Gaz emitowany z dna zbiorników to gaz bagienny o nieprzyjemnym zapachu (inna ogólna nazwa to metan). Z naukowego punktu widzenia jest to formen lub wodór metylowy. Większość z nich składa się z metanu (CH4). Może również zawierać azot, argon, wodór, fosfinę i dwutlenek węgla.
Kluczowe funkcje
Standardowy skład, wzór chemiczny gazu bagiennego - wszystko to wyraźnie świadczy o jego przynależności do najprostszych związków węgla. Inne komponenty są zgrupowane wokół tego elementu. Gaz bagienny występuje w naturze w stanie wolnym jako mieszanina z dwutlenkiem węgla lub azotem. Wynika z rozkładu materii organicznej. Z reguły są to rośliny znajdujące się pod wodą i pozbawione dostępu do powietrza.
Kopalnie węgla to kolejne miejsce, w którym powstaje palny gaz bagienny. Gromadzi się wśród skał po rozkładzie pozostałości organicznych. Przyczyniają się do tego liczne puste przestrzenie. Takie gazy ulatniają się, gdy pojawia się przypadkowa dziura.
Miejsca edukacji
Pomimo swojej dość jednoznacznej nazwy, gaz bagienny (a raczej metan) jest również emitowany zpęknięcia ziemi w pobliżu pól naftowych. Pierwsze takie przypadki odnotowano w Stanach Zjednoczonych Ameryki nad brzegiem rzeki Allegheny, a także w Rosji w regionie Morza Kaspijskiego. Z tego powodu w Baku istnieje legenda o tajemniczych pożarach Baku od czasów starożytnych. Zjawisko naturalne okazało się wymieszane z dwutlenkiem węgla, oparami azotu i ropy naftowej, gazem bagiennym.
Wraz z rozwojem przemysłu i technologii wydobycia ludzie nauczyli się wykorzystywać uwolniony metan. Pierwsza taka roślina pojawiła się w Pensylwanii. Gaz bagienny charakteryzuje się tym, że powstaje w sposób ciągły, można go znaleźć w każdym bagnie lub stawie. Często wystarczy dotknąć mułu patykiem. Następnie pęcherzyki gazu wypływają na powierzchnię wody.
Baza gazu bagiennego
Bakterie pomagają w tworzeniu głównego składnika gazu ziemnego (metanu). Z ich powodu rozpoczyna się fermentacja błonnika roślinnego, przyczyniając się do pojawienia się metanu. Uważa się, że najczystszy metan jest charakterystyczny dla wulkanów błotnych półwyspu Apsheron i Kercz.
Ponadto występuje w złożach soli, źródłach i fumarolach - dziurach i pęknięciach zlokalizowanych u podnóża wulkanów. Metan jest obecny w jelicie człowieka. Zawiera produkty wydechowe niektórych zwierząt. Jednym z pierwszych pisemnych dowodów na istnienie tej substancji mogą być pisma starożytnego pisarza Pliniusza, który wspominał o gazowych związkach palnych.
Wybuchowość
Przede wszystkim gaz bagiennyznany ze swoich destrukcyjnych właściwości. Zapalony w mieszaninie z powietrzem powoduje wybuch. Powodem tego są właściwości metanu. Eksplozja gazu bagiennego i podobnych związków przez długi czas przerażała ludzi, którzy wyjaśniali, co się dzieje z przesądami. Przyczyny anomalii stały się jasne dopiero po naukowym badaniu tego zjawiska.
Gaz bagienny, metan i inne wybuchowe związki skłoniły ludzi do wynalezienia lampy Davy. Zaczęto go stosować zarówno na bagnach, jak iw kopalniach węgla. W tej lampie produkty spalania były usuwane za pomocą specjalnej kratki, dzięki czemu wykluczono możliwość zapłonu mieszanki gazów palnych.
Historia odkryć
Włoski naukowiec Allesandro Volta wniósł wielki wkład w badania gazu bagiennego (metanu). W 1776 roku udowodnił, że ta substancja różni się od wodoru, ponieważ potrzebuje do spalania dwa razy więcej tlenu. Ponadto to Volta ustalił, że gaz bagienny jest źródłem kwasu węglowego.
Włoch odkrył metan na granicy Szwajcarii i Włoch w pobliżu jeziora Maggiore. Inspiracją dla naukowca był artykuł amerykańskiego naukowca i polityka Benjamina Franklina o zjawisku „palnego powietrza”. Volta jako pierwsza pozyskała metan, zbierając gaz emitowany przez bagno.
Badania trwają
Innymi ważnymi badaczami zjawiska naturalnego byli francuski chemik Claude Berthollet i brytyjski chemik William Henry. Ostatni z nich, w 1805 r., określił skład gazu bagiennego i odróżnił go od etylenu (sozwany gazem naftowym).
Sekret materiału wybuchowego krył się w jego głównym składniku - metanie. Został zdefiniowany jako lekki gaz węglowodorowy (w przeciwieństwie do ciężkiego gazowego węglowodoru etylen). Z biegiem czasu powstał inny termin - wodór metylowy. Badania Henry'ego kontynuowali John D alton i Jens Jakob Berzelius.
W 1813 r. angielski chemik i geolog Humphrey Davy przeanalizował wilgoć ogniową i doszedł do wniosku, że ta substancja jest mieszaniną metanu, bezwodnika węgla i azotu. Udowodniono więc, że mieszanina palna uwalniana w kopalniach jest identyczna z podobną mieszaniną na bagnach.
Wpływ ekologiczny
Charakterystyka gazu bagiennego, metan powstaje w wyniku pewnych reakcji chemicznych. Przede wszystkim jest to sucha destylacja materii organicznej (na przykład torfu lub drewna). Chemicznie czysty metan otrzymuje się przez rozkład metylu cynku wodą (powstaje tlenek cynku). Dziś substancja ta przyciąga uwagę wielu ekologów ze względu na swój udział w powstawaniu efektu cieplarnianego. Wynika to z akumulacji metanu w atmosferze ziemskiej. Gaz bagienny pochłania promieniowanie cieplne w zakresie podczerwieni widma. W tym parametrze ustępuje tylko czystemu dwutlenkowi węgla. Ekolodzy szacują udział metanu we wzmocnieniu efektu cieplarnianego na około 30%.
Właściwości, skład, wzór chemiczny gazu bagiennego są dziś badane w ramach badania jego wpływu na atmosferę naszej planety. W naturalnych ilościach wytwarzanych przez samą naturę nie byłoniebezpieczny jako przyczyna efektu cieplarnianego. Problem polega jednak na tym, że ogromna ilość metanu przedostaje się do atmosfery z winy samych ludzi. Analog gazu bagiennego jest produkowany w różnych przedsiębiorstwach. Jest to tak zwany metan abiogenny. Ten, który występuje na bagnach, uważany jest za biogeniczny – czyli powstały w wyniku przemiany materii organicznej.
Metanogeneza
Biosynteza metanu (a tym samym występowanie gazu bagiennego) nazywana jest również metanogenezą. W proces ten zaangażowane są bakterie Archaeal. Są tlenowe, to znaczy mogą pozyskiwać energię do życia bez tlenu. Archeony nie mają organelli błonowych ani jądra.
Bakterie wytwarzają metan poprzez redukcję związków jednowęglowych za pomocą alkoholi węglowych i związków jednowęglowych. Innym sposobem jest dysproporcja octanu. Energia produkowana przez bakterie jest przekształcana przez enzymy syntazy ATP. W metanogenezę zaangażowane są różne cząsteczki: koenzymy, metanofuran, tetrahydrometanopteryna itp.
Metanogeny
Nauka zna 17 rodzajów i 50 gatunków archeonów zdolnych do generowania gazu bagiennego. Tworzą prymitywne kolonie wielokomórkowe. Najbardziej zbadanym genomem takich archeonów jest Methanosarcina acetivorans. Przekształcają tlenek węgla w octany i metan za pomocą enzymów kinazy octanowej i fosfotransacetylazy. Istnieje również teoria, że archeony te w starożytności mogły przekształcić się w tioeter, pod warunkiem, że występowała wysokastężenie siarczku żelaza.
Przyczyna pożarów lasów
Przy wystarczającej emisji i stężeniu, zapalony gaz bagienny może spowodować duży naturalny pożar torfu i lasu. Dziś istnieje cały kompleks zwalczania takich zjawisk. Służby specjalne prowadzą monitoring gazu na najbardziej podmokłych terenach. Odpowiadają za zapobieganie i ilościową kontrolę proporcji składników potencjalnie niebezpiecznego gazu.
Na przykład jednym z najbardziej bagnistych w regionie moskiewskim jest wschodnia dzielnica Shatursky. W jego akwenach występuje dużo ryb (karasie, okonie, babki, karpie, szczupaki, karpie), traszki, żaby, węże, piżmaki, ptaki (czaple, bąki, brodzące, kaczki). Kości wszystkich tych zwierząt zawierają fosfor. Jest przetwarzany przez bakterie, po czym pojawia się kilka innych substancji. Są to difosfina i fosfina. Są głównymi inicjatorami reakcji łańcuchowej samozapłonu. Wzniecone w ten sposób pożary stanowią poważny problem środowiskowy. Z pożarów na bagnach płoną nie tylko lasy, ale i torfowiska. Ogień może się w nie rozprzestrzenić. Takie torfowiska mogą płonąć latami.
Około dwie trzecie wszystkich bagien na świecie koncentruje się w Rosji. Występują w centrum europejskiej części kraju, zachodniej Syberii i Kamczatce. Całkowita powierzchnia bagien w Rosji wynosi około 340 milionów hektarów, z czego 210 jest pokrytych lasem. Większość gazu produkowana jest latem. W takim okresie z powierzchni jednego hektara dziennie może uwolnić się około dwóch i pół kilograma metanu.
Interakcja z tlenem i chlorem
Naturalny gaz bagienny, którego wzór chemiczny to CH4, pali się ledwo świecącym, bladym płomieniem. Najsilniejsza eksplozja z nim następuje przy zapaleniu w mieszaninie zawierającej 7-8 objętości powietrza i 2 objętości tlenu. Gaz jest słabo rozpuszczalny w wodzie (w przeciwieństwie do alkoholu). Reaguje tylko z halogenami.
Podczas interakcji z chlorem gaz bagienny tworzy chlorek metylu CH3Cl. Ta substancja jest pozyskiwana w laboratorium. W tym celu gaz chlorowodorowy przepuszcza się do wrzącego roztworu alkoholu metylowego i stopionego chlorku cynku. Rezultatem jest bezbarwny gaz charakteryzujący się przyjemnym eterycznym zapachem o słodkawym smaku. Pod silnym ciśnieniem lub chłodzeniem gęstnieje w płyn.
Zastosowanie i reakcje z halogenami
Metan (gaz błotny), którego formuła i wykorzystanie jako paliwa jest badany w szkolnym programie nauczania, aktywnie współdziała z halogenami. W wyniku reakcji substytucji tymi substancjami powstają następujące związki: bromek, chlorek, fluorek i fluorek metylenu. Ostatni z nich po raz pierwszy uzyskał rosyjski chemik Aleksander Butlerow. Jodek metylenu jest wysoce refrakcyjną żółtawą cieczą. Jego temperatura wrzenia wynosi 180 °C.
Jak nazywa się gaz bagienny, całkowicie zastąpiony przez halogeny? To jest czterochlorek węgla. Został odkryty przez francuskiego chemika Henri Regnaulta w 1839 roku. Jest to płyn o charakterystycznym korzennym zapachu. Działa znieczulająco. Kolejna podobna substancjaczterobromek węgla. Jest pozyskiwany z popiołów roślin morskich.
Zagrożenie dla zdrowia
Men bagienny jest fizjologicznie nieszkodliwy. Należy do nietoksycznych węglowodorów parafinowych. Ta grupa substancji charakteryzuje się obojętnością chemiczną i słabą rozpuszczalnością w osoczu krwi. Powietrze o wysokim stężeniu gazu bagiennego może zabić tylko osobę, której brakuje tlenu.
Początkowe oznaki uduszenia (uduszenia) pojawiają się, gdy zawartość metanu wynosi od 30%. W tym przypadku zwiększa się objętość oddychania, puls przyspiesza, koordynacja ruchów mięśni jest zaburzona. Ale prawdopodobieństwo takich przypadków jest bardzo małe. Faktem jest, że metan jest lżejszy od powietrza, co zapobiega jego gromadzeniu się w nadmiernych ilościach.
Jednocześnie naukowcy przyrównują wpływ gazu bagiennego na ludzką psychikę do działania eteru dietylowego. Podobny efekt można przyrównać do narkotyku. U osób, które przez długi czas pracowały w kopalniach o wysokim stężeniu metanu, można prześledzić zmiany w autonomicznym układzie nerwowym (niedociśnienie, dodatni odruch okulokardialny itp.).
