Gas koji se emituje sa dna rezervoara je močvarni gas neprijatnog mirisa (drugi generalizovani naziv je metan). Naučno, to je formen, ili metil vodonik. Većina se sastoji od metana (CH4). Može sadržavati i dušik, argon, vodonik, fosfin i ugljični dioksid.
Ključne karakteristike
Standardni sastav, hemijska formula močvarnog gasa - sve to jasno pokazuje njegovu pripadnost najjednostavnijim jedinjenjima ugljenika. Ostale komponente su grupisane oko ovog elementa. Močvarni plin se u prirodi nalazi u slobodnom stanju kao mješavina s ugljičnim dioksidom ili dušikom. Nastaje razgradnjom organske materije. Po pravilu se radi o biljkama koje su pod vodom i lišene pristupa vazduhu.
Rudnici uglja su još jedno mjesto gdje se stvara zapaljivi močvarni plin. Akumulira se među stijenama nakon raspadanja organskih ostataka. Tome doprinose brojne praznine. Takvi plinovi izlaze kada se slučajno pojavi rupa.
Mjesta obrazovanja
Uprkos prilično nedvosmislenom nazivu, močvarni gas (tačnije, metan) se takođe emituje izzemljane pukotine u blizini naftnih polja. Prvi takvi slučajevi zabilježeni su u Sjedinjenim Američkim Državama na obalama rijeke Allegheny, kao iu Rusiji u Kaspijskom regionu. U Bakuu, iz tog razloga, od davnina postoji legenda o misterioznim bakuskim požarima. Ispostavilo se da je prirodni fenomen pomiješan sa ugljičnim dioksidom, dušikom i naftnim parama, močvarnim plinom.
Razvojom industrije i rudarske tehnologije, ljudi su naučili kako da iskoriste oslobođeni metan. Prva takva biljka pojavila se u Pensilvaniji. Močvarni plin karakterizira činjenica da se kontinuirano formira, može se naći u bilo kojoj močvari ili ribnjaku. Često je dovoljno samo dodirnuti mulj štapom. Nakon toga, mjehurići plina isplivaju na površinu vode.
Baza močvarnog gasa
Bakterije pomažu u formiranju glavne komponente prirodnog gasa (metana). Zbog njih počinje fermentacija biljnih vlakana, što doprinosi pojavi metana. Vjeruje se da je najčistiji metan karakterističan za blatne vulkane na Apšeronskom i Kerčkom poluotoku.
Pored toga, javlja se u naslagama soli, izvorima i fumarolama - rupama i pukotinama koje se nalaze u podnožju vulkana. Metan je prisutan u ljudskom crijevu. Sadrži produkte izdisaja nekih životinja. Jedan od prvih pisanih dokaza o ovoj supstanci može se smatrati spisima antičkog pisca Plinija, koji je spomenuo gasovita zapaljiva jedinjenja.
Eksplozivnost
Najviše barski gaspoznat po svojim destruktivnim svojstvima. Kada se zapali u mešavini sa vazduhom, izaziva eksploziju. Razlog za to su svojstva metana. Eksplozija močvarnog gasa i sličnih jedinjenja dugo je plašila ljude koji su praznoverjem objašnjavali šta se dešava. Razlozi anomalije postali su jasni tek nakon naučnog proučavanja ovog fenomena.
Marš gas, metan i druga eksplozivna jedinjenja potaknuli su ljude da izmisle Davyjevu lampu. Počeo se koristiti i u močvarama i u rudnicima uglja. U ovoj lampi, proizvodi sagorevanja su uklonjeni pomoću posebne rešetke, zahvaljujući kojoj je isključena mogućnost paljenja mešavine zapaljivih gasova.
Historija otkrića
Talijanski naučnik Allesandro Volta dao je veliki doprinos proučavanju močvarnog gasa (metana). Godine 1776. dokazao je da se ova supstanca razlikuje od vodonika, jer joj je za sagorijevanje potrebno dvostruko više kisika. Osim toga, Volta je bio taj koji je utvrdio da je močvarni plin izvor ugljične kiseline.
Jedan Italijan otkrio je metan na granici Švicarske i Italije u blizini jezera Maggiore. Inspiracija za naučnika bio je članak američkog naučnika i političara Benjamina Franklina o fenomenu "zapaljivog vazduha". Volta je bio prvi koji je dobio metan sakupljajući gas koji je emitovala močvara.
Istraživanje se nastavlja
Drugi važni istraživači prirodnog fenomena bili su francuski hemičar Claude Berthollet i britanski hemičar William Henry. Posljednji od njih, 1805. godine, odredio je sastav močvarnog plina i razlikovao ga od etilena (tj.zove se naftni gas).
Tajna eksploziva bila je skrivena u njegovoj glavnoj komponenti - metanu. Definiran je kao laki ugljovodonični gas (za razliku od teškog ugljovodoničkog gasa etilena). Vremenom je uspostavljen još jedan termin - metil vodonik. Henryjevo istraživanje nastavili su John D alton i Jens Jakob Berzelius.
Godine 1813., engleski hemičar i geolog Humphrey Davy analizirao je firedamp i zaključio da je ova supstanca mješavina metana, ugljičnog anhidrida i dušika. Tako je dokazano da je zapaljiva smjesa koja se oslobađa u rudnicima identična sličnoj smjesi u močvarama.
Ekološki uticaj
Karakterističan za močvarni gas, metan nastaje određenim hemijskim reakcijama. Prije svega, ovo je suha destilacija organske tvari (na primjer, treseta ili drveta). Hemijski čisti metan se dobija razgradnjom cink metila sa vodom (proizvodi se cink oksid). Danas ova tvar privlači pažnju mnogih ekologa zbog svog učešća u stvaranju efekta staklene bašte. To je zbog nakupljanja metana u Zemljinoj atmosferi. Močvarni gas apsorbuje toplotno zračenje u infracrvenom području spektra. Po ovom parametru je drugi nakon čistog ugljičnog dioksida. Ekolozi procjenjuju doprinos metana jačanju efekta staklene bašte na oko 30%.
Svojstva, sastav, hemijska formula barskog gasa se danas proučavaju u sklopu proučavanja njegovog uticaja na atmosferu naše planete. U prirodnim količinama koje proizvodi sama priroda, nijeopasan kao uzrok efekta staklene bašte. Međutim, problem je što ogromna količina metana dospijeva u atmosferu krivnjom samih ljudi. Analog močvarnog plina proizvodi se u različitim poduzećima. Ovo je takozvani abiogeni metan. Onaj koji se javlja u močvarama smatra se biogenim – to jest, nastao je transformacijom organske materije.
Metanogeneza
Biosinteza metana (a time i pojava močvarnog gasa) se takođe naziva metanogeneza. Arhealne bakterije su uključene u ovaj proces. Oni su aerobni, odnosno mogu dobiti energiju za život bez kiseonika. Arheje nemaju membranske organele i jezgro.
Bakterije stvaraju metan redukovanjem jedinjenja sa jednim ugljenikom sa ugljeničnim alkoholima i jedinjenjima sa jednim ugljenikom. Drugi način je disproporcija acetata. Energija koju proizvode bakterije transformiše se enzimima ATP sintaze. Različiti molekuli su uključeni u metanogenezu: koenzimi, metanofuran, tetrahidrometanopterin, itd.
Metanogeni
Nauka poznaje 17 rodova i 50 vrsta arheja sposobnih da generišu osnovu močvarnog gasa. Formiraju primitivne višećelijske kolonije. Najistraženiji genom takvih arheja je Methanosarcina acetivorans. Oni pretvaraju ugljični monoksid u acetate i metan pomoću enzima acetat kinaze i fosfotransacetilaze. Postoji i teorija da su se ove arheje u antičko doba mogle transformirati u tioeter, pod uvjetom da je postojao visokkoncentracija željeznog sulfida.
Uzrok šumskih požara
Uz dovoljnu emisiju i koncentraciju, močvarni gas, zapaljen, može izazvati veliki prirodni tresetni i šumski požar. Danas postoji čitav kompleks borbe protiv ovakvih pojava. Specijalne službe vrše monitoring gasa u najmočvarnijim područjima. Oni su odgovorni za prevenciju i kvantitativnu kontrolu odnosa komponenti potencijalno opasnog gasa.
Na primjer, jedan od najmočvarnijih u moskovskoj regiji je istočni okrug Shatursky. U njegovim akumulacijama ima dosta ribe (krasi, smuđevi, gobici, šarani, štuke, šarani), tritoni, žabe, zmije, muskrati, ptice (čaplje, bičvarke, močvarice, patke). Kosti svih ovih životinja sadrže fosfor. Obrađuju ga bakterije, nakon čega se pojavljuje nekoliko drugih tvari. To su difosfin i fosfin. Oni su glavni pokretači lančane reakcije spontanog izgaranja. Ovako nastali požari predstavljaju ozbiljan ekološki problem. Od požara u močvarama gore ne samo šume, već i tresetišta. Vatra se može proširiti duboko u njih. Takva tresetišta mogu gorjeti godinama.
Otprilike dvije trećine svih močvara u svijetu koncentrisano je u Rusiji. Nalaze se u središtu evropskog dijela zemlje, Zapadnog Sibira i Kamčatke. Ukupna površina močvara u Rusiji je oko 340 miliona hektara, od kojih je 210 pokriveno šumom. Većina plina se proizvodi ljeti. U tom periodu dnevno se može osloboditi oko dva i po kilograma metana na površini od jednog hektara.
Interakcija sa kiseonikom i hlorom
Prirodni močvarni gas, čija je hemijska formula CH4, gori jedva užarenim bledim plamenom. Najjača eksplozija s njim se događa kada se zapali u smjesi koja sadrži 7-8 volumena zraka i 2 volumena kisika. Gas je slabo rastvorljiv u vodi (za razliku od alkohola). Reaguje samo sa halogenima.
Kada je u interakciji sa hlorom, močvarni gas formira metil hlorid CH3Cl. Ova supstanca se dobija u laboratoriji. Da bi se to učinilo, hlorovodonični plin se propušta u kipuću otopinu metil alkohola i rastopljenog cink hlorida. Rezultat je bezbojni plin kojeg karakterizira ugodan eterični miris sa slatkastim okusom. Pod jakim pritiskom ili hlađenjem, zgušnjava se u tečnost.
Upotreba i reakcije sa halogenima
Metan (močvarni gas), čija se formula i upotreba kao goriva izučava u školskom programu, aktivno stupa u interakciju sa halogenima. Kao rezultat supstitucijskih reakcija sa ovim supstancama nastaju sljedeća jedinjenja: bromid, hlorid, fluorid i metilen fluorid. Posljednju od njih prvi je nabavio ruski hemičar Aleksandar Butlerov. Metilen jodid je žućkasta tečnost visoke refrakcije. Njegova tačka ključanja je 180 °C.
Kako se zove močvarni gas, potpuno zamijenjen halogenima? Ovo je ugljen-tetrahlorid. Otkrio ga je francuski hemičar Henri Regnault 1839. To je tečnost sa karakterističnim začinskim mirisom. Ima anestetički efekat. Još jedna slična supstancaugljen tetrabromid. Dobija se iz pepela morskih biljaka.
Opasnost po zdravlje
Močvarni metan je sam po sebi fiziološki bezopasan. Spada u netoksične parafinske ugljovodonike. Ovu grupu supstanci karakteriše hemijska inertnost i slaba rastvorljivost u krvnoj plazmi. Vazduh sa visokom koncentracijom močvarnog gasa može ubiti čoveka samo ako mu nedostaje kiseonik.
Početni znaci gušenja (gušenja) pojavljuju se kada je sadržaj metana od 30%. U tom slučaju se povećava volumen disanja, ubrzava se puls, poremećena je koordinacija pokreta mišića. Ali vjerovatnoća takvih slučajeva je izuzetno mala. Činjenica je da je metan lakši od vazduha, što ga sprečava da se akumulira u prevelikim razmerama.
Istovremeno, istraživači izjednačavaju efekat močvarnog gasa na ljudsku psihu sa efektom dietil etera. Sličan efekat se može izjednačiti sa narkotikom. Kod ljudi koji su dugo radili u rudnicima sa visokim koncentracijama metana, mogu se pratiti promjene u autonomnom nervnom sistemu (hipotenzija, pozitivan okulokardijalni refleks, itd.).
