A tározók aljáról kibocsátott gáz kellemetlen szagú mocsári gáz (egy másik általános elnevezés a metán). Tudományosan formén, vagy metil-hidrogén. Legtöbbször metánból áll (CH4). Nitrogént, argont, hidrogént, foszfint és szén-dioxidot is tartalmazhat.
Főbb jellemzők
A mocsári gáz szabványos összetétele, kémiai képlete – mindez egyértelműen bizonyítja, hogy a legegyszerűbb szénvegyületek közé tartozik. A többi összetevő ezen elem köré csoportosul. A mocsári gáz a természetben szabad állapotban, szén-dioxiddal vagy nitrogénnel keveredve található meg. A szerves anyagok bomlásának eredménye. Általában ezek olyan növények, amelyek víz alatt vannak, és nem jutnak levegőhöz.
A szénbányák egy másik hely, ahol éghető mocsári gáz képződik. Szerves maradványok lebontása után felhalmozódik a kőzetek között. Ehhez számos üreg járul hozzá. Az ilyen gázok akkor távoznak, ha véletlenül lyuk jelenik meg.
Oktatási helyek
Meglehetősen egyértelmű elnevezése ellenére mocsári gáz (vagy inkább metán) is kibocsátföldrepedések az olajmezők közelében. Az első ilyen eseteket az Amerikai Egyesült Államokban jegyezték fel az Allegheny folyó partján, valamint Oroszországban a Kaszpi-tenger térségében. Bakuban emiatt ősidők óta legenda él a rejtélyes bakui tüzekről. A természeti jelenségről kiderült, hogy szén-dioxiddal, nitrogénnel és olajgőzökkel, mocsári gázzal keveredik.
Az ipar és a bányászati technológia fejlődésével az emberek megtanulták, hogyan hasznosítsák a felszabaduló metánt. Az első ilyen növény Pennsylvaniában jelent meg. A mocsári gázra jellemző, hogy folyamatosan képződik, bármely mocsárban, tóban megtalálható. Gyakran elég, ha egy bottal megérinti az iszapot. Ezt követően gázbuborékok úsznak a víz felszínére.
Mocsári gázbázis
A baktériumok segítenek a földgáz (metán) fő összetevőjének kialakításában. Miattuk megindul a növényi rostok fermentációja, ami hozzájárul a metán megjelenéséhez. Úgy gondolják, hogy a legtisztább metán az Apsheron és a Kerch-félsziget iszapvulkánjaira jellemző.
Ezen túlmenően sólerakódásokban, forrásokban és fumarolokban fordul elő – a vulkánok lábánál található lyukakban és repedésekben. A metán jelen van az emberi bélben. Egyes állatok kilégzési termékeit tartalmazza. Ennek az anyagnak az egyik első írásos bizonyítéka az ókori író Plinius írása, aki megemlítette a gáznemű éghető vegyületeket.
Robbanékonyság
Leginkább mocsári gázpusztító tulajdonságairól ismert. Levegővel keverve meggyújtva robbanást okoz. Ennek oka a metán tulajdonságai. A mocsári gáz és hasonló vegyületek robbanása sokáig megrémítette az embereket, akik babonákkal magyarázták a történteket. Az anomália okai csak a jelenség tudományos vizsgálata után váltak világossá.
A mocsári gáz, a metán és más robbanásveszélyes vegyületek késztették az embereket a Davy-lámpa feltalálására. Mind a mocsarakban, mind a szénbányákban kezdték használni. Ebben a lámpában az égéstermékeket egy speciális rács segítségével távolították el, aminek köszönhetően az éghető gázkeverék meggyulladásának lehetősége kizárt.
Felfedezési előzmények
Allesandro Volta olasz tudós nagyban hozzájárult a mocsári gáz (metán) tanulmányozásához. 1776-ban bebizonyította, hogy ez az anyag különbözik a hidrogéntől, mivel kétszer annyi oxigénre van szüksége az égéshez. Ráadásul Volta volt az, aki megállapította, hogy a mocsári gáz szénsavforrás.
Egy olasz metánt fedezett fel Svájc és Olaszország határán, a Maggiore-tó közelében. A tudós ihletője Benjamin Franklin amerikai tudós és politikus egy cikke volt, amely az „éghető levegő” jelenségéről szól. Volta volt az első, aki metánhoz jutott a mocsár által kibocsátott gáz összegyűjtésével.
A kutatás folytatódik
A természeti jelenség további fontos kutatói Claude Berthollet francia kémikus és William Henry brit kémikus voltak. Az utolsó, 1805-ben meghatározta a mocsári gáz összetételét és megkülönböztette az etiléntől (ígyolajgáznak nevezik).
A robbanóanyag titka a fő összetevőjében – a metánban – rejtőzött. Könnyű szénhidrogén gázként határozták meg (ellentétben az etilén nehéz szénhidrogén gázzal). Idővel egy másik kifejezés jött létre - a metil-hidrogén. Henry kutatását John D alton és Jens Jakob Berzelius folytatta.
1813-ban Humphrey Davy angol kémikus és geológus elemezte a tűzgőzt, és arra a következtetésre jutott, hogy ez az anyag metán, szénsavanhidrid és nitrogén keveréke. Így bebizonyosodott, hogy a bányákban felszabaduló éghető keverék azonos a mocsarakban lévő hasonló keverékkel.
Ökológiai hatás
A mocsári gázra jellemző, hogy bizonyos kémiai reakciók során metán keletkezik. Először is ez a szerves anyagok (például tőzeg vagy fa) száraz desztillációja. A kémiailag tiszta metánt a cink-metil vízzel történő lebontásával nyerik (cink-oxid keletkezik). Ma ez az anyag sok környezetvédő figyelmét felkelti az üvegházhatás kialakulásában való részvétele miatt. Ennek oka a metán felhalmozódása a Föld légkörében. A mocsári gáz a spektrum infravörös tartományában nyeli el a hősugárzást. Ebben a paraméterben a második helyen áll a tiszta szén-dioxid után. Az ökológusok körülbelül 30%-ra becsülik a metán hozzájárulását az üvegházhatás fokozásához.
A mocsári gáz tulajdonságait, összetételét és kémiai képletét ma tanulmányozzák a bolygónk légkörére gyakorolt hatásának vizsgálata során. A természet maga által termelt természetes mennyiségben nem volt azveszélyes az üvegházhatás okozójaként. A probléma azonban az, hogy maguk az emberek hibájából hatalmas mennyiségű metán kerül a légkörbe. A mocsári gáz analógját különféle vállalkozásoknál állítják elő. Ez az úgynevezett abiogén metán. A mocsarakban előforduló biogénnek minősül - vagyis a szerves anyagok átalakulásának eredménye.
Metanogenezis
A metán bioszintézisét (és így a mocsári gáz előfordulását) metanogenezisnek is nevezik. Az archaeális baktériumok részt vesznek ebben a folyamatban. Aerobok, vagyis oxigén nélkül képesek energiát nyerni az élethez. Az archaeákban nincsenek membránszervecskék és sejtmag.
A baktériumok metánt termelnek az egyszéntartalmú vegyületek szénalkoholokkal és egyszéntartalmú vegyületekkel való redukálásával. Egy másik módszer az acetát aránytalanítása. A baktériumok által termelt energiát az ATP szintáz enzimek alakítják át. A metanogenezisben számos molekula vesz részt: koenzimek, metanofurán, tetrahidrometanopterin stb.
Metanogének
A tudomány 17 archaea nemzetséget és 50 fajt ismer, amelyek képesek létrehozni a mocsári gáz alapját. Primitív többsejtű kolóniákat alkotnak. Az ilyen archaeák leginkább tanulmányozott genomja a Methanosarcina acetivorans. A szén-monoxidot acetáttá és metánná alakítják az acetát-kináz és foszfotranszacetiláz enzimek segítségével. Van egy olyan elmélet is, amely szerint ezek az archeák az ókorban tioéterré alakulhattak, feltéve, hogy magasvas-szulfid koncentráció.
Erdőtüzek oka
Elegendő kibocsátás és koncentráció mellett a mocsári gáz meggyulladva nagy természetes tőzeget és erdőtüzet okozhat. Ma az ilyen jelenségek elleni küzdelem egész komplexuma létezik. A speciális szolgálatok a legmocsarasabb területeken végeznek gázellenőrzést. Ők felelősek a potenciálisan veszélyes gáz összetevőinek arányának megelőzéséért és mennyiségi ellenőrzéséért.
Például a moszkvai régió egyik legmocsarasabb része a keleti Shatursky kerület. Víztározóiban rengeteg hal (kárász, süllő, géb, ponty, csuka, ponty), gőte, béka, kígyó, pézsmapocok, madár (gém, keserű, gázlóréce, kacsa). Mindezen állatok csontjai foszfort tartalmaznak. Baktériumok dolgozzák fel, ami után több más anyag is megjelenik. Ezek a difoszfin és a foszfin. Ők a fő kezdeményezői a spontán égés láncreakciójának. Az így keletkezett tüzek komoly környezeti problémát jelentenek. A mocsarak tüzétől nemcsak az erdők, hanem a tőzeglápok is égnek. A tűz mélyen átterjedhet beléjük. Az ilyen tőzeges területek évekig éghetnek.
A világ összes mocsarak körülbelül kétharmada Oroszországban összpontosul. Az ország európai részének, Nyugat-Szibériában és Kamcsatkában találhatók. Az oroszországi mocsarak teljes területe körülbelül 340 millió hektár, ebből 210-et erdő borít. A gáz nagy részét nyáron állítják elő. Egy ilyen időszak alatt egy hektáros területen körülbelül két és fél kilogramm metán szabadulhat fel naponta.
Kölcsönhatás oxigénnel és klórral
A természetes mocsári gáz, amelynek kémiai képlete CH4, alig izzó, halvány lánggal ég. A legerősebb robbanás akkor következik be, ha 7-8 térfogat levegőt és 2 térfogat oxigént tartalmazó keverékben meggyullad. A gáz vízben gyengén oldódik (ellentétben az alkohollal). Csak halogénekkel reagál.
A klórral kölcsönhatásba lépő mocsári gáz metil-kloridot képez CH3Cl. Ezt az anyagot a laboratóriumban állítják elő. Ehhez sósavgázt vezetünk metil-alkohol és olvadt cink-klorid forrásban lévő oldatába. Az eredmény egy színtelen gáz, amelyet kellemes éteri illat és édeskés íz jellemez. Erős nyomás vagy hűtés hatására folyadékká sűrűsödik.
Halogének használata és reakciók
A metán (mocsári gáz), amelynek képletét és üzemanyagként való használatát az iskolai tantervben tanulmányozzák, aktívan kölcsönhatásba lép a halogénekkel. Ezekkel az anyagokkal végzett helyettesítési reakciók eredményeként a következő vegyületek keletkeznek: bromid, klorid, fluor és metilén-fluorid. Az utolsót először Alekszandr Butlerov orosz kémikus szerezte meg. A metilén-jodid erősen fénytörő sárgás folyadék. Forráspontja 180 °C.
Mi a neve a mocsári gáznak, amelyet teljesen felváltottak a halogének? Ez a szén-tetraklorid. Henri Regnault francia kémikus fedezte fel 1839-ben. Jellegzetes fűszeres illatú folyadék. Érzéstelenítő hatása van. Egy másik hasonló anyagszén-tetrabromid. Tengeri növények hamvaiból nyerik ki.
Egészségügyi veszély
A mocsári metán maga élettanilag ártalmatlan. A nem mérgező paraffinos szénhidrogének közé tartozik. Ezt az anyagcsoportot a kémiai tehetetlenség és a vérplazmában való rossz oldhatóság jellemzi. A magas mocsári gázkoncentrációjú levegő csak akkor ölhet meg embert, ha hiányzik az oxigén.
A fulladás (fulladás) kezdeti jelei akkor jelentkeznek, ha a metántartalom 30% felett van. Ebben az esetben a légzés térfogata nő, a pulzus felgyorsul, az izommozgások koordinációja megzavarodik. De az ilyen esetek valószínűsége rendkívül kicsi. A helyzet az, hogy a metán könnyebb a levegőnél, ami megakadályozza, hogy túlzott arányban halmozódjon fel.
Ugyanakkor a kutatók a mocsári gáz emberi pszichére gyakorolt hatását a dietil-éter hatásával azonosítják. Hasonló hatás egy kábítószernek felel meg. Azoknál az embereknél, akik hosszú ideje magas metánkoncentrációjú bányákban dolgoztak, az autonóm idegrendszerben bekövetkező változások (hipotenzió, pozitív okulokardiális reflex stb.) nyomon követhetők.
