Klatrat adalah jenis hidrat, atau senyawa air, di mana molekul zat lain terperangkap dalam struktur seperti sangkar yang terdiri dari molekul air. Molekul yang terperangkap biasanya berupa gas pada tekanan dan suhu normal. Clathrates adalah padatan seperti es yang umumnya terbentuk pada tekanan tinggi dan suhu rendah. Di antara yang paling terkenal dan paling banyak dipelajari adalah hidrat metana yang terjadi secara alami dalam deposit besar di bawah dasar laut di banyak bagian dunia. Ini mungkin merupakan sumber energi potensial, tetapi ada juga kekhawatiran bahwa pelepasan metana klatrat dalam jumlah besar secara tiba-tiba, mungkin dipicu oleh pemanasan global, dapat menjadi bencana.
Unit dasar kebanyakan klatrat adalah dodecahedron yang terdiri dari 20 molekul air yang disusun membentuk 12 permukaan segi lima, dengan pusat berongga yang dapat ditempati oleh “molekul tamu”. Struktur pada dasarnya disatukan oleh ikatan hidrogen antara molekul air, tetapi distabilkan oleh molekul tamu. Karena dodecahedra tidak dapat dikemas bersama untuk mengisi semua ruang yang tersedia, bentuk polihedral lainnya juga terjadi, sehingga terbentuk kisi. Karena variasi bentuk kandang ini, dan fakta bahwa tidak semua kandang terisi, klatrat tidak dapat diberikan rumus kimia yang tepat. Molekul tamu klatrat dapat berupa gas hidrokarbon, seperti metana atau etana, oksigen, nitrogen, dan karbon dioksida.
Metana hidrat merupakan senyawa klatrat yang paling diminati. Senyawa ini terdapat dalam jumlah besar di berbagai lokasi di sekitar tepi semua benua dan di daerah permafrost Siberia dan Alaska. Diperkirakan bahwa endapan ini merupakan cadangan hidrokarbon terbesar di planet ini, jauh melebihi cadangan batu bara, minyak, dan gas alam yang diketahui. Mereka diperkirakan terbentuk dari metana yang dihasilkan oleh aktivitas mikroba dalam kondisi anaerobik di sedimen tepat di bawah permukaan dasar laut atau di daratan di mana suhu cukup rendah. Bahkan di daerah tropis, suhu dasar laut cukup rendah untuk pembentukan klatrat, di mana tekanan memungkinkan mereka untuk memadat pada beberapa derajat di atas titik beku.
Mengingat jumlah besar metana yang tersimpan di deposit ini, mereka telah dianggap sebagai sumber potensial gas alam. Namun, mungkin ada kesulitan teknis yang serius yang terlibat dalam ekstraksi yang membuatnya tidak ekonomis. Uni Soviet melakukan sejumlah upaya yang gagal untuk mengekstraksi gas dari endapan klatrat permafrost Siberia selama tahun 1960-an dan 1970-an. Ada juga kekhawatiran bahwa metode yang digunakan untuk melepaskan gas yang terperangkap dapat mengganggu kestabilan endapan, yang berpotensi menyebabkan penurunan tanah dan tanah longsor.
Meskipun endapan klatrat dapat mewakili sumber energi yang sangat besar yang belum dimanfaatkan, mereka juga dapat menimbulkan bahaya yang serius. Mereka tidak stabil di luar kondisi suhu dan tekanan di mana mereka terjadi dan ada kekhawatiran bahwa pemanasan global dapat membuat mereka tidak stabil. Ini menimbulkan ancaman ganda.
Pertama, pencairan es klatrat yang bercampur dengan sedimen di tepi benua dapat mengakibatkan tanah longsor besar-besaran dan tsunami yang diakibatkannya. Ada bukti dari masa lalu geologis yang relatif baru bahwa ini mungkin terjadi di lepas pantai Norwegia. Kedua, metana adalah gas “rumah kaca” yang kuat yang memerangkap panas di atmosfer bahkan lebih besar daripada karbon dioksida. Pelepasan tiba-tiba sejumlah besar gas ini dapat mempercepat pemanasan global, yang pada gilirannya dapat menyebabkan destabilisasi lebih lanjut. Sekali lagi, ada bukti geologis bahwa ini mungkin terjadi di masa lalu melalui proses alami dan, pada 2011, ada kekhawatiran khusus tentang metana hidrat di endapan permafrost.