Klatrat je vrsta hidrata ili vodenog spoja u kojem su molekule druge tvari zarobljene unutar strukture nalik kavezu sastavljene od molekula vode. Zarobljena molekula je obično plin pri normalnom tlaku i temperaturi. Klatrati su krute tvari slične ledu koje se općenito stvaraju pri visokim tlakovima i niskim temperaturama. Među najpoznatijim i najviše proučavanim je metan hidrat koji se prirodno nalazi u velikim naslagama ispod morskog dna u mnogim dijelovima svijeta. Oni mogu biti potencijalni izvor energije, ali postoji i zabrinutost da bi iznenadno oslobađanje velikih količina klatratnog metana, možda potaknuto globalnim zatopljenjem, moglo biti pogubno.
Osnovna jedinica većine klatrata je dodekaedar sastavljen od 20 molekula vode raspoređenih tako da tvore 12 peterokutnih lica, sa šupljim središtem koje može zauzeti “gostujuća molekula”. Strukturu u osnovi drže zajedno vodikove veze između molekula vode, ali je stabilizirana molekulama gostiju. Budući da se dodekaedri ne mogu upakirati zajedno kako bi popunili sav raspoloživi prostor, javljaju se i drugi poliedarski oblici, tako da se formira rešetka. Zbog ove varijacije u oblicima kaveza i činjenice da svi kavezi nisu nužno zauzeti, klatratima se ne mogu dati precizne kemijske formule. Goste molekule klatrata mogu biti plinovi ugljikovodika, kao što su metan ili etan, kisik, dušik i ugljični dioksid.
Metan hidrat je spoj klatrata koji je izazvao najveći interes. Ovaj spoj se javlja u velikim količinama na raznim mjestima po rubovima svih kontinenata iu područjima permafrosta u Sibiru i Aljasci. Procjenjuje se da ta ležišta predstavljaju najveće rezerve ugljikovodika na planetu, daleko premašujući poznate rezerve ugljena, nafte i prirodnog plina. Smatra se da su nastali od metana proizvedenog mikrobnom aktivnošću u anaerobnim uvjetima u sedimentima neposredno ispod površine morskog dna ili na kopnu gdje su temperature dovoljno niske. Čak iu tropskim regijama, temperature morskog dna su dovoljno niske za stvaranje klatrata, gdje im tlak omogućuje skrućivanje na nekoliko stupnjeva iznad točke smrzavanja.
S obzirom na ogromne količine metana pohranjene u ovim naslagama, oni su smatrani potencijalnim izvorom prirodnog plina. Međutim, u njegovom vađenju mogu postojati ozbiljne tehničke poteškoće koje ga čine neekonomičnim. Sovjetski Savez je tijekom 1960-ih i 1970-ih napravio niz neuspješnih pokušaja da izvuče plin iz sibirskih naslaga permafrosta klatrata. Također postoji zabrinutost da metode korištene za oslobađanje zarobljenog plina mogu destabilizirati naslage, što bi potencijalno moglo dovesti do slijeganja i klizišta.
Iako naslage klatrata mogu predstavljati ogroman neiskorišteni energetski resurs, mogu predstavljati i ozbiljnu opasnost. Oni nisu stabilni izvan uvjeta temperature i tlaka u kojima se javljaju i postoji zabrinutost da bi ih globalno zatopljenje moglo učiniti nestabilnima. Ovo predstavlja dvostruku prijetnju.
Prvo, otapanje klatratnog leda pomiješanog sa sedimentima na kontinentalnim rubovima moglo bi rezultirati masivnim klizištima i posljedičnim tsunamijem. Postoje dokazi iz relativno nedavne geološke prošlosti da se to možda dogodilo uz obalu Norveške. Drugo, metan je moćan “staklenički” plin koji zadržava toplinu u atmosferi u još većoj mjeri nego ugljični dioksid. Iznenadno oslobađanje golemih količina ovog plina moglo bi ubrzati globalno zatopljenje, što bi zauzvrat moglo uzrokovati daljnju destabilizaciju. Opet, postoje geološki dokazi da se to moglo dogoditi u prošlosti kroz prirodne procese, a od 2011. postoji posebna zabrinutost zbog metanskog hidrata u naslagama permafrosta.