Un clatrat este un tip de hidrat sau compus al apei, în care moleculele unei alte substanțe sunt prinse într-o structură asemănătoare cuștilor compusă din molecule de apă. Molecula prinsă este de obicei un gaz la presiune și temperatură normale. Clatrații sunt solide asemănătoare gheții care se formează în general la presiuni mari și temperaturi scăzute. Printre cele mai cunoscute și mai studiate se numără un hidrat de metan care se găsește în mod natural în depozite mari de sub fundul mării în multe părți ale lumii. Acestea pot fi o sursă potențială de energie, dar există și îngrijorarea că o eliberare bruscă de cantități mari de metan clatrat, determinată probabil de încălzirea globală, ar putea fi dezastruoasă.
Unitatea de bază a majorității clatraților este un dodecaedru compus din 20 de molecule de apă dispuse pentru a forma 12 fețe pentagonale, cu un centru gol care poate fi ocupat de o „moleculă invitată”. Structura este în esență ținută împreună prin legături de hidrogen între moleculele de apă, dar stabilizată de moleculele invitate. Deoarece dodecaedrele nu pot fi împachetate împreună pentru a umple tot spațiul disponibil, apar și alte forme poliedrice, astfel încât se formează o rețea. Din cauza acestei variații a formelor cuștilor și a faptului că nu toate cuștile sunt în mod necesar ocupate, clatraților nu li se pot da formule chimice precise. Moleculele invitate de clatrat pot fi gaze de hidrocarburi, cum ar fi metanul sau etanul, oxigenul, azotul și dioxidul de carbon.
Hidratul de metan este compusul clatrat care a generat cel mai mare interes. Acest compus apare în cantități mari în diferite locații de pe marginile tuturor continentelor și în regiunile de permafrost din Siberia și Alaska. S-a estimat că aceste zăcăminte constituie cea mai mare rezervă de hidrocarburi de pe planetă, depășind cu mult rezervele cunoscute de cărbune, petrol și gaze naturale. Se crede că s-au format din metanul produs de activitatea microbiană în condiții anaerobe în sedimente chiar sub suprafața fundului mării sau pe uscat unde temperaturile sunt suficient de scăzute. Chiar și în regiunile tropicale, temperaturile fundului mării sunt suficient de scăzute pentru formarea clatratului, unde presiunea le permite să se solidifice la câteva grade peste punctul de îngheț.
Având în vedere cantitățile mari de metan stocate în aceste zăcăminte, acestea au fost considerate ca o potențială sursă de gaze naturale. Pot exista, totuși, dificultăți tehnice grave în extracția acestuia, care îl fac neeconomic. Uniunea Sovietică a făcut o serie de încercări nereușite de a extrage gaz din zăcămintele de clatrat de permafrost siberian în anii 1960 și 1970. Există, de asemenea, îngrijorarea că metodele utilizate pentru a elibera gazul captat ar putea destabiliza depozitele, ceea ce ar putea duce la tasări și alunecări de teren.
Deși depozitele de clatrat pot reprezenta o resursă energetică uriașă neexploatată, ele ar putea reprezenta, de asemenea, un pericol grav. Ele nu sunt stabile în afara condițiilor de temperatură și presiune în care apar și există îngrijorarea că încălzirea globală le poate face instabile. Aceasta reprezintă o dublă amenințare.
În primul rând, topirea gheții de clatrat amestecată cu sedimente de la marginile continentale ar putea duce la alunecări masive de teren și, în consecință, tsunami. Există dovezi din trecutul geologic relativ recent că acest lucru s-ar fi putut întâmpla în largul coastei Norvegiei. În al doilea rând, metanul este un gaz puternic cu efect de seră care captează căldura în atmosferă într-o măsură și mai mare decât dioxidul de carbon. Eliberarea bruscă a unor cantități uriașe de acest gaz ar putea accelera încălzirea globală, care ar putea provoca, la rândul său, o destabilizare suplimentară. Din nou, există dovezi geologice că acest lucru s-ar fi putut întâmpla în trecut prin procese naturale și există, din 2011, o îngrijorare deosebită cu privire la hidratul de metan din depozitele de permafrost.