Gazul emis din fundul rezervoarelor este gaz de mlaștină cu miros neplăcut (o altă denumire generalizată este metanul). Din punct de vedere științific, este formenă sau metil hidrogen. Cea mai mare parte constă din metan (CH4). De asemenea, poate conține azot, argon, hidrogen, fosfină și dioxid de carbon.
Funcții cheie
Compoziție standard, formula chimică a gazului de mlaștină - toate acestea demonstrează clar apartenența sa la cei mai simpli compuși de carbon. Alte componente sunt grupate în jurul acestui element. Gazul de mlaștină se găsește în natură în stare liberă sub formă de amestec cu dioxid de carbon sau azot. Rezultă din descompunerea materiei organice. De regulă, acestea sunt plante care sunt sub apă și lipsite de acces la aer.
Minele de cărbune sunt un alt loc unde se formează gaz combustibil de mlaștină. Se acumulează printre roci după descompunerea reziduurilor organice. Numeroase goluri contribuie la aceasta. Astfel de gaze scapă atunci când apare o gaură accidentală.
Locuri de învățământ
În ciuda numelui său destul de clar, gazul de mlaștină (sau mai bine zis, metanul) este emis și dincrapa pământului în apropierea câmpurilor petroliere. Primele astfel de cazuri au fost înregistrate în Statele Unite ale Americii, pe malurile râului Allegheny, precum și în Rusia, în regiunea Caspică. În Baku, din acest motiv, a existat o legendă despre incendiile misterioase de la Baku încă din cele mai vechi timpuri. Fenomenul natural s-a dovedit a fi amestecat cu dioxid de carbon, azot și vapori de petrol, gaz de mlaștină.
Odată cu dezvoltarea industriei și a tehnologiei miniere, oamenii au învățat cum să utilizeze metanul eliberat. Prima astfel de plantă a apărut în Pennsylvania. Gazul de mlaștină se caracterizează prin faptul că se formează continuu, poate fi găsit în orice mlaștină sau iaz. Adesea, este suficient doar să atingeți mâlul cu un băț. După aceea, bulele de gaz plutesc la suprafața apei.
Bază de gaz de mlaștină
Bacterii contribuie la formarea componentului principal al gazelor naturale (metan). Din cauza acestora, începe fermentarea fibrelor vegetale, contribuind la apariția metanului. Se crede că cel mai pur metan este caracteristic vulcanilor noroiosi din peninsulele Apsheron și Kerci.
În plus, apare în depozitele de sare, izvoare și fumarole - găuri și fisuri situate la poalele vulcanilor. Metanul este prezent în intestinul uman. Conține produsele de expirație ale unor animale. Una dintre primele dovezi scrise ale acestei substanțe poate fi considerată scrierile scriitorului antic Pliniu, care a menționat compușii combustibili gazoși.
Exploziv
Majoritatea gazelor de mlaștinăcunoscut pentru proprietățile sale distructive. Când este aprins în amestec cu aer, provoacă o explozie. Motivul pentru aceasta este proprietățile metanului. Explozia gazelor de mlaștină și a compușilor similari a îngrozit multă vreme oamenii care au explicat ce se întâmplă cu superstițiile. Motivele anomaliei au devenit clare abia după un studiu științific al acestui fenomen.
Gazul de mlaștină, metanul și alți compuși explozivi i-au determinat pe oameni să inventeze lampa Davy. A început să fie folosit atât în mlaștini, cât și în minele de cărbune. În această lampă, produsele de ardere au fost îndepărtate folosind o grilă specială, datorită căreia a fost exclusă posibilitatea de aprindere a unui amestec de gaz combustibil.
Istoricul descoperirilor
Omul de știință italian Allesandro Volta a adus o mare contribuție la studiul gazului de mlaștină (metan). În 1776, a dovedit că această substanță este diferită de hidrogen, deoarece are nevoie de două ori mai mult oxigen pentru a arde. În plus, Volta a fost cel care a stabilit că gazul de mlaștină este o sursă de acid carbonic.
Un italian a descoperit metan la granița dintre Elveția și Italia, lângă Lacul Maggiore. Inspirația pentru om de știință a fost un articol al omului de știință și politician american Benjamin Franklin despre fenomenul „aerului combustibil”. Volta a fost primul care a obținut metan prin colectarea gazului emis de mlaștină.
Cercetarea continuă
Alți cercetători importanți ai fenomenului natural au fost chimistul francez Claude Berthollet și chimistul britanic William Henry. Ultimul dintre ele, în 1805, a determinat compoziția gazului de mlaștină și l-a distins de etilenă (decinumită gaz petrolier).
Secretul explozivului a fost ascuns în componenta sa principală - metanul. A fost definit ca o hidrocarbură gazoasă ușoară (spre deosebire de etilena gazoasă de hidrocarbură grea). De-a lungul timpului, a fost stabilit un alt termen - metil hidrogen. Cercetările lui Henry au fost continuate de John D alton și Jens Jakob Berzelius.
În 1813, chimistul și geologul englez Humphrey Davy a analizat clapeta și a concluzionat că această substanță este un amestec de metan, anhidridă carbonică și azot. Astfel s-a dovedit că amestecul combustibil degajat în mine este identic cu un amestec similar din mlaștini.
Impactul ecologic
Caracteristic gazului de mlaștină, metanul provine din anumite reacții chimice. În primul rând, aceasta este distilarea uscată a materiei organice (de exemplu, turbă sau lemn). Metanul pur chimic se obține prin descompunerea metilului de zinc cu apă (se produce oxid de zinc). Astăzi, această substanță atrage atenția multor ecologiști datorită participării sale la formarea efectului de seră. Acest lucru se datorează acumulării de metan în atmosfera Pământului. Gazul de mlaștină absoarbe radiația termică în regiunea infraroșie a spectrului. În acest parametru, este al doilea după dioxidul de carbon pur. Ecologiștii estimează contribuția metanului la creșterea efectului de seră la aproximativ 30%.
Proprietățile, compoziția, formula chimică a gazului de mlaștină sunt studiate astăzi ca parte a studiului influenței sale asupra atmosferei planetei noastre. În cantități naturale produse de natura însăși, nu a fostpericuloasă ca cauză a efectului de seră. Problema este însă că o cantitate uriașă de metan intră în atmosferă din vina oamenilor înșiși. Un analog al gazului de mlaștină este produs la diferite întreprinderi. Acesta este așa-numitul metan abiogen. Cel care apare în mlaștini este considerat biogen – adică rezultat din transformarea materiei organice.
Metanogeneza
Biosinteza metanului (și, prin urmare, apariția gazului de mlaștină) se mai numește și metanogeneză. Bacteriile arheale sunt implicate în acest proces. Sunt aerobi, adică pot obține energie pentru viață fără oxigen. Arheele nu au organele membranare și un nucleu.
Bacterii generează metan prin reducerea compușilor cu un carbon cu alcooli de carbon și compuși cu un singur carbon. O altă modalitate este disproporționarea acetatului. Energia produsă de bacterii este transformată de enzimele ATP sintazei. În metanogeneză sunt implicate o varietate de molecule: coenzime, metanofuran, tetrahidrometanopterina etc.
metanogene
Știința cunoaște 17 genuri și 50 de specii de arhee capabile să genereze baza gazului de mlaștină. Ele formează colonii multicelulare primitive. Genomul cel mai studiat al unor astfel de arhei este Methanosarcina acetivorans. Ei convertesc monoxidul de carbon în acetați și metan folosind enzimele acetat kinaza și fosfotransacetilaza. Există, de asemenea, o teorie conform căreia aceste arhee din cele mai vechi timpuri se puteau transforma în tioeter, cu condiția să existe unconcentrația de sulfură de fier.
Cauza incendiilor forestiere
Cu emisii și concentrații suficiente, gazul de mlaștină, aprins, poate provoca o turbă naturală mare și un incendiu de pădure. Astăzi, există un întreg complex de combatere a unor astfel de fenomene. Serviciile speciale efectuează monitorizarea gazelor în zonele cele mai mlăștinoase. Aceștia sunt responsabili pentru prevenirea și controlul cantitativ al raportului dintre componentele unui gaz potențial periculos.
De exemplu, unul dintre cele mai mlăștinoase din regiunea Moscovei este districtul Shatursky din est. În rezervoarele sale se găsesc o mulțime de pești (carași, bibani, gobi, crapi, știuci, crap), tritoni, broaște, șerpi, șobolani muschi, păsări (stârci, bibani, lipitori, rațe). Oasele tuturor acestor animale conțin fosfor. Este procesat de bacterii, după care apar câteva alte substanțe. Acestea sunt difosfină și fosfină. Ei sunt principalii inițiatori ai reacției în lanț de ardere spontană. Incendiile declanșate în acest fel reprezintă o problemă gravă de mediu. Din incendiile din mlaștini ard nu numai pădurile, ci și turbării. Focul se poate extinde adânc în ele. Astfel de turbării pot arde ani de zile.
Aproximativ două treimi din toate mlaștinile din lume sunt concentrate în Rusia. Se găsesc în centrul părții europene a țării, Siberia de Vest și Kamchatka. Suprafața totală a mlaștinilor din Rusia este de aproximativ 340 de milioane de hectare, dintre care 210 sunt acoperite cu pădure. Majoritatea gazului este produs vara. Într-o astfel de perioadă, pe o suprafață de un hectar pot fi eliberate aproximativ două kilograme și jumătate de metan pe zi.
Interacțiune cu oxigenul și clorul
Gazul natural de mlaștină, a cărui formulă chimică este CH4, arde cu o flacără palidă abia strălucitoare. Cea mai puternică explozie cu acesta are loc atunci când este aprinsă într-un amestec care conține 7-8 volume de aer și 2 volume de oxigen. Gazul este ușor solubil în apă (spre deosebire de alcool). Reacţionează doar cu halogenii.
Când interacționează cu clorul, gazul de mlaștină formează clorură de metil CH3Cl. Această substanță se obține în laborator. Pentru a face acest lucru, gazul clorhidric este trecut într-o soluție de fierbere de alcool metilic și clorură de zinc topită. Rezultatul este un gaz incolor caracterizat printr-un miros eteric placut cu un gust dulceag. Sub presiune puternică sau răcire, se îngroașă într-un lichid.
Utilizare și reacții cu halogeni
Metanul (gazul de mlaștină), a cărui formulă și utilizare ca combustibil este studiată în programa școlară, interacționează activ cu halogenii. În urma reacțiilor de substituție cu aceste substanțe se formează următorii compuși: bromură, clorură, fluorură și fluorură de metilen. Ultimul dintre ele a fost obținut pentru prima dată de chimistul rus Alexander Butlerov. Iodura de metilen este un lichid gălbui foarte refractiv. Punctul său de fierbere este de 180 °C.
Cum se numește gazul de mlaștină, complet înlocuit cu halogeni? Aceasta este tetraclorura de carbon. A fost descoperit de chimistul francez Henri Regnault în 1839. Este un lichid cu un miros picant caracteristic. Are efect anestezic. O altă substanță asemănătoaretetrabromura de carbon. Este extras din cenușa plantelor marine.
Pericol pentru sănătate
Metanul de mlaștină în sine este inofensiv din punct de vedere fiziologic. Aparține hidrocarburilor parafinice netoxice. Acest grup de substanțe se caracterizează prin inerție chimică și solubilitate slabă în plasma sanguină. Aerul cu o concentrație mare de gaz de mlaștină poate ucide o persoană numai dacă îi lipsește oxigen.
Semnele inițiale de sufocare (asfixie) apar atunci când conținutul de metan este de la 30%. În acest caz, volumul respirației crește, pulsul se accelerează, coordonarea mișcărilor musculare este perturbată. Dar probabilitatea unor astfel de cazuri este extrem de mică. Cert este că metanul este mai ușor decât aerul, ceea ce îl împiedică să se acumuleze în proporții excesive.
În același timp, cercetătorii echivalează efectul gazului de mlaștină asupra psihicului uman cu efectul dietil eterului. Un efect similar poate fi echivalat cu un narcotic. La persoanele care au lucrat mult timp în minele cu concentrații mari de metan, pot fi urmărite modificări ale sistemului nervos autonom (hipotensiune arterială, reflex oculocardic pozitiv etc.).
