Το αέριο που εκπέμπεται από τον πυθμένα των δεξαμενών είναι αέριο βάλτου με δυσάρεστη οσμή (ένα άλλο γενικευμένο όνομα είναι μεθάνιο). Επιστημονικά, είναι το φορμίνη ή το υδρογόνο του μεθυλίου. Το μεγαλύτερο μέρος του αποτελείται από μεθάνιο (CH4). Μπορεί επίσης να περιέχει άζωτο, αργό, υδρογόνο, φωσφίνη και διοξείδιο του άνθρακα.
Βασικά χαρακτηριστικά
Τυπική σύνθεση, χημικός τύπος αερίου βάλτου - όλα αυτά δείχνουν ξεκάθαρα ότι ανήκει στις απλούστερες ενώσεις άνθρακα. Άλλα στοιχεία ομαδοποιούνται γύρω από αυτό το στοιχείο. Το αέριο Marsh βρίσκεται στη φύση σε ελεύθερη κατάσταση ως μείγμα με διοξείδιο του άνθρακα ή άζωτο. Προκύπτει από την αποσύνθεση της οργανικής ύλης. Κατά κανόνα, πρόκειται για φυτά που βρίσκονται κάτω από το νερό και στερούνται πρόσβασης στον αέρα.
Τα ανθρακωρυχεία είναι ένα άλλο μέρος όπου σχηματίζεται εύφλεκτο αέριο βάλτου. Συσσωρεύεται ανάμεσα στα πετρώματα μετά την αποσύνθεση των οργανικών υπολειμμάτων. Πολλά κενά συμβάλλουν σε αυτό. Τέτοια αέρια διαφεύγουν όταν εμφανιστεί μια κατά λάθος τρύπα.
Τόποι εκπαίδευσης
Παρά το μάλλον σαφές όνομά του, το αέριο βάλτου (ή μάλλον, μεθάνιο) εκπέμπεται επίσης απόρωγμές της γης κοντά σε κοιτάσματα πετρελαίου. Οι πρώτες τέτοιες περιπτώσεις καταγράφηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής στις όχθες του ποταμού Allegheny, καθώς και στη Ρωσία στην περιοχή της Κασπίας. Στο Μπακού, για το λόγο αυτό, υπάρχει ένας θρύλος για μυστηριώδεις πυρκαγιές του Μπακού από την αρχαιότητα. Το φυσικό φαινόμενο αποδείχθηκε ότι ήταν αναμεμειγμένο με διοξείδιο του άνθρακα, ατμούς αζώτου και πετρελαίου, αέριο βάλτου.
Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας και της τεχνολογίας εξόρυξης, οι άνθρωποι έμαθαν πώς να χρησιμοποιούν το μεθάνιο που απελευθερώνεται. Το πρώτο τέτοιο φυτό εμφανίστηκε στην Πενσυλβάνια. Το αέριο βάλτου χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι σχηματίζεται συνεχώς, μπορεί να βρεθεί σε οποιοδήποτε βάλτο ή λίμνη. Συχνά, αρκεί απλώς να αγγίξετε τη λάσπη με ένα ραβδί. Μετά από αυτό, φυσαλίδες αερίου επιπλέουν στην επιφάνεια του νερού.
Βάση αερίου βάλτου
Τα βακτήρια βοηθούν στο σχηματισμό του κύριου συστατικού του φυσικού αερίου (μεθάνιο). Εξαιτίας αυτών, αρχίζει η ζύμωση των φυτικών ινών, συμβάλλοντας στην εμφάνιση μεθανίου. Το πιο καθαρό μεθάνιο πιστεύεται ότι είναι χαρακτηριστικό των ηφαιστείων λάσπης της χερσονήσου Apsheron και Kerch.
Επιπλέον, εμφανίζεται σε κοιτάσματα αλατιού, πηγές και φουμάρες - τρύπες και ρωγμές που βρίσκονται στους πρόποδες των ηφαιστείων. Το μεθάνιο υπάρχει στο ανθρώπινο έντερο. Περιέχει τα προϊόντα εκπνοής ορισμένων ζώων. Μία από τις πρώτες γραπτές αποδείξεις αυτής της ουσίας μπορεί να θεωρηθούν τα γραπτά του αρχαίου συγγραφέα Πλίνιου, ο οποίος ανέφερε τις αέριες εύφλεκτες ενώσεις.
Εκρηκτικότητα
Πιο πολύ αέριο βάλτουγνωστό για τις καταστροφικές του ιδιότητες. Όταν αναφλέγεται σε μείγμα με αέρα προκαλεί έκρηξη. Ο λόγος για αυτό είναι οι ιδιότητες του μεθανίου. Η έκρηξη αερίου ελών και παρόμοιων ενώσεων για πολύ καιρό τρομοκρατούσε τους ανθρώπους που εξηγούσαν τι συνέβαινε με τις δεισιδαιμονίες. Οι λόγοι για την ανωμαλία έγιναν σαφείς μόνο μετά από μια επιστημονική μελέτη αυτού του φαινομένου.
Αέριο Marsh, μεθάνιο και άλλες εκρηκτικές ενώσεις ώθησαν τους ανθρώπους να εφεύρουν τη λάμπα Davy. Άρχισε να χρησιμοποιείται τόσο σε βάλτους όσο και σε ανθρακωρυχεία. Σε αυτόν τον λαμπτήρα, τα προϊόντα καύσης αφαιρέθηκαν χρησιμοποιώντας ένα ειδικό πλέγμα, χάρη στο οποίο αποκλείστηκε η πιθανότητα ανάφλεξης ενός μίγματος καύσιμων αερίων.
Ιστορικό ανακάλυψης
Ο Ιταλός επιστήμονας Allesandro Volta συνέβαλε πολύ στη μελέτη του αερίου του βάλτου (μεθάνιο). Το 1776, απέδειξε ότι αυτή η ουσία είναι διαφορετική από το υδρογόνο, αφού χρειάζεται διπλάσιο οξυγόνο για να καεί. Επιπλέον, ήταν ο Βόλτα που καθόρισε ότι το αέριο του βάλτου είναι πηγή ανθρακικού οξέος.
Ένας Ιταλός ανακάλυψε μεθάνιο στα σύνορα Ελβετίας και Ιταλίας κοντά στη λίμνη Ματζόρε. Έμπνευση για τον επιστήμονα ήταν ένα άρθρο του Αμερικανού επιστήμονα και πολιτικού Μπέντζαμιν Φράνκλιν για το φαινόμενο του «καύσιμου αέρα». Ο Βόλτα ήταν ο πρώτος που απέκτησε μεθάνιο συλλέγοντας το αέριο που εκπέμπει ο βάλτος.
Η έρευνα συνεχίζεται
Άλλοι σημαντικοί ερευνητές του φυσικού φαινομένου ήταν ο Γάλλος χημικός Claude Berthollet και ο Βρετανός χημικός William Henry. Το τελευταίο από αυτά, το 1805, προσδιόρισε τη σύνθεση του αερίου του βάλτου και το ξεχώρισε από το αιθυλένιο (έτσιπου ονομάζεται αέριο πετρελαίου).
Το μυστικό του εκρηκτικού κρυβόταν στο κύριο συστατικό του - το μεθάνιο. Έχει οριστεί ως ελαφρύ αέριο υδρογονάνθρακα (σε αντίθεση με το βαρύ αέριο υδρογονάνθρακα αιθυλένιο). Με την πάροδο του χρόνου, καθιερώθηκε ένας άλλος όρος - υδρογόνο του μεθυλίου. Η έρευνα του Henry συνεχίστηκε από τους John D alton και Jens Jakob Berzelius.
Το 1813, ο Άγγλος χημικός και γεωλόγος Humphrey Davy ανέλυσε το firedamp και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτή η ουσία ήταν ένα μείγμα μεθανίου, ανθρακικού ανυδρίτη και αζώτου. Έτσι αποδείχθηκε ότι το εύφλεκτο μείγμα που απελευθερώνεται στα ορυχεία είναι πανομοιότυπο με ένα παρόμοιο μείγμα στους βάλτους.
Οικολογικές επιπτώσεις
Χαρακτηριστικό του αερίου του βάλτου, το μεθάνιο προκύπτει από ορισμένες χημικές αντιδράσεις. Πρώτα απ 'όλα, αυτή είναι η ξηρή απόσταξη οργανικής ύλης (για παράδειγμα, τύρφη ή ξύλο). Το χημικά καθαρό μεθάνιο λαμβάνεται με αποσύνθεση του μεθυλίου ψευδαργύρου με νερό (παράγεται οξείδιο του ψευδαργύρου). Σήμερα, αυτή η ουσία προσελκύει την προσοχή πολλών περιβαλλοντολόγων λόγω της συμμετοχής της στο σχηματισμό του φαινομένου του θερμοκηπίου. Αυτό οφείλεται στη συσσώρευση μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης. Το αέριο του βάλτου απορροφά τη θερμική ακτινοβολία στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Σε αυτή την παράμετρο, είναι δεύτερο μόνο μετά το καθαρό διοξείδιο του άνθρακα. Οι οικολόγοι εκτιμούν τη συμβολή του μεθανίου στην ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου σε περίπου 30%.
Ιδιότητες, σύνθεση, χημικός τύπος αερίου βάλτου μελετώνται σήμερα ως μέρος της μελέτης της επιρροής του στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Σε φυσικές ποσότητες που παράγει η ίδια η φύση, δεν ήτανεπικίνδυνη ως αιτία του φαινομένου του θερμοκηπίου. Ωστόσο, το πρόβλημα είναι ότι μια τεράστια ποσότητα μεθανίου εισέρχεται στην ατμόσφαιρα με υπαιτιότητα των ίδιων των ανθρώπων. Ένα ανάλογο αερίου βάλτου παράγεται σε διάφορες επιχειρήσεις. Αυτό είναι το λεγόμενο αβιογενές μεθάνιο. Αυτό που εμφανίζεται σε βάλτους θεωρείται βιογενές - δηλαδή προκύπτει από τη μετατροπή της οργανικής ύλης.
Μεθανογένεση
Η βιοσύνθεση του μεθανίου (και επομένως η εμφάνιση αερίου βάλτου) ονομάζεται επίσης μεθανογένεση. Τα αρχαϊκά βακτήρια εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία. Είναι αερόβια, δηλαδή μπορούν να αποκτήσουν ενέργεια για ζωή χωρίς οξυγόνο. Τα αρχαία δεν έχουν μεμβρανικά οργανίδια και πυρήνα.
Τα βακτήρια παράγουν μεθάνιο μειώνοντας τις ενώσεις ενός άνθρακα με αλκοόλες άνθρακα και ενώσεις ενός άνθρακα. Ένας άλλος τρόπος είναι η δυσαναλογία του οξικού. Η ενέργεια που παράγεται από τα βακτήρια μετασχηματίζεται από τα ένζυμα συνθετάσης ATP. Μια ποικιλία μορίων εμπλέκονται στη μεθανογένεση: συνένζυμα, μεθανοφουράνιο, τετραϋδρομεθανοπτερίνη κ.λπ.
Μεθανογόνα
Η επιστήμη γνωρίζει 17 γένη και 50 είδη αρχαίων ικανών να παράγουν τη βάση του αερίου του βάλτου. Σχηματίζουν πρωτόγονες πολυκύτταρες αποικίες. Το πιο μελετημένο γονιδίωμα τέτοιων αρχαίων είναι το Methanosarcina acetivorans. Μετατρέπουν το μονοξείδιο του άνθρακα σε οξικά και μεθάνιο χρησιμοποιώντας τα ένζυμα οξική κινάση και φωσφοτρανασκετυλάση. Υπάρχει επίσης μια θεωρία ότι αυτές οι αρχαίες στην αρχαιότητα μπορούσαν να μετατραπούν σε θειοαιθέρα, υπό την προϋπόθεση ότι υπήρχε υψηλόσυγκέντρωση θειούχου σιδήρου.
Αιτία δασικών πυρκαγιών
Με επαρκή εκπομπή και συγκέντρωση, το αέριο του βάλτου, που αναφλέγεται, μπορεί να προκαλέσει μεγάλη φυσική τύρφη και δασική πυρκαγιά. Σήμερα, υπάρχει ένα ολόκληρο σύμπλεγμα καταπολέμησης τέτοιων φαινομένων. Ειδικές υπηρεσίες πραγματοποιούν παρακολούθηση αερίων στις πιο ελώδεις περιοχές. Είναι υπεύθυνοι για την πρόληψη και τον ποσοτικό έλεγχο της αναλογίας των συστατικών ενός δυνητικά επικίνδυνου αερίου.
Για παράδειγμα, μία από τις πιο βαλτώδεις στην περιοχή της Μόσχας είναι η ανατολική συνοικία Shatursky. Στις δεξαμενές του υπάρχουν πολλά ψάρια (σταυρόσπιτα, πέρκες, γόβιοι, κυπρίνοι, λούτσοι, κυπρίνοι), τρίτωνες, βατράχια, φίδια, μοσχοβολιστές, πτηνά (ερωδιοί, πικραίνοι, παρυδάτια, πάπιες). Τα οστά όλων αυτών των ζώων περιέχουν φώσφορο. Επεξεργάζεται από βακτήρια, μετά την οποία εμφανίζονται αρκετές άλλες ουσίες. Αυτά είναι η διφωσφίνη και η φωσφίνη. Είναι οι κύριοι εκκινητές της αλυσιδωτής αντίδρασης της αυθόρμητης καύσης. Οι πυρκαγιές που ξεκινούν με αυτόν τον τρόπο αποτελούν σοβαρό περιβαλλοντικό πρόβλημα. Από τις πυρκαγιές σε βάλτους καίγονται όχι μόνο δάση, αλλά και τύρφη. Η φωτιά μπορεί να εξαπλωθεί βαθιά μέσα τους. Τέτοιες τυρφώνες μπορούν να καίγονται για χρόνια.
Περίπου τα δύο τρίτα όλων των βάλτων στον κόσμο συγκεντρώνονται στη Ρωσία. Βρίσκονται στο κέντρο του ευρωπαϊκού τμήματος της χώρας, τη Δυτική Σιβηρία και την Καμτσάτκα. Η συνολική έκταση των ελών στη Ρωσία είναι περίπου 340 εκατομμύρια εκτάρια, 210 από τα οποία καλύπτονται με δασική κάλυψη. Το μεγαλύτερο μέρος του αερίου παράγεται το καλοκαίρι. Κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας περιόδου, περίπου δυόμισι κιλά μεθανίου μπορούν να απελευθερωθούν την ημέρα σε μια έκταση ενός εκταρίου.
Αλληλεπίδραση με οξυγόνο και χλώριο
Φυσικό αέριο ελών, του οποίου ο χημικός τύπος είναι CH4, καίγεται με μια μόλις λαμπερή χλωμή φλόγα. Η ισχυρότερη έκρηξη με αυτό συμβαίνει όταν αναφλέγεται σε ένα μείγμα που περιέχει 7-8 όγκους αέρα και 2 όγκους οξυγόνου. Το αέριο είναι ελαφρώς διαλυτό στο νερό (σε αντίθεση με το αλκοόλ). Αντιδρά μόνο με αλογόνα.
Όταν αλληλεπιδρά με το χλώριο, το αέριο του βάλτου σχηματίζει μεθυλοχλωρίδιο CH3Cl. Αυτή η ουσία λαμβάνεται στο εργαστήριο. Για να γίνει αυτό, το υδροχλωρικό αέριο διοχετεύεται σε ένα βραστό διάλυμα μεθυλικής αλκοόλης και τετηγμένου χλωριούχου ψευδαργύρου. Το αποτέλεσμα είναι ένα άχρωμο αέριο που χαρακτηρίζεται από μια ευχάριστη αιθέρια οσμή με γλυκιά γεύση. Υπό ισχυρή πίεση ή ψύξη, πήζει σε υγρό.
Χρήση και αντιδράσεις με αλογόνα
Μεθάνιο (αέριο βάλτου), η φόρμουλα και η χρήση του οποίου ως καύσιμο μελετάται στο σχολικό πρόγραμμα σπουδών, αλληλεπιδρά ενεργά με τα αλογόνα. Ως αποτέλεσμα των αντιδράσεων υποκατάστασης με αυτές τις ουσίες, σχηματίζονται οι ακόλουθες ενώσεις: βρωμίδιο, χλωρίδιο, φθόριο και μεθυλενοφθορίδιο. Το τελευταίο από αυτά αποκτήθηκε για πρώτη φορά από τον Ρώσο χημικό Alexander Butlerov. Το ιωδιούχο μεθυλένιο είναι ένα εξαιρετικά διαθλαστικό κιτρινωπό υγρό. Το σημείο βρασμού του είναι 180 °C.
Πως ονομάζεται το αέριο βάλτου, που αντικαταστάθηκε πλήρως από αλογόνα; Αυτό είναι τετραχλωράνθρακας. Ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο χημικό Henri Regnault το 1839. Είναι ένα υγρό με χαρακτηριστική πικάντικη μυρωδιά. Έχει αναισθητικό αποτέλεσμα. Μια άλλη παρόμοια ουσίατετραβρωμιούχου άνθρακα. Εξάγεται από τις στάχτες των θαλάσσιων φυτών.
Κίνδυνος για την υγεία
Το ίδιο το μεθάνιο του βάλτου είναι φυσιολογικά αβλαβές. Ανήκει στους μη τοξικούς παραφινικούς υδρογονάνθρακες. Αυτή η ομάδα ουσιών χαρακτηρίζεται από χημική αδράνεια και κακή διαλυτότητα στο πλάσμα του αίματος. Ο αέρας με υψηλή συγκέντρωση αερίου βάλτου μπορεί να σκοτώσει έναν άνθρωπο μόνο εάν του λείπει οξυγόνο.
Τα αρχικά σημάδια ασφυξίας (ασφυξία) εμφανίζονται όταν η περιεκτικότητα σε μεθάνιο είναι από 30%. Σε αυτή την περίπτωση, ο όγκος της αναπνοής αυξάνεται, ο παλμός επιταχύνεται, ο συντονισμός των μυϊκών κινήσεων διαταράσσεται. Αλλά η πιθανότητα τέτοιων περιπτώσεων είναι εξαιρετικά μικρή. Το γεγονός είναι ότι το μεθάνιο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, γεγονός που εμποδίζει τη συσσώρευσή του σε υπερβολικές αναλογίες.
Ταυτόχρονα, οι ερευνητές εξισώνουν την επίδραση του αερίου του βάλτου στην ανθρώπινη ψυχή με την επίδραση του διαιθυλαιθέρα. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα μπορεί να εξισωθεί με ένα ναρκωτικό. Σε άτομα που έχουν εργαστεί σε ορυχεία με υψηλές συγκεντρώσεις μεθανίου για μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορούν να εντοπιστούν αλλαγές στο αυτόνομο νευρικό σύστημα (υπόταση, θετικό οφθαλμοκαρδιακό αντανακλαστικό κ.λπ.).
