从地球构造角度来说，可燃冰主要分布在聚合大陆边缘大陆坡、被动大陆边缘大陆坡、海山、内陆海及边缘海深水盆地和海底扩张盆地等构造单元内。据估计，陆地上20.7%和大洋底90%的地区，具有形成可燃冰的有利条件。绝大部分的可燃冰分布在海洋里，资源量是陆地上的100倍以上。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体，因而可燃冰是一种重要的潜在未来资源。据潜在气体联合会估计，永久冻土区可燃冰资源量为1.4×1013～3.4×1016平方米，包括海洋可燃冰在内的资源总量为7.6×1018平方米。但是，大多数人认为储存在可燃冰中的碳至少有1013吨，约是当前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的两倍。
从化学结构来看，可燃冰是这样构成的：由水分子搭成像笼子一样的多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中。
不同的温压条件，具有不同的多面体格架。
从物理性质来看，可燃冰的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解常数和热传导率均低于冰。可燃冰的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是以物探方法识别可燃冰的理论基础。
4.筹划未来——我国的可燃冰状况
作为世界上最大的发展中的海洋大国，我国能源短缺十分突出。目前我国的油气资源供需差距很大，1993年我国已从油气输出国转变为净进口国，1999年进口石油4000多万吨，2000年进口石油近7000万吨，2010年石油缺口达2亿吨。因此，急需开发新能源以满足中国经济的高速发展。
我国附近海域海底可燃冰资源丰富，储量可观。现在，对于它上游的勘探开采技术可借鉴常规油气，下游的天然气运输、使用等技术都很成熟。
因此，加强可燃冰的研究和开发是我国规划21世纪新能源结构、增强综合国力及国际竞争力、保证经济安全的重要途径。
目前，我国对海底可燃冰的研究与勘察已取得一定成效，在南海西沙海槽等海区已相继发现存在可燃冰的地球物理标志——拟海底反射层。这表明我国海域也分布有可燃冰资源，有利于我们开展进一步的研究和开发工作；同时青岛海洋地质研究所已建立有自主知识产权的可燃冰实验室，并曾成功点燃可燃冰，填补了我国在这一领域的研究空白。
第十节原子能量——核能
1.冉冉新星——核能
核能是人类历史上的一项伟大发明，由于小小的原子核蕴藏的能量巨大惊人，而受到人们的重视和青睐。核能被人们发现以后，首先用于军事方面。后来随着科技的快速发展，核能逐渐应用于发电，成为能源领域的一大亮点。
核能，是核裂变能的简称。60多年以前，科学家在一次试验中发现铀-235原子核在吸收一个中子以后能分裂，在放出2～3个中子的同时伴随着一种巨大的能量，这种能量比化学反应所释放的能量大得多，这就是人们今天所说的核能。
核能的释放形式主要有三种：
（1）核裂变能（重核裂变）
核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的巨大能量。
当一个重原子核，分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应时，就能释放出巨大的能量。例如，当用一个中子轰击铀-235的原子核时，它就会分裂成两个质量较小的原子核，同时产生2～3个中子和β、γ等射线，并释放出约200兆电子伏特的能量；如果再有一个新产生的中子去轰击另一个铀-235原子核，便引起新的裂变，以此类推，裂变反应不断地持续下去，从而形成了裂变链式反应，与此同时，核能也连续不断地释放出来。
（2）核聚变能（轻核聚变）。
由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素——氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。
核聚变是在高温下（几百万度以上）重氢核（氘核）与超重氢核（氘核）结合成氦放出大量能量的过程。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力，因此在一般的温度和压力下，很难发生聚变反应。
而在太阳等恒星内部，压力和温度都极高，所以就使得轻核有了足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，因而也称为“热核聚变反应”。
核聚变要比核裂变释放出更多的能量。例如相同数量的氘和铀-235分别进行聚变和裂变，前者所释放的能量约是后者的3倍多。
人们所熟悉的原子弹、核电站、核反应堆等都利用了核裂变的原理。只是实现核聚变的条件要求较高，即需要使氢核处于几千万度以上的高温才能使相当的核具有动能实现聚合反应。
与重核裂变相比，轻核聚变发电有着无可比拟的优点：
①能量巨大。核聚变比核裂变释放出更多的能量。例如，铀-235的裂变反应，将0.1％的物质变成了能量；而氘的聚变反应，将近0.4％的物质变成了能量。
②资源丰富。重核裂变使用的主要原料是铀，据估计，世界上核裂变的主要燃料铀和钍的储量分别约为490万吨和275万吨，这些裂变燃料足可以用到聚变能时代；轻核聚变的燃料是氘和锂，1升海水能提取30毫克氘，在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量，即“1升海水约等于300升汽油”，地球上海水中有40多万亿吨氘，足够人类使用百亿年。地球上的锂储量有2000多亿吨，锂可用来制造氚，足够人类在聚变能时代使用。况且以目前世界能源消费的水平来计算，地球上能够用于核聚变的氘和氚的数量，可供人类使用上千亿年。因此，有关能源专家认为，如果解决了核聚变技术，那么人类将能从根本上解决能源问题。
③成本低廉。1千克氘的价格只为1千克浓缩铀的1/40。
④安全、无核污染。聚变不产生放射性污染物，万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会发生爆炸。
但是，实现核聚变的条件十分苛刻，为了使两个原子核聚变，必须使两个原子核的一方或双方有足够的能量，去克服彼此之间的静电斥力，满足这样的条件需要几千万甚至几亿摄氏度的高温。
（3）核衰变
核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难加以利用。
2.百密一疏——核能的优点和缺点
在地球资源库中，核资源比较丰富，核燃料有铀、钍、氘、锂、硼等矿藏。据统计，世界上铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源，可提供的能量是矿石燃料的10多万倍。
核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施。具有许多优点：
（1）核燃料具有体积小而能量大的特点。核能比化学能大几百万倍；1000克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量；一座100万千瓦的大型烧煤电站，每年需原煤300万～400万吨，运这些煤需要2760列火车，相当于每天8列火车，还要运走4000万吨灰渣；同功率的压水堆核电站，一年仅耗铀含量为3％的低浓缩铀燃料28吨；每一磅铀的成本，约为20美元，换算成1千瓦发电经费是0.001美元左右，这和目前的传统发电成本比较，便宜很多；而且，由于核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近。
核电站的基本建设投资一般是同等火电站的1.5～2倍，不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多，运行维修费用也比火电站少。如果掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽、用之不谒。
（2）核能污染少。火电站不断地向大气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质，同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质，也会随着烟尘飘落到火电站的周围，污染环境；而核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量。
（3）核能安全性强。从世界上第一座核电站建成以来，全世界投入运行的核电站达400多座，多少年来基本上都是安全正常的。
虽然有1979年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故，但这两次事故都是由于人为因素造成的。随着压水堆的进一步改进，核电站有可能会变得更加安全。
总体来说，核能在未来能源领域的优势地位是其他传统能源无法比拟的。
①核能发电不像化石燃料发电那样排放大量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。
②核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
③核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。
④核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座100亿瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送任务。
⑤核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，发电成本较其他发电方法更加稳定。
美中不足的是核能也有自身的缺陷：
①资源利用率低。
②反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决。
③反应堆的安全问题尚需不断监控及改进。
④核不扩散的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制。
⑤核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大。
3.民用之路——核能发电
核能是人类最具希望的未来能源。近年来，在军事领域大显神威的核能由原来人们对它的“谈核色变”，逐渐随着人们科学认识的提高而走下“神坛”，并作为能源大家庭的后起之秀被广泛应用于民用领域。
核能发电就是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的。它与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，将水加热成高温高压，以核裂变能代替矿物燃料的化学能；除沸水堆外，其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机；沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约100万倍），比较起来所需要的燃料体积比火力电厂少很多。
核能发电所使用的铀-235纯度只约占3%～4%，其余皆为无法产生核分裂的铀-238。
第十一节地球体温——地热能
1.地下热宝——地热能
地热能属于可再生能源，由于它是地壳内部的热能，所以有“地球体温”之称。
地热来源主要是地球内部长寿命的放射性同位素热核反应产生的热能。具体的地热能是指在当前的技术经济和地质环境条件下能够科学、合理地开发出来的，地壳岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。
地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达7000℃，而在80～100千米的深度处，温度会降至650℃～1200℃；透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1000～5000米的地壳，热力得以被转送到较接近地面的地方；高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并提取它们的能量。
地热能的能量是指离地球表面5000米深，15℃以上的岩石和液体的总含热量。目前地热资源勘察的深度可达到地表以下5000米，据推算全球储存的地热资源相当于5000亿吨标准煤的当量。
截至20世纪末，世界地热资源开发利用于发电的总装机容量为588万千瓦，地热水的中低温直接利用约相当于1137万千瓦。
2.热感地带——地热能的类型和分布
在世界范围内，地热资源非常丰富。由于各国和地区分类的标准不同，地热能就有不同的类型。
按照储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型五大类。
一般意义上，地热资源是按温度划分类型。我国把高于150℃的地热能称为高温地热，主要用于发电；低于150℃的地热能称为中低温地热，通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等方面。
地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当100PW·h（每1小时为10－6瓦）。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。
地热能集中分布在地球构造板块边缘一带，也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。
