الغاز المنبعث من قاع الخزانات هو غاز مستنقعات ذو رائحة كريهة (اسم عام آخر هو الميثان). علميًا ، إنه فورمين ، أو ميثيل الهيدروجين. يتكون معظمه من الميثان (CH4). قد تحتوي أيضًا على النيتروجين والأرجون والهيدروجين والفوسفين وثاني أكسيد الكربون.
الميزات الرئيسية
التركيب القياسي ، الصيغة الكيميائية لغاز المستنقعات - كل هذا يوضح بوضوح انتمائه إلى أبسط مركبات الكربون. يتم تجميع المكونات الأخرى حول هذا العنصر. يوجد غاز المستنقعات في الطبيعة في حالة حرة كمزيج مع ثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين. ينتج عن تحلل المواد العضوية. كقاعدة عامة ، هذه نباتات تحت الماء ومحرومة من الوصول إلى الهواء.
مناجم الفحم هي مكان آخر يتشكل فيه غاز المستنقعات القابل للاحتراق. يتراكم بين الصخور بعد تحلل المخلفات العضوية. يساهم العديد من الفراغات في ذلك. تتسرب هذه الغازات عند ظهور ثقب عرضي.
أماكن تعليم
على الرغم من الاسم الواضح إلى حد ما ، فإن غاز المستنقعات (أو بالأحرى الميثان) ينبعث أيضًا منالشقوق الأرضية بالقرب من حقول النفط. تم تسجيل أولى هذه الحالات في الولايات المتحدة الأمريكية على ضفاف نهر أليغيني ، وكذلك في روسيا في منطقة بحر قزوين. لهذا السبب ، كانت هناك أسطورة في باكو عن حرائق باكو الغامضة منذ العصور القديمة. تبين أن الظاهرة الطبيعية اختلطت بثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وأبخرة الزيت وغاز المستنقعات.
مع تطور الصناعة وتكنولوجيا التعدين ، تعلم الناس كيفية الاستفادة من غاز الميثان المنطلق. ظهر أول مصنع من هذا القبيل في ولاية بنسلفانيا. يتميز غاز المستنقعات بحقيقة أنه يتشكل باستمرار ، ويمكن العثور عليه في أي مستنقع أو بركة. في كثير من الأحيان ، يكفي فقط لمس الطمي بعصا. بعد ذلك ، تطفو فقاعات الغاز على سطح الماء.
قاعدة غاز المستنقع
تساعد البكتيريا في تكوين المكون الرئيسي للغاز الطبيعي (الميثان). بسببها ، يبدأ تخمير الألياف النباتية ، مما يساهم في ظهور الميثان. يُعتقد أن أنقى الميثان هو سمة البراكين الطينية لشبه جزيرة أبشيرون وكيرتش.
بالإضافة إلى ذلك ، يحدث في رواسب الملح والينابيع والفومارول - الثقوب والشقوق الموجودة عند سفح البراكين. الميثان موجود في الأمعاء البشرية. يحتوي على نواتج الزفير لبعض الحيوانات. يمكن اعتبار أحد الأدلة المكتوبة الأولى على هذه المادة كتابات الكاتب القديم بليني ، الذي ذكر المركبات الغازية القابلة للاحتراق.
التفجير
الأهم من ذلك كله غاز المستنقعاتمعروف بخصائصه المدمرة. عندما تشتعل في خليط مع الهواء ، فإنها تسبب انفجار. والسبب في ذلك هو خصائص الميثان. أدى انفجار غاز المستنقعات والمركبات المماثلة لفترة طويلة إلى رعب الناس الذين شرحوا ما كان يحدث مع الخرافات. ولم تتضح أسباب الانحراف إلا بعد دراسة علمية لهذه الظاهرة.
دفع غاز الأهوار والميثان والمركبات المتفجرة الأخرى الناس إلى ابتكار مصباح ديفي. بدأ استخدامه في كل من المستنقعات ومناجم الفحم. في هذا المصباح ، تمت إزالة منتجات الاحتراق باستخدام شبكة خاصة ، وبفضل ذلك تم استبعاد إمكانية اشتعال خليط الغاز القابل للاحتراق.
تاريخ الاكتشاف
قدم العالم الإيطالي أليساندرو فولتا مساهمة كبيرة في دراسة غاز المستنقعات (الميثان). في عام 1776 ، أثبت أن هذه المادة تختلف عن الهيدروجين ، لأنها تحتاج إلى ضعف كمية الأكسجين لحرقها. بالإضافة إلى ذلك ، كان فولتا هو الذي قرر أن غاز المستنقعات هو مصدر لحمض الكربونيك.
اكتشف إيطالي الميثان على حدود سويسرا وإيطاليا بالقرب من بحيرة ماجوري. كان مصدر إلهام للعالم مقالاً للعالم والسياسي الأمريكي بنجامين فرانكلين حول ظاهرة "الهواء القابل للاحتراق". كان فولتا أول من حصل على الميثان عن طريق جمع الغاز المنبعث من المستنقع.
يستمر البحث
باحثون مهمون آخرون عن الظاهرة الطبيعية هم الكيميائي الفرنسي كلود بيرثولت والكيميائي البريطاني ويليام هنري. آخرهم ، في عام 1805 ، حدد تكوين غاز المستنقعات وميزه عن الإيثيلين (لذلكيسمى غاز النفط).
سر المتفجرات مخبأ في مكونها الرئيسي - الميثان. تم تعريفه على أنه غاز هيدروكربوني خفيف (على عكس غاز الهيدروكربون الثقيل الإيثيلين). بمرور الوقت ، تم إنشاء مصطلح آخر - ميثيل الهيدروجين. تابع بحث هنري جون دالتون وجينز جاكوب برزيليوس.
في عام 1813 ، قام الكيميائي والجيولوجي الإنجليزي همفري ديفي بتحليل المشعل وخلص إلى أن هذه المادة عبارة عن خليط من الميثان ، أنهيدريد الكربون والنيتروجين. لذلك ثبت أن الخليط القابل للاحتراق المنطلق في المناجم مطابق لخليط مشابه في المستنقعات.
التأثير البيئي
من سمات غاز المستنقعات ، ينشأ الميثان من تفاعلات كيميائية معينة. بادئ ذي بدء ، هذا هو التقطير الجاف للمادة العضوية (على سبيل المثال ، الخث أو الخشب). يتم الحصول على الميثان النقي كيميائيًا عن طريق تحلل ميثيل الزنك بالماء (ينتج أكسيد الزنك). اليوم ، تجذب هذه المادة انتباه العديد من دعاة حماية البيئة بسبب مشاركتها في تكوين تأثير الاحتباس الحراري. هذا بسبب تراكم الميثان في الغلاف الجوي للأرض. يمتص غاز المستنقع الإشعاع الحراري في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف. في هذه المعلمة ، تأتي في المرتبة الثانية بعد ثاني أكسيد الكربون النقي. يقدر علماء البيئة مساهمة الميثان في تعزيز تأثير الاحتباس الحراري بحوالي 30٪.
يتم دراسة الخصائص والتركيب والصيغة الكيميائية لغاز المستنقعات اليوم كجزء من دراسة تأثيره على الغلاف الجوي لكوكبنا. في الكميات الطبيعية التي تنتجها الطبيعة نفسها ، لم تكن كذلكخطير كسبب لتأثير الاحتباس الحراري. ومع ذلك ، فإن المشكلة هي أن كمية هائلة من الميثان تدخل الغلاف الجوي من خلال خطأ الناس أنفسهم. يتم إنتاج نظير غاز المستنقعات في مؤسسات مختلفة. هذا هو ما يسمى بالميثان اللابيوجيني. الذي يحدث في المستنقعات يعتبر حيوي المنشأ - أي ناتج عن تحول المواد العضوية.
توليد الميثان
يسمى التخليق الحيوي للميثان (وبالتالي حدوث غاز المستنقعات) أيضًا باسم تكوين الميثان. تشارك البكتيريا البدائية في هذه العملية. إنها هوائية ، أي يمكنها الحصول على الطاقة للحياة بدون أكسجين. لا تحتوي العتائق على عضيات غشائية ونواة.
تولد البكتيريا غاز الميثان عن طريق تقليل مركبات الكربون الواحد بالكحول الكربوني ومركبات الكربون الواحد. طريقة أخرى هي عدم تناسق الأسيتات. يتم تحويل الطاقة التي تنتجها البكتيريا بواسطة إنزيمات سينسيز ATP. تشارك مجموعة متنوعة من الجزيئات في تكوين الميثان: الإنزيمات المساعدة ، الميثانوفيوران ، رباعي هيدرات الميثانوبترين ، إلخ.
الميثانوجينات
يعرف العلم 17 جنسًا و 50 نوعًا من الأركيا القادرة على تكوين أساس غاز المستنقعات. إنهم يشكلون مستعمرات بدائية متعددة الخلايا. الجينوم الأكثر دراسة لهذه الأركيا هو Methanosarcina acetivorans. يقومون بتحويل أول أكسيد الكربون إلى أسيتات وميثان باستخدام إنزيمات أسيتات كيناز وفوسفوت ترانساستيلاز. هناك أيضًا نظرية مفادها أن هذه الأركيا في العصور القديمة يمكن أن تتحول إلى ثيوثير ، بشرط أن يكون هناك ارتفاعتركيز كبريتيد الحديد
سبب حرائق الغابات
مع انبعاث وتركيز كافيين ، يمكن لغاز المستنقعات المشتعل أن يتسبب في نشوء حرائق غابات وخث طبيعي كبير. اليوم ، هناك مجموعة كاملة من مكافحة مثل هذه الظواهر. تقوم الخدمات الخاصة بمراقبة الغاز في معظم مناطق المستنقعات. إنهم مسؤولون عن الوقاية والتحكم الكمي في نسبة مكونات الغاز الذي يحتمل أن يكون خطيراً.
على سبيل المثال ، تعد منطقة شاتورسكي الشرقية من أكثر المستنقعات في منطقة موسكو. يوجد في خزاناته الكثير من الأسماك (الصليبيين ، العلياء ، الجوبيون ، الكارب ، الحراشف ، الكارب) ، النيوت ، الضفادع ، الثعابين ، المسك ، الطيور (مالك الحزين ، المر ، الخواضون ، البط). تحتوي عظام كل هذه الحيوانات على الفوسفور. تتم معالجته بواسطة البكتيريا ، وبعد ذلك تظهر عدة مواد أخرى. هذه هي الديفوسفين والفوسفين. هم المبادرون الرئيسيون للتفاعل المتسلسل للاحتراق التلقائي. الحرائق التي اندلعت بهذه الطريقة هي مشكلة بيئية خطيرة. من حرائق المستنقعات ، لا تحترق الغابات فحسب ، بل تحترق أيضًا مستنقعات الخث. يمكن أن تنتشر النار في عمقهم. يمكن أن تحترق أراضي الخث هذه لسنوات.
يتركز حوالي ثلثي المستنقعات في العالم في روسيا. توجد في وسط الجزء الأوروبي من البلاد ، غرب سيبيريا وكامتشاتكا. تبلغ المساحة الإجمالية للمستنقعات في روسيا حوالي 340 مليون هكتار ، 210 منها مغطاة بغطاء حرجي. يتم إنتاج معظم الغاز في الصيف. خلال هذه الفترة ، يمكن إطلاق حوالي كيلوغرامين ونصف من الميثان يوميًا على مساحة هكتار واحد.
التفاعل مع الأكسجين والكلور
غاز الأهوار الطبيعي ، صيغته الكيميائية CH4، يحترق بلهب شاحب بالكاد. يحدث أقوى انفجار معها عندما تشتعل في خليط يحتوي على 7-8 حجوم من الهواء ومقدرين من الأكسجين. الغاز قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء (على عكس الكحول). يتفاعل فقط مع الهالوجينات.
عند التفاعل مع الكلور ، يشكل غاز المستنقعات كلوريد الميثيل CH3Cl. يتم الحصول على هذه المادة في المختبر. للقيام بذلك ، يتم تمرير غاز الهيدروكلوريك في محلول غليان من كحول الميثيل وكلوريد الزنك المصهور. والنتيجة غاز عديم اللون يتميز برائحة أثيري لطيفة مع طعم حلو. تحت ضغط أو تبريد قوي ، يتكاثف في سائل.
استخدام وردود الفعل مع الهالوجينات
يتفاعل الميثان (غاز المستنقعات) ، صيغته واستخدامه كوقود في المناهج المدرسية ، بنشاط مع الهالوجينات. نتيجة تفاعلات الاستبدال مع هذه المواد ، يتم تكوين المركبات التالية: البروميد ، الكلوريد ، الفلورايد وفلوريد الميثيلين. حصل الكيميائي الروسي ألكسندر بتليروف على آخرها. يوديد الميثيلين هو سائل مصفر شديد الانكسار. نقطة غليانها 180 درجة مئوية.
ما هو اسم غاز المستنقعات الذي تم استبداله بالكامل بالهالوجينات؟ هذا هو رابع كلوريد الكربون. اكتشفه الكيميائي الفرنسي هنري ريجنولت عام 1839. إنه سائل برائحة حارة مميزة. له تأثير مخدر. مادة أخرى مماثلةرباعي بروميد الكربون. يستخرج من رماد النباتات البحرية
مخاطر صحية
ميثان المستنقع نفسه غير ضار من الناحية الفسيولوجية. إنه ينتمي إلى الهيدروكربونات البرافينية غير السامة. تتميز هذه المجموعة من المواد بالخمول الكيميائي وضعف الذوبان في بلازما الدم. لا يمكن للهواء الذي يحتوي على نسبة عالية من غاز المستنقعات أن يقتل الشخص إلا إذا كان يفتقر إلى الأكسجين.
تظهر العلامات الأولية للاختناق (الاختناق) عندما يكون محتوى الميثان من 30٪. في هذه الحالة ، يزداد حجم التنفس ، وتسارع النبض ، ويضطرب تنسيق حركات العضلات. لكن احتمال حدوث مثل هذه الحالات ضئيل للغاية. الحقيقة أن الميثان أخف من الهواء مما يمنعه من التراكم بنسب مفرطة.
في الوقت نفسه ، قارن الباحثون تأثير غاز المستنقعات على نفسية الإنسان بتأثير ثنائي إيثيل الأثير. يمكن معادلة تأثير مماثل للمخدر. في الأشخاص الذين عملوا في المناجم ذات التركيزات العالية من الميثان لفترة طويلة ، يمكن تتبع التغيرات في الجهاز العصبي اللاإرادي (انخفاض ضغط الدم ، منعكس القلب الإيجابي ، إلخ).
