Bohrlochheizung einzusetzen, um die Neubildung von Methanhydrat im Bohrloch und in den Förderrohren zu vermeiden.

=== Druckentlastung ===
Weiterhin kann Methanhydrat durch Druckentlastung zersetzt werden. Die Energiebilanz ist gegenüber der Injektionsmethode erheblich verbessert, die Förderraten vergrößert.<ref name="WallmannK" /> Die Wärme zur Zersetzung des Methanhydrats kommt bei geringen Massenanteil des Gashydrats aus der [[Wärmekapazität]] des Wirtsgesteins, sonst zusätzlich aus der umgebenden [[Formation (Geologie)|Formation]], bei mangelnder [[Permeabilität (Geowissenschaften)|Permeabilität]] durch Wärmeleitung (schnell erschöpfend, siehe [[Thermische Welle]]), sonst durch Zustrom von Wasser.

Letzteres war der Fall beim Offshore-Produktionstest vor Honshu.<ref name="YamamotoK" /> Dort wurden anfangs bis zu 20.000&nbsp;Kubikmeter pro Tag gefördert. Allerdings blieb der in Simulationen gefundene Anstieg der Gasproduktion auf etwa das Vierfache aus. Dabei hätte sich durch Hydratabbau eine Zone erhöhter Permeabilität symmetrisch um das Bohrloch allmählich erweitert, mit erniedrigtem Druck in der ganzen Zone. Tatsächlich sank jedoch die Produktion bei gleichzeitigem Anstieg der abzupumpenden Wassermenge. Eine der drei Bohrungen lieferte 222.500&nbsp;Kubikmeter Methan, bevor nach 24 Tagen der Test abgebrochen wurde, weil trotz maximaler Pumpleistung der Druck zu hoch blieb. Die beiden anderen Bohrungen waren weniger ergiebig und schneller von Versandung betroffen.

Laborexperimente zeigten, dass bei hohem anfänglichen Hydratanteil die Ausbeute erhöht werden kann, indem abwechselnd die Injektions- und die Druckentlastungsmethode angewendet werden, mit insgesamt geringerem Energieaufwand und höherer Ausbeute als per Injektionsmethode allein.<ref name="SongY" />

Die Förderung von Methan aus Methanhydratvorkommen erfordert maßgeschneiderte Bohrtechnologien. Große Ressourcen befinden sich in sandreichen Lagerstätten, in denen sich durch die hohe Durchlässigkeit des Sediments hohe Konzentrationen von Methanhydrat ansammeln können. Die Bildung von Methanhydrat reduziert die Permeabilität signifikant, sie reicht jedoch aus, um Druckänderungen von einer Bohrung aus in ein Reservoir zu leiten.<ref name="BeaudoinYC" />

=== Austausch von Methan gegen Kohlenstoffdioxid ===
Die Gewinnung von Methan aus Methanhydrat kann unter anderem durch eine Austauschreaktion mit Kohlenstoffdioxid erfolgen. Durch die damit verbundene [[CO2-Abscheidung und -Speicherung|Sequestrierung]] von Kohlenstoffdioxid wäre die Gewinnung und energetische Verwendung des so gewonnenen Methans weitgehend klimaneutral.<ref name="SchicksJ" /> Bei der Umwandlung entsteht Wärme, da Kohlenstoffdioxidhydrat stabiler als Methanhydrat ist. Die [[Enthalpie#Standardbildungsenthalpie|Bildungsenthalpie]] von Kohlenstoffdioxidhydrat aus Methanhydrat wird auf etwa 10 bis 11&nbsp;kJ/mol pro Mol ausgetauschtes Gas geschätzt. Die Wärme der Kohlenstoffdioxidhydratbildung reicht daher für die Dissoziation des Methanhydrats.<ref name="AromadaSA" /> Durch den Austausch entsteht eine Schicht aus Kohlenstoffdioxidhydrat, die eine weitere Reaktion kinetisch hemmt. Die theoretische Ausbeute wird bei diesem Prozess nicht erreicht.<ref name="LeeH" /> Vielversprechend sind Methoden, welche Druckabsenkung, Wärmezufuhr und Kohlenstoffdioxidaustausch kombinieren.

=== Chemische Inhibition ===
Bei der chemischen [[Inhibitor|Inhibitionsmethode]] wird das Methanhydrat aufgelöst, indem Chemikalien wie [[Methanol]], welche die Hydratbildungstemperatur senken, sogenannte thermodynamische Inhibitoren, in die methanhydrat&shy;haltigen Schichten injiziert werden. Neben Methanol gehören [[Glycole]] wie [[Ethylenglycol]], Ammoniak, sowie [[Chloride]] zu diesen Chemikalien.<ref name="SiraJH" /> Dieser Ansatz wird zur Prävention der Bildung von Methanhydrat sowie Beseitigung von Ablagerungen in Erdgaspipelines verwendet.<ref name="DemibasA" /> Die Wirksamkeit der Methode hängt ab vom Typ des Inhibitors, der Inhibitorkonzentration, des Drucks und der Zusammensetzung des hydratbildenden Gases. Thermodynamische Inhibitoren müssen in relativ großen Mengen verwendet werden.

Alternativ können kinetische Hydratinhibitoren und Anti-Agglomerantien verwendet werden, welche die Methanhydratbildung verhindern. Kinetische Hydratinhibitoren sind typischerweise [[wasserlösliche Polymere]] wie [[Polyvinylpyrrolidon]] oder [[Polyvinylcaprolactam]] mit niedrigem Molekulargewicht, die [[Hydrophilie|hydrophile]] [[Säureamide|Amid]]- sowie [[Hydrophobie|hydrophobe]] funktionelle Gruppen enthalten, die an die [[Grenzfläche]] zwischen Methanhydrat und flüssigem Wasser binden und so eine Verzögerung der Hydratbildung bewirken.<ref name="HassanpouryouzbandA" />

Die Methanhydratagglomeration besteht aus den Schritten der Hydratkeimbildung, dem Hydratkristallwachstum und der Assoziation von Hydratagglomeraten unter Bildung größerer Aggregate. Anti-Agglomerate, typischerweise [[Amphiphilie|amphiphile]], oberflächenaktive Verbindungen, stören die molekularen Wechselwirkungen zwischen Hydrataggregaten und Wassermolekülen, die eine entscheidende Rolle bei der Agglomeration spielen.<ref name="HassanpouryouzbandA" />

=== Thermische In-Situ-Stimulation ===
Eine Methode nutzt die thermische In-situ-Stimulation durch den Wärmeeintrag in die Methanhydratzone über eine Luft-Gas-Verbrennung in einem Behälter vor Ort. Die Verbrennung liefert die notwendige Wärme für die Zersetzung des Methanhydrats. Bei dieser Methode werden etwa 1,1 bis 1,7 % des Methans verbrannt, um das Methanhydrat zu zersetzen. Da die Wärmeerzeugung in einem Behälter erfolgt, wird das entstehende Methan nicht mit den Abgasen vermischt.<ref name="CranganuC" />

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
[[Datei:Three hydrate crystal structures.svg|mini|hochkant=1.5|Methanhydratstrukturen und Einheitszellen<ref name="SloanED2" />]]
Methanhydrat bildet eine gelbe bis graue, transparente bis durchscheinende Masse, welche die Porenräume des Sediments ausfüllt und zusammenhängende Ablagerungen bildet. Unter Normbedingungen hat es eine Dichte von etwa 900&nbsp;Kilogramm pro Kubikmeter. In der Natur kommt es vermengt mit schwererem Material, etwa Sand oder Gestein vor, die seinem Auftrieb im Wasser entgegenwirken.  Das Sediment wird dabei mit stabilisierender Wirkung zementiert. Aufgrund des gegenüber Wasser etwa 4,5-fach höheren [[Kompressionsmodul]]s von Methanhydrat bleibt dieser Auftrieb in jeder Meerestiefe erhalten, ja vergrößert sich mit der Tiefe geringfügig.

Bei einer Temperatur von 0&nbsp;°C enthält 1&nbsp;Kubikmeter Methanhydrat etwa 164&nbsp;Kubikmeter Methan.<ref name="SchicksJ" /> Die Konzentration von Methan im Methanhydrat I ist etwa 5500 mal größer als seine Löslichkeit im flüssigen Wasser.<ref name="BagherzadehSA" /> Durch den hohen Gehalt an Methan entzündet sich dissoziierendes Methanhydrat an einer offenen Flamme, die Substanz sieht dann aus wie brennendes Eis.

Bisher wurden drei Kristallstrukturen von Methanhydraten gefunden: Typ I bei Einlagerung von Methan und Ethan sowie bei Kohlenstoffdioxid und Dihydrogensulfid, Typ II bei Propan und Isobutan und Typ H bei längerkettigen Kohlenwasserstoffen wie zum Beispiel Methylcyclohexan. Die Stabilitätszone von reinem Methanhydrat beginnt bei einer Temperatur von etwa 5&nbsp;°C und einem Druck von 5&nbsp;[[Pascal (Einheit)#Megapascal|Megapascal]] oder 50&nbsp;Bar, entsprechend einer Wassertiefe von etwa 500&nbsp;Metern. Andere Gase, etwa [[Schwefelwasserstoff]], die mit Methan und [[Kohlenstoffdioxid]] gemischte Hydrate bilden, können den stabilen Bereich bei konstanter Temperatur um etwa 1&nbsp;MPa erniedrigen oder um etwa 2&nbsp;°C bei konstantem Druck erhöhen.

Struktur I weist eine kubisch-raumzentrierte Struktur auf. Struktur II, eine [[Diamantstruktur]], bildet sich, wenn das Hydrat neben Methan Moleküle aus thermogenen Gas, die größer als Ethan und kleiner als [[Pentan]] sind, enthält. In der Struktur H besetzt Methan die kleinen Käfige, daneben kann es Moleküle bis zur Größe von [[Ethylcyclohexan]] enthalten.<ref name="SloanED2" />

{| class="wikitable"
|+ Vergleich der Kristallstrukturen von Eis und Methanhydrat I- und II<ref name="SloanED2" />
! colspan="1" | Eigenschaft !! colspan="1" | Eis !! colspan="1" | Methanhydrat I !! colspan="1" | Methanhydrat II
|-
| Raumgruppe || {{Raumgruppe|P63/mmc|kurz}}|| {{Raumgruppe|Pm-3m|kurz}}
|| {{Raumgruppe|Fd-3m|kurz}}
|-
| Anzahl Wassermoleküle|| 4 || 46 || 136
|-
|Gitterparameter bei 273&nbsp;K || a = 4,52 c = 7,36 || 12,0 || 17,3
|}

Bei einem Druck von etwa 2500&nbsp;[[Bar (Einheit)|Bar]] lagert sich reines Methanhydrat I in Methanhydrat II um, bei 6000&nbsp;Bar in die H-Form.<ref name="ChoiIM" /> Da in tiefliegenden Sedimenten diese Drücke herrschen, könnten diese Formen dort gegenüber der herkömmlichen Form I vorherrschen.

=== Molekulare Eigenschaften ===
[[Datei:Gas Hydrate Crystals.jpg|mini|Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Methanhydratkristallen in einer Sedimentprobe]]
Mit der Bildung von 8 Käfigen pro 46 Wassermolekülen im Methanhydrat I beträgt das [[mol]]are Verhältnis von Methan zu Wasser bei vollständiger Belegung aller Käfige 1&nbsp;:&nbsp;5,75&nbsp;Mol Wasser, die [[Summenformel|Formelschreibweise]] lautet daher CH<sub>4</sub>&nbsp;·&nbsp;5,75 H<sub>2</sub>O. In natürlich vorkommenden Methanhydrat ist die Belegung der Käfige, Hydratzahl genannt, geringer und das molare Verhältnis beträgt etwa 1&nbsp;:&nbsp;6,0 bis 1&nbsp;:&nbsp;6,2&nbsp;Mol Wasser. Die gebundene Masse an Methan ist daher bei natürlich vorkommenden Methanhydrat etwa um 4 bis 7 % geringer als im Idealfall.<ref name="RuppelCD2" />

{| class="wikitable"
|+ Geometrie der Käfige in den drei Hydratkristallstrukturen I, II und H<ref name="SloanED2" />
! colspan="1" | Methanhydrat !! colspan="2" | sI !! colspan="2" | sII !! colspan="3" | sH
|-
| Käfiggröße || klein || groß || klein || groß || klein || mittel || groß
|-
| Bezeichnung || 5<sup>12</sup>|| 5<sup>12</sup>6<sup>2</sup>|| 5<sup>12</sup> || 5<sup>12</sup>6<sup>4</sup> || 5<sup>12</sup> || 4<sup>3</sup>5<sup>6</sup>6<sup>3</sup> || 5<sup>12</sup>6<sup>8</sup>
|-
|Anzahl der Käfige pro Einheitszelle || 2 || 6 || 16 || 8 || 3 || 2 || 1
|-
| mittlerer Käfigradius in pm || 395 || 433 || 391 || 473 || 391 || 406 || 571
|-
| Anzahl der Sauerstoffatome pro Käfig || 20 || 24 || 20 || 28 || 20 || 20 || 36
|}

Der Zerfall des Methanhydrats wurde auf molekularer Ebene mittels <sup>13</sup>C-[[Magic-Angle-Spinning]]-[[Kernspinresonanzspektroskopie]] untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Art der Käfigbesetzung während der [[Dissoziation (Chemie)|Dissoziation]] konstant blieb. Die gesamte Einheitszelle zersetzte sich während der Dissoziation, keine Hydratkäfigart erwies sich stabiler als eine andere.<ref name="GuptaA" />

Die C-H-Streckschwingungsbande von Methan Struktur I in den 5<sup>12</sup>6<sup>2</sup>-Käfigen liegt im [[Raman-Spektroskopie|Ramanspektrum]] bei einer Wellenzahl von 2904&nbsp;cm<sup>−1</sup>, in den 5<sup>12</sup>-Käfigen bei 2916&nbsp;cm<sup>−1</sup>. Anhand der Integralintensitäten der Peaks der verschiedenen C-H-Streckschwingungen lässt sich die Struktur des Methanhydrats abschätzen.<ref name="SchicksJ" />

== Verwendung ==
=== Rohstoff ===
[[Datei:Burning methane hydrate.jpg|mini|Brennendes Methanhydrat]]
{{Hauptartikel|Methan|Erdgas}}
Die Nutzung fossiler Energieträger entsprach zwischen 1880 und 1998 etwa 250&nbsp;Gigatonnen Kohlenstoff. Die Schätzungen über den Anteil der Methanhydratvorkommen, der als Brennstoff gewonnen und genutzt werden kann, sind mit großen Unsicherheiten behaftet, doch selbst bei konservativen Schätzungen birgt Methanhydrat ein enormes Energiepotenzial für die Zukunft.<ref name="SuessE" />

Unter der Voraussetzung, dass Methan aus Methanhydrat sicher, wirtschaftlich und [[Umweltverträglichkeit|umweltverträglich]] gefördert werden kann, sind die Folgen für die Energieversorgung und der Einfluss auf das Klima möglichenfalls weitreichend. Durch das hohe molare Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff von 4&nbsp;:&nbsp;1 im Methan wird bei der Verbrennung von Methan eine größere Menge an Energie pro freigesetztem Kohlenstoffdioxidmolekül geliefert als bei allen anderen kohlenstoffhaltigen Energieträgern.

: <math>\mathrm{ C + O_2 \rightarrow CO_2} \qquad \Delta H_S = 393{,}5 \;\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}</math><ref name="HoppR" />

: <math>\mathrm{ CH_4 + 2\,O_2 \rightarrow CO_2 + 2\,H_2O} \qquad \Delta H_S = 890{,}4 \;\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}</math><ref name="HoppR" />

Im Erdöl beträgt das ungefähre molare Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff etwa 2&nbsp;:&nbsp;1 und bei Kohle etwa 1&nbsp;:&nbsp;1. Gegenüber reinem Kohlenstoff ist der [[Brennwert]] von Methan mehr als doppelt so hoch. Methan wird daher als Energiequelle gegenüber anderen Kohlenwasserstoffen bevorzugt.<ref name="BeaudoinYC2" />

=== Verstopfung von Erdgaspipelines ===
Zur Unterdrückung der Methanhydratbildung in Pipelines können chemische, hydraulische, thermische und mechanische Methoden angewandt werden.<ref name="ChattiI" /> Additive wie [[Ethylenglycol]] oder [[Methanol]] verschieben die Gleichgewichtstemperatur der Methanhydratbildung und unterdrücken so ihre Entstehung. Methanol ist ein oft verwendeter Inhibitor, da es sich in [[Kondensatableiter]]n anreichern kann, nachdem es vorher in das vorgelagerte Erdgas verdampft wurde.<ref name="SloanEDJr" /> [[Dispergiermittel]] wie [[quartäre Ammoniumverbindungen]] unterdrücken die [[Agglomeration]] des Methanhydrats. Polymere verlangsamen das Wachstum der Methanhydratkristalle. Sowohl Dispergiermittel als auch Polymere unterdrücken die Bildung von Methanhydrat bereits in geringen Konzentrationen.<ref name="ChattiI" />

Durch die hydraulische Methode der Druckentlastung lassen sich in Pipelines bereits gebildete Methanhydratkristalle entfernen. Bei der thermischen Methode wird die Rohrleitung durch [[Begleitheizung]]en erwärmt. Diese Methode eignet sich vor allem bei Instrumenten wie [[Ventil]]en oder [[Probenahme]]stellen.
[[Datei:PipelinePIG.jpg|mini|Molch in einer Schau-Pipeline]]
Als mechanische Methode eignet sich das [[Molch (Rohrleitung)|Molchen von Rohrleitungen]]. Die Molche bewegen sich durch den Produktstrom durch die Rohrleitung und entfernen Ablagerungen von Methanhydraten. Die Verfahren können zur Steigerung der Effizienz kombiniert werden.<ref name="ChattiI" /> Die Beseitigung von Pipelineblockaden durch den Zerfall von Methanhydrat birgt einige Risiken. Beim Aufheizen von außen löst sich der Hydratpfropfen von der Rohrleitungswand ab. Die Freisetzung des Methans führt zu einer starken Volumen- oder Druckerhöhung. Diese können den Methanhydratpfropfen in der Pipeline beschleunigen, es wurden Geschwindigkeiten von bis zu 300&nbsp;km/h gemessen. Dies wiederum kann zur Druckerhöhung im transportierten Erdgas oder zum Bruch der Pipeline führen.<ref name="SloanED" />

Bei der Triethylenglycoltrocknung entwässert [[Triethylenglycol]] Erdgas durch die Absorption des darin enthaltenen Wassers und senkt so dessen [[Taupunkt]]. Dazu rieselt Triethylenglycol im [[Gegenstromprinzip (Verfahrenstechnik)|Gegenstromverfahren]] vom oberen Ende einer [[Kolonne (Verfahrenstechnik)|Kolonne]] nach unten und entwässert dabei das feuchte, aufsteigende Erdgas.<ref name="AnyadiegwuCIC" /> Getrocknetes Erdgas tritt am oberen Ende der Kolonne aus, während das Triethylenglycol getrocknet und wiederverwendet wird. Durch die Trocknung fällt der Wassergehalt im Erdgas unter die notwendige Grenzkonzentration zur Bildung von Methanhydrat.<ref name="KazemiP" />

=== Einsatz als Speicher ===
Der Transport und die Lagerung von Erdgas erfolgt konventionell als [[Flüssigerdgas]] oder in komprimierter Form. Dies erfordert tiefe Temperaturen oder hohe Drücke. Bei der Nutzung von Methanhydrat kann Methan zunächst als Methanhydrat gespeichert und bei Bedarf daraus freigesetzt werden. Die Bildung reinen Methanhydrats erfordert jedoch immer noch relativ hohe Drücke und niedrige Temperaturen. Die Verringerung des Hydratbildungsdrucks durch Bildung gemischter Hydrate, die neben Methan etwa Propan, [[Tetrahydrofuran]] oder Promotoren wie [[Natriumlaurylsulfat]] enthalten, ist ein zentrales Thema der Hydratforschung.<ref name="YangH" /> Die Methanfreisetzung kann durch die Regulierung der Hydrattemperatur gesteuert werden. Methanhydrat ist zwar bei einer höheren Temperatur als verflüssigtes Erdgas stabil, dafür ist das benötigte Volumen für den Transport ungefähr 7,5 mal größer. Der Verlust an Transportvolumen gegenüber Flüssigerdgas macht eine technische Anwendung eher unwahrscheinlich.

=== Gastrennung ===
Methan als Bestandteil des [[Grubengas]]es kann durch die Bildung von Methanhydrat angereichert werden und so von Stickstoff und Sauerstoff getrennt werden. Für die Abtrennung von Methan aus niedrig konzentriertem Grubengas eignet sich zum Beispiel eine Mischung aus Wasser und [[Tetrahydrofuran]] bei Temperaturen um 5&nbsp;°C und Drücken zwischen 3 und 10&nbsp;bar.<ref name="ZhaoJ" /> Tenside wie [[Natriumlaurylsulfat]] scheinen die Trennwirkung zu verstärken.<ref name="LiXS" />

=== Meerwasserentsalzung ===
[[Datei:Meerwasserentsalzung Methanhydrat.svg|mini|Meerwasserentsalzung mittels Methanhydrat (Schema)]]
Die Idee der Meerwasserentsalzung mit Methanhydrat und anderen Gashydraten wurde schon früh verfolgt. [[Koppers (Unternehmen)|Koppers]] entwickelte in den 1960er Jahren ein Verfahren auf Basis von [[Propan]]. Andere Verfahrensvarianten beruhten auf der Verwendung des Kühlmittels von [[1,1-Dichlor-1-fluorethan]] (R-141b) oder von [[Kohlenstoffdioxid]]. Die Trennung von Sole und Hydraten erfordert eine Filtration.

Mit Methanhydrat konnten auf Basis der „hydratbasierten Desalinierung (HBS)“ von Meerwasser zwischen 70 und 95 % der Kationen und 73 bis 83 % der Anionen entfernt werden.<ref name="KangKC" /> Wird das feste Methanhydrat von der flüssigen Sole abgetrennt, wird nach der Hydratdissoziation das Süßwasser gewonnen und Methan kann in den Kreislauf zurückgespeist werden. Dies ist der grundlegende Entsalzungsprozess auf Methanhydratbasis. Gegenüber etablierten Methoden wie der [[Umkehrosmose]] oder der [[Meerwasserentsalzung#Mehrstufige Entspannungsverdampfung|mehrstufigen Entspannungsverdampfung]] spielt die Seewasserentsalzung auf Basis von Hydraten eine untergeordnete Rolle.<ref name="LattemannS" />

=== Hydratkältespeicherung ===
Für die Technik der Hydratkältespeicherung wird Methan in Kombination mit anderen Substanzen wie einem [[Kältemittel]] und Kohlenstoffdioxid eingesetzt. Die technische Umsetzung befindet sich noch im Entwicklungsstadium. Der erste Schritt der Hydratkältespeicherung ist die Senkung der Temperatur auf den Hydratbildungspunkt. Dort erfolgt die exotherme Methanhydratbildung, die den Hauptteil der Kältespeicherung darstellt.
Die gespeicherte Kälteenergie kann durch endotherme Hydratdissoziation durch Aufnahme von Wärme aus der Umgebung freigesetzt werden. Die Wahl eines geeigneten Gasgemischs ist für die hydratbasierte Kältespeicherung von großer Bedeutung. Wegen Sicherheitsbedenken, besonders hinsichtlich Gasleckagen, sind momentan keine industriellen Systeme auf Basis von Methan im Einsatz.<ref name="HassanpouryouzbandA" />

== Biologische Bedeutung ==
=== Bakterien ===
Bei einer Untersuchung der Bakterienvorkommen in den tiefen hydrathaltigen Sedimenten vom Blake Ridge und der Cascadia Margin wurden sowohl methanoxidierende als auch methanbildende Bakterien nachgewiesen. Methan, das mikrobiologisch in tieferen Sedimenten gebildet wird, steigt nach oben und bildet dort Methanhydrat. Die Hydratstabilitätszone war ein [[Habitat]] methanoxidierender Populationen, dort waren die Methanoxidationsraten am höchsten. Hauptsächlich wurden dort Gemeinschaften von ''[[Proteobacteria]]'' nachgewiesen.<ref name="ReedDW" /> Diese nutzen die eisenhaltige [[Methan-Monooxygenase]] für die Oxidation des Methans zu Methanol.<ref name="BaschH" /> In der Zone direkt darunter stieg die Rate der Methanogenese stark an. Als Methanbildner wurden hauptsächlich ''[[Methanosarcinales]]'' und ''[[Methanobacteriales]]'' gefunden.

=== Eiswürmer ===
[[Datei:Hesiocaeca methanicola colony noaa.jpg|mini|hochkant=1.5|Kolonie von Eiswürmern ''[[Sirsoe methanicola]]'' auf Methanhydrat]]
Im nördlichen [[Golf von Mexiko]] kommt es an [[Cold Seep]]s zu Austritten von thermogenem Methan aus unterirdischen Reservoiren. Das austretende Methan bildet zum Teil Methanhydratablagerungen am Meeresgrund. Im Juli 1997 wurde im Golf von Mexiko in einer Tiefe von über 500&nbsp;Metern eine Population rosafarbener, etwa 2 bis 4&nbsp;Zentimeter langer [[Vielborster]] entdeckt, die auf Methanhydraten leben. Die Würmer, auch „Eiswürmer“ oder „Methaneiswürmer“ (''[[Sirsoe methanicola]]'') genannt, gehören zur Familie der [[Hesionidae]].<ref name="DesbruyeresD" /><ref name="RouseGW" /> Die Eiswürmer graben sich in das Methanhydrat ein und schaffen dadurch kleine Vertiefungen. Die Würmer besiedeln nicht nur freiliegendes Methanhydrat, sondern auch Hydrat, das von Sediment bedeckt ist. Die Besiedlungsdichte liegt bei etwa 2500 Individuen pro Quadratmeter.

Die [[Isotopenuntersuchung]] des Gewebes der Eiswürmer deutet auf eine [[Autotrophie#Chemoautotrophie|chemoautotrophe]] Nahrungsquelle hin. Dabei handelt es sich um chemoautotrophe [[Bakterien]], die frei auf dem Methanhydrat leben und Methan verstoffwechseln. Die Würmer versorgen ihren Lebensraum mit Sauerstoff und tragen so zur Auflösung des Methanhydrats bei.<ref name="FisherCR" />

=== Bathymodiolus-Muscheln ===
[[Datei: Gas hydrate under carbonate rock.jpg|mini|[[Bathymodiolus]]-Muscheln wachsen auf Karbonatgestein über einem Methanhydratbrocken in 966&nbsp;Metern Tiefe]]
Auf den Methanhydratvorkommen werden neben den Eiswürmern die Miesmuscheln [[Bathymodiolus childressi]] gefunden. Diese beherbergen in den Kiemen bakterielle chemoautotrophe [[Symbiont]]en, die sich vom Methan ernähren, das aus dem Meerwasser aufgenommen wird.<ref name="MacDonaldIT" /> Das in den Tieren gefundene Kohlenstoffisotopenverhältnis δ13C von -51 bis -57&nbsp;‰ unterstützt die Annahme, dass Methan die primäre Kohlenstoffquelle sowohl für die Muschel als auch für die Symbionten ist.<ref name="ChildressJJ" />

=== Röhrenwürmer ===
An Methanhydratablagerungen wurden größere Hügel von Ansammlungen von [[Röhrenwurm|Röhrenwürmern]] der Gattung ''[[Vestimentiferans]]'' besiedelt. Ihre primäre Nahrung stammt aus den sulfidreichen Flüssigkeiten, die von symbiotischen [[Schwefelwasserstoff]]- oder Methan-oxidierenden Bakterien verstoffwechselt werden, die in einem inneren Organ, dem [[Trophosom]], leben. Wenn der Wurm stirbt, werden die Bakterien freigesetzt und kehren zur freilebenden Population im Meerwasser zurück.<ref name="KloseJ" />

== Klimarelevanz ==
[[Datei:Methan Infrarotspektrum.png|mini|Infrarotspektrum von Methan]]
Methan absorbiert die von der Erde emittierte Infrarotstrahlung stärker als Kohlenstoffdioxid, was durch sein globales Erwärmungspotenzial relativ zu Kohlenstoffdioxid beurteilt wird; für einen Zeithorizont von 100&nbsp;Jahren beträgt der Wert 28. In der Atmosphäre wird Methan durch [[Hydroxyl-Radikal]]e über Zwischenstufen wie [[Formaldehyd]] letztendlich zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert. Die atmosphärische [[Halbwertszeit]] wird auf 12&nbsp;Jahre geschätzt.<ref name="IPCC" />

=== Paläoklima ===
[[Datei:EX1302 IMG 20130531T140638Z ROVHD TUB BUBBLES 1538429767734.jpg|mini|Methanaustritte aus Methanhydrat am Kontinentalrand bei [[Virginia]], die außerhalb des Methanhydratstabilitätsfelds liegen]]
Die Variation in der atmosphärischen Methan-Konzentration beeinflusste mit hoher Wahrscheinlichkeit die [[Gleichgewichtstemperatur#Gleichgewichtstemperatur einer Planetenoberfläche|Oberflächentemperatur]] der Erde im Laufe der Erdgeschichte.<ref name="OeschgerH" /> Methankonzentrationen von 1000&nbsp;[[Parts per million]] oder höher sollen die geringere [[Strahlungsleistung]] der [[Paradoxon der schwachen jungen Sonne|schwachen jungen Sonne]] in der fernen Vergangenheit kompensiert haben. Sie werden als Erklärung für Oberflächentemperaturen über dem [[Gefrierpunkt]] zu jener Zeit angenommen. Die Oxidation des atmosphärischen Methans während der [[Große Sauerstoffkatastrophe|großen Sauerstoffkatastrophe]], dem Anstieg der Konzentration von molekularem Sauerstoff und die damit verbundene Abnahme der Methankonzentration in der Atmosphäre vor etwa 2,4&nbsp;Milliarden Jahren, und der dadurch fehlende Treibhauseffekt soll verantwortlich für die [[paläoproterozoische Vereisung]] sein.<ref name="KastingJ" />

Sich auflösendes Methanhydrat als Quelle für atmosphärisches Methan wurde als Erklärung für verschiedene paläoklimatische Ereignisse diskutiert. So wird der Rückgang der globalen Vereisungen der [[Schneeball Erde]] im späten [[Präkambrium]] auf die Auflösung von Methanhydrat im [[äquator]]ialem Permafrost zurückgeführt.<ref name="KennedyM" /> Die Hypothese einer Gesamtvereisung der Erde ist jedoch fachwissenschaftlich umstritten.

Eine starke Freisetzung von Methan scheint vor 55&nbsp;Millionen Jahren während des [[Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum]]s und des [[Eocene Thermal Maximum 2]] erfolgt zu sein. Damals kam es zu einer weltweiten Erwärmung der Atmosphäre. In den Gesteinen jener Zeit finden sich heute Belege für einen schnellen Anstieg des Methangehaltes der Luft. Das Muster der Isotopenverschiebungen, das als Ergebnis einer massiven Freisetzung von Methan aus Methanhydrat erwartet wird, stimmt jedoch nicht mit den beobachteten Mustern überein. Das [[Deuterium]]-zu-Wasserstoff-Isotopenverhältnis deutet darauf hin, dass das Methan in Feuchtgebieten freigesetzt wurde.<ref name="YouK" /> Es wurden bei der Untersuchung [[Grönland|grönländischer]] [[Eisbohrkern]]e keine Hinweise dafür gefunden, dass massive Methanemissionen, die mit einem großräumigen Zerfall von Methanhydrat verbunden sein könnten, [[Warmzeit|Wärmeperioden]] wie das [[Alleröd-Interstadial]] ausgelöst oder verstärkt haben könnten.<ref name="BrooksEJ" />

Im Zuge der globalen Erwärmung kann es durch eine chronische Methanfreisetzung über Jahrhunderte hinweg zu hohen Methankonzentrationen in der Atmosphäre, zu einer sich verstärkenden [[Rückkopplung]] kommen, da das Methan den [[Treibhauseffekt]] verstärkt. Abschmelzendes Kontinentaleis, dessen Wasser den Meeresspiegel ansteigen lässt und somit den Druck auf den Meeresboden erhöht, kann die Hydratvorkommen nur in geringem Maße stabilisieren. Dabei ist ungeklärt, ob beim Zerfall tatsächlich genügend Methan in die Atmosphäre gelangen kann, um einen Klimawandel auszulösen. Ein Hinweis darauf sind die Kohlenstoff-Isotopenverteilungen in marinen [[Carbonate]]n des [[Paläozän]]s.

=== Treibhauspotenzial ===
{{Manueller Rahmen
|content = {{Graph:Chart|width=100|height=100|type=pie|legend=Legende
|x=Permafrost (1.000 kt/a),Flächenbrände (3.000 kt/a),Gashydrat (6.000 kt/a),Termiten (11.000 kt/a),Wildtiere (15.000 kt/a),Verbrennung von Biomasse (35.000 kt/a),Süßwasser (40.000 kt/a),Geologisch (54.000 kt/a),Fossile Brennstoffe (96.000 kt/a),Landwirtschaft (200.000 kt/a),Feuchtgebiete (217.000 kt/a)
|y1=1,3,6,11,15,35,40,54,96,200,217
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|caption = Methanemissionen aus verschiedenen Quellen in Kilotonnen pro Jahr (Stand: 2017)<ref name="RuppelCD" />
|width=430
}}
Der Zerfall von Methanhydraten trug im Jahr 2017 mit etwa 6&nbsp;Millionen Tonnen freigesetztem Methan nur im geringen Umfang zur Methanbilanz der Atmosphäre bei. Methanemissionen aus Feuchtgebieten und der Landwirtschaft dagegen setzten je über 200&nbsp;Millionen Tonnen Methan frei.<ref name="RuppelCD" /> Die [[Globale Erwärmung|Erwärmung der Ozeane und der Atmosphäre]] reduziert jedoch das Methanhydratstabilitätsfeld und führt zu einer Freisetzung des in Methanhydrat gebundenen Methans in die darüber liegenden Sedimente und Böden. Das freie Methan kann diffusiv oder als Gas aufsteigend aus dem Meeresboden in das Ozeanwasser entweichen. Herausgebrochene einzelne Methanhydratbrocken ohne Sedimentanhaftungen sind leichter als Wasser, steigen auf und zerfallen teilweise auf ihrem Weg nach oben und transportieren das Methan schnell in höhere Wasserschichten. Diese Art des Transports ist selten und trägt kaum zur Methanfreisetzung bei.

Faktoren wie die mikrobiologische [[Stoffwechsel|Verstoffwechslung]] von Methan vermindern überdies die Auswirkungen der Methanhydratdissoziation auf die atmosphärische Methankonzentration.<ref name="RuppelCD" /> Auf dem Weg an die Meeresoberfläche kann Methan auf zwei Arten abgebaut werden. Einerseits durchläuft das Methan noch im Meeresboden eine [[anaerobe Methanoxidation]]szone, in der eine Oxidation durch [[Sulfate]] gemäß folgender Reaktionsgleichung erfolgt:

:<math>\mathrm{CH_4 + SO_4^{2-} \longrightarrow HCO_3^{-} + HS^{-} + H_2O}</math>

Das entstehende [[Hydrogencarbonat]] fällt als [[Calciumcarbonat]] aus und bildet dadurch eine wichtige Senke für aus Methanhydrat freigesetztes Methan.
In der darüberliegenden [[aerob]]en Zone wird es durch den dort gelösten Sauerstoff bakteriell oxidiert, wobei Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Das gebildete Kohlenstoffdioxid senkt den [[pH-Wert]] und trägt somit zur [[Versauerung der Meere]] bei. Der Einfluss der marinen Tiefseevorkommen auf die atmosphärische Methanbilanz ist vernachlässigbar und wird auch längerfristig als gering eingestuft, denn wegen des hohen hydrostatischen Drucks ist dort Methanhydrat dauerhaft unempfindlich gegen anthropogene Erwärmung.<ref name="RuppelCD" />

Einen größeren Einfluss auf das Klima könnten marine Methanhydratvorkommen in der Nähe des marinen Stabilitätsfelds und in terrestrischen und überschwemmten [[Permafrostboden|Permafrostböden]] der kontinentalen arktischen Regionen haben. Im [[Arktischer Ozean|Arktischen Ozean]] werden aufgrund der niedrigen Temperatur Methanhydratvorkommen bereits ab einer Wassertiefe von etwa 300&nbsp;Metern im Sediment erwartet.<ref name="TreudeT" /> Methan ist in geringeren Meerestiefen aufgrund des dortigen geringeren Drucks schlechter löslich in Wasser, kann in Bläschen aufsteigen und in die Atmosphäre gelangen.

Eine Erwärmung der Permafrostböden kann Methan freisetzen, sobald der Boden auftaut. Eine Studie von 2016 schätzte den Beitrag des aus Permafrost freigesetzten Methans zur globalen Erwärmung als „noch relativ gering“ ein. Im Jahr 2020 wurden vor der ostsibirischen Küste Hinweise dafür gefunden, dass im Arktischen Ozean über einem Bereich des Kontinentalhangs Methan aus Methanhydraten freigesetzt werden könnte.<ref name="ChernykhD" /> Gelangt Methan aus diesen Sedimenten und Böden in die Atmosphäre, könnte es einen positiven Rückkopplungseffekt auf den aktuellen Klimawandel haben und eine Beschleunigung der globalen Erwärmung verursachen.<ref name="KappasM" />

== Georisiken ==
=== Storegga-Rutschung ===
[[Datei:Storegga Rutschung.png|mini|Digitales 3D-[[Höhenmodell]] des Nordatlantiks mit Markierung der Position der Storegga-Rutschung (gelb). Das Relief ist [[Maßstab (Kartografie)#Höhenmaßstab|überhöht]] dargestellt, so dass der Kontinentalhang sehr steil erscheint]]
Am Rande des norwegischen Kontinentalschelfs in der Norwegischen See ereigneten sich jeweils gegen Ende der letzten Eiszeiten submarine Erdrutschungen. Die drei bekannten [[Storegga]]-Rutschungen zählen zu den größten bekannten Rutschungen. Die letzte Rutschung mit einem Volumen von 3500&nbsp;Kubikkilometern Geröll ereignete sich vor etwa 8200&nbsp;Jahren und verursachte einen [[Megatsunami]] im [[Nordatlantik]].

Als Auslöser für die Rutschungen wurde sich auflösendes Methanhydrat in einer Tiefe von etwa 170 bis 260&nbsp;Metern unterhalb des Kontinentalhangs angesehen. Einströmendes warmes Wasser soll die Stabilitätszone des Methanhydrats verlagert und den Druckeffekt eines steigenden Meeresspiegels durch den Rückgang des Eisschilds überkompensiert haben.

Andere Theorien gehen davon aus, dass die Wasserströme schmelzender Gletscher Billionen Tonnen Sediment in den Ozean beförderten. Dieses sammelte sich am Rande des Kontinentalschelfs an, wo der flachere Meeresboden um Skandinavien in die Tiefen der Norwegischen See abfällt. Ein Erdbeben in einem Gebiet 150&nbsp;Kilometer hangabwärts vom [[Ormen Lange (Gasfeld)|Ormen-Lange-Gasfeld]] machte die Unterwasserablagerungen instabil und löste die Rutschung aus.<ref name="BrynP" />

=== Cape-Fear-Rutschungen ===
Seismische Daten deuten darauf hin, dass sich am [[Cape Fear (North Carolina)|Cape Fear]] in der Nähe von [[Wilmington (North Carolina)|Wilmington]] in [[North Carolina]] in den letzten 30.000&nbsp;Jahren mindestens fünf große submarine Rutschungen ereignet haben. Nachdem dort Vorkommen von Methanhydrat gefunden wurden, wurden sich auflösende Methanhydratvorkommen als Auslöser der Rutschungen diskutiert. Obwohl der genaue Auslösemechanismus für die Cape-Fear-Rutschereignisse nur unzureichend bekannt ist, deuten neuere Untersuchungen darauf hin, dass zumindest bei vier von fünf Ereignissen die Rutschung weit oberhalb der Methanhydratvorkommen stattfand.<ref name="HornbachMH" />

=== Methanentgasungtektonik ===
In der Nähe von [[Hudiksvall]] in [[Schweden]] gibt es eine Reihe von deformierten Gesteinsoberflächen und [[granit]]ischen Höhlen. Wahrscheinlich war das Gebiet in prähistorischer Zeit von einem starken Erdbeben betroffen. Der Bereich der dortigen Boda-Höhle ist deformiert und in Blöcke zerschnitten. Die Entfernung der Boda-Höhle vom [[Epizentrum]] des damaligen Erdbebens beträgt etwa 12&nbsp;Kilometer. Es wird vermutet, dass die dort angetroffene Deformation durch einen explosiven Methanhydratzerfall, der durch die seismische Schockwelle des Erdbebens ausgelöst wurde, entstanden ist.<ref name="MörnerNA" />

== Einfluss auf die Schifffahrt ==
[[Datei:Bermuda Triangle map (de).svg|mini|Bermudadreieck]]
Der Zerfall von großen Mengen Methanhydrat und daraus aufsteigende Methanblasen wurden wiederholt für den Untergang von Schiffen im [[Bermudadreieck]] verantwortlich gemacht. Das [[Archimedisches Prinzip|archimedische Prinzip]] besagt, dass der [[Statischer Auftrieb|statische Auftrieb]] eines Körpers in einem Medium genauso groß ist wie die [[Gewichtskraft]] des vom Körper verdrängten Mediums. Aufsteigende Methangasblasen reduzieren die [[Dichte]] des [[Meerwasser]]s. Diese Abnahme verringert die Auftriebskraft auf das schwimmende Objekt, wodurch es möglicherweise sinken kann. Ebenfalls könnten einzelne, große Methanblasen Schiffe untergehen lassen.

Die Energie für den Zerfall von Methanhydrat erfordert eine hohe Wärmezufuhr oder einen signifikanten Druckabfall.<ref name="DemingD" /> Es gibt Hinweise darauf, dass ein Methanhydratabbau durch Druckreduktion in Zusammenhang mit den [[Eiszeitalter|Eiszeiten]] stattfand. Da das Meerwasser in den großen kontinentalen [[Eisschild]]en gebunden wurde, senkte sich der Meeresspiegel ab. Dadurch verringerte sich der Druck auf das Methanhydrat, was eine Methanfreisetzung zur Folge hatte. Dieser Mechanismus verläuft jedoch langsam und die Freisetzung erfolgt über einen langen Zeitraum. Bei Methanhydratvorkommen, die nahe an der Grenze der Methanhydratstabilitätszone liegen, gibt es Hinweise darauf, dass Druckänderungen durch den [[Tidenhub]] Methan freisetzen können.<ref name="SultanN1" /> Neben der Tatsache, dass im Bermudadreieck keine ungewöhnliche Anzahl von Schiffen gesunken ist, treffen die bislang in Betracht gezogenen Möglichkeiten einer spontanen Gasfreisetzung aus Methanhydrat nicht auf das Bermudadreieck zu.

== Nachweis ==
[[Datei: Seismic Airgun.jpg|mini|Bergung seismischer Luftpulser (Airguns); die [[Hydrophon]]kette zum Empfang der seismischen Signale ist rechts auf der Winde aufgerollt]]
Der Nachweis von Methanhydrat an den Kontinentalrändern erfolgt meist mit [[Seismik|seismischen]] Methoden. Dabei wird die Struktur des Untergrunds durch reflektierte akustische Signale untersucht. Als Schallquelle werden [[Luftpulser]] verwendet, die Aufnahme der reflektierten Schallwellen erfolgt durch [[Hydrophon]]e.

Der akustische [[Wellenwiderstand]] ist unterhalb des Meeresbodens im Sediment höher als in der darüberstehenden [[Wassersäule (Hydrologie)|Wassersäule]]. An der [[Grenzfläche]] zweier Stoffe mit einem großen Unterschied im Wellenwiderstand wird der Schall stark reflektiert. Das Signal eines methanhydratfreien Meeresbodens ist durch eine spezielle Art der Reflexion gekennzeichnet, bei der das unterirdische Volumen härter ist als das darüber liegende Volumen.<ref name="PradasPSR" />

Bei methanhydratführenden Schichten ist der bodensimulierende Reflektor durch eine andere Art der Reflexion gekennzeichnet, die auf einen hohen Wellenwiderstand im Methanhydrat über methangasgefüllten Sedimenten mit niedrigem Wellenwiderstand hinweist. Die Erkundung der Lage von Methanhydratgebieten mittels seismischer Methoden ist in Gegenden, in denen der bodensimulierende Reflektor leicht erkennbar ist, relativ einfach. Der bodensimulierende Reflektor markiert normalerweise die Basis einer Methanhydratschicht, unter der sich freies Gas befindet. Die Bestimmung des genauen Anteils des Methanhydrats im Sediment allein durch seismische Methoden ist jedoch schwierig und gegebenenfalls ungenau. In Gebieten ohne freies Gas unterhalb des Methanhydrats ist kein bodensimulierender Reflektor vorhanden, der Nachweis von Methanhydrat erfordert dort andere Methoden, etwa die Gewinnung von Bohrkernen.<ref name="PradasPSR" />

In der Weltraumforschung könnte der Einsatz von [[Infrarotspektroskopie]] eine Möglichkeit zum Nachweis von Methanhydrat sein. Die eingeschlossenen Methanmoleküle zeigen bei niedrigen Temperaturen von 10 bis 200&nbsp;[[Kelvin]] im nahen bis mittleren Infrarotbereich in den Wasserkäfigen ein gasförmiges Verhalten, deren Schwingungsspektren einzigartig für Methanhydrat sind.<ref name="DartoisE" />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Methane clathrate|Methanhydrat}}
{{Wiktionary|Methanhydrat}}
* [https://www.usgs.gov/media/videos/usgs-gas-hydrates-lab Video über das Methanhydratlabor des United States Geological Survey in Menlo Park, Kalifornien]

== Literatur ==
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== Einzelnachweise ==
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[[Kategorie:Fossiler Brennstoff]]
[[Kategorie:Brenngas]]
[[Kategorie:Stoffgemisch]]
[[Kategorie:Erdgaswirtschaft]]
[[Kategorie:Klimatologie]]
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