进入现代社会后，天然气已经成为千家万户不可或缺的燃料，同时也是天然气汽车的燃料，可见天然气已经与我们的生活密不可分。

我们知道，天然气是自然形成的不可再生能源，总有用完的一天。那么天然气是如何产生的？一旦地球上的天然气被开采完，以后怎么办？

我们先来了解一下天然气的成分和来源。天然气的主要成分是甲烷（CH4），一种有一个碳原子和四个氢原子结合在一起的烷烃化合物。从地下直接开采出来的天然气中还有少量乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、氮气和二氧化碳等。而我们家用的天然气，是纯度更高的甲烷气体。

那么地球上的以甲烷为主的天然气是如何形成的呢？现代科学研究已经证明，地球上绝大部分的天然气都是微生物在厌氧环境，和在一定的温度、压强下，由复杂的有机物分解生成。在地下深处，天然气经常与石油伴生，我们在开采石油时，也经常会有天然气跟着冒出来。另外一种就是沼气，也是微生物分解形成的，并且可以通过人工干预加速这种转化。还有一种是在冻土和海底保存的天然气水合物，也就是由甲烷和水结合在一起的物质，也称为“可燃冰”，储量也很大，是一种有待勘查和开发的能源。

总的来说，除通过现代工业方法生产的甲烷外，地球上的绝大部分甲烷，都是来自微生物的分解。

有趣的是，科学家还在其他天体上发现了甲烷，有的储量还很大。难道那里也有微生物，真的存在地外生命吗？

我们首先来看火星。火星生命的探索是全世界关注度最高的，因为火星与地球高度相似，曾经有过温暖潮湿的环境，适宜生命的形成和繁衍。但是，科学家一直没有找到任何火星生命的直接证据。而奇妙的是，火星探测器已经在火星的高层大气和火星表面大气中，都探测到了浓度不等的甲烷气体成分。而且，甲烷的浓度还在变化之中。

火星大气中的这些甲烷从何而来？有一种观点就认为和地球上一样，是深埋在火星地下的微生物转化而来。那么，这些微生物在哪里？为什么一直没有探测到呢？而更多的科学家认为，这些甲烷不需要微生物的参与，而是由有地下深处的岩石和水发生化学反应生成的。具体来说，是由一种叫橄榄石的矿物与水和二氧化碳反应，形成了甲烷气体和其他矿物。其中的甲烷被释放到大气中，后来被我们的科学仪器探测到。

相比火星，土星的一个卫星--土卫六泰坦上有大量的甲烷，它有比地球还要浓密的大气层，成分都是甲烷，而且表面含有大量的甲烷湖泊，甚至可能存在甲烷海洋。其储量甚至达到地球甲烷储量的数百倍。如此巨量的甲烷又是如何形成的呢？

目前普遍的看法是土卫六（泰坦）上的甲烷来源比较特殊，可能与地球和火星上甲烷的形成方式都不同，也就是说，土卫六上的甲烷既不是生命活动的产物，也不是地质活动形成的，而是从其一开始诞生就存在的。

这说明太阳系的天体一开始就有大量的烷烃物质。科学家认为，在原始星云中含有的大量氢和氦，碳元素很容易与活跃的氢元素结合，形成最简单的碳氢化合物甲烷。

甲烷在宇宙中是一种相当常见的物质，在那些最终可能形成恒星及其行星、卫星系统的星云中是普遍存在的。在星云中，物质的密度其实是非常低的，比人类在地球上制造的真空密度还要低，因此这些元素的原子并没有太多的机会遇到另一个原子从而形成分子，多数都是以单原子存在。而在一些附近存在强烈辐射源的星云中，元素甚至以电离的核与自由的电子的形态存在。尽管密度如此之低，但由于数量极其巨大，所以总会有一些原子找到了“另一半”，结合成分子。

当恒星点燃后，星际气体、尘埃等被吹到一定距离外，开始形成行星。甲烷作为吸积盘中重要的物质，在各大行星上应该都有存在，那么为什么天体上丰富到形成海洋的地步呢？甲烷在星际气体以及行星形成后形成的气体中，属于较轻气体，所以在靠近太阳且磁场较弱的行星，以及没有大气层的卫星上很容易被剥离，跑到外部空间，进入到外太阳系。那里温度很低，甲烷可以以液态的形式被稳定的保存下来。这就是土卫六上甲烷形成的原因。

那么土卫六上如此多的甲烷天然气，能够被我们人类利用吗？

就现在的技术来讲，要利用土卫六上的甲烷难度还是很大的。我们不可能架设一个天然气管道把那里的甲烷运输到地球上来。这技术上难以实现，成本也太高。但是，对于未来人类的深空探测也许可以发挥作用。一是，可以把土卫六建成一个“加气站”，例如我们的探测器可以在驶向更遥远太空时，在途经土卫六时进行加气。但问题是，甲烷的燃烧还需要氧气，而土卫六上没有氧气，如果要利用那里的甲烷，就要多准备氧气，而这一点恐怕也是很难做到的。二是科学方面的价值，尽管甲烷本身是最简单的碳氢化合物，但是那里有可能有大量更为复杂的碳氢化合物，有些对形成大分子有机物，甚至生命非常有利，因此是开展地外生命探索的重要对象之一。

总的来说，甲烷或者天然气在太阳系内很多天体上都有，它们的形成方式也各有不同。对于像土卫六这样的外太空的天然气资源，目前还没有办法去利用。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者：肖龙 中国地质大学（武汉）教授

审核：董汉文 中国地质科学院地质研究所副研究员

出品：中国科协科普部

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