Plin koji se emitira s dna rezervoara je močvarni plin neugodnog mirisa (drugi općeniti naziv je metan). Znanstveno, to je formen ili metil vodik. Većina se sastoji od metana (CH4). Također može sadržavati dušik, argon, vodik, fosfin i ugljični dioksid.
Ključne značajke
Standardni sastav, kemijska formula močvarnog plina - sve to jasno pokazuje njegovu pripadnost najjednostavnijim spojevima ugljika. Ostale komponente grupirane su oko ovog elementa. Močvarni plin se u prirodi nalazi u slobodnom stanju kao smjesa s ugljičnim dioksidom ili dušikom. Nastaje razgradnjom organske tvari. U pravilu su to biljke koje su pod vodom i lišene pristupa zraku.
Rudnici ugljena su još jedno mjesto gdje nastaje zapaljivi močvarni plin. Akumulira se među stijenama nakon razgradnje organskih ostataka. Tome pridonose brojne praznine. Takvi plinovi izlaze kada se slučajno pojavi rupa.
Mjesta obrazovanja
Unatoč svom prilično nedvosmislenom nazivu, močvarni plin (točnije, metan) također se emitira izzemljane pukotine u blizini naftnih polja. Prvi takvi slučajevi zabilježeni su u Sjedinjenim Američkim Državama na obalama rijeke Allegheny, kao iu Rusiji u kaspijskoj regiji. U Bakuu, iz tog razloga, od davnina postoji legenda o tajanstvenim bakuskim požarima. Ispostavilo se da je prirodni fenomen pomiješan s ugljičnim dioksidom, dušikom i naftnim parama, močvarnim plinom.
Razvojom industrije i rudarske tehnologije, ljudi su naučili kako iskoristiti oslobođeni metan. Prva takva biljka pojavila se u Pennsylvaniji. Močvarni plin karakterizira činjenica da se kontinuirano formira, može se naći u svakoj močvari ili ribnjaku. Često je dovoljno samo dodirnuti mulj štapom. Nakon toga mjehurići plina isplivaju na površinu vode.
Baza močvarnog plina
Bakterije pomažu u stvaranju glavne komponente prirodnog plina (metana). Zbog njih počinje fermentacija biljnih vlakana, što pridonosi pojavi metana. Vjeruje se da je najčišći metan karakterističan za blatne vulkane na poluotocima Apsheron i Kerch.
Osim 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 tvari može se smatrati spisima starog pisca Plinija, koji je spomenuo plinovite zapaljive spojeve.
Eksplozivnost
Najviše močvarni plinpoznat po svojim destruktivnim svojstvima. Kada se zapali u smjesi sa zrakom, uzrokuje eksploziju. Razlog tome su svojstva metana. Eksplozija močvarnog plina i sličnih spojeva dugo je plašila ljude koji su praznovjerjima objašnjavali što se događa. Razlozi anomalije postali su jasni tek nakon znanstvenog proučavanja ovog fenomena.
Marsh plin, metan i drugi eksplozivni spojevi potaknuli su ljude da izmisle Davyjevu svjetiljku. Počeo se koristiti i u močvarama i u rudnicima ugljena. U ovoj svjetiljci produkti izgaranja su uklonjeni pomoću posebne rešetke, zahvaljujući kojoj je isključena mogućnost paljenja mješavine zapaljivih plinova.
Povijest otkrića
Talijanski znanstvenik Allesandro Volta dao je veliki doprinos proučavanju močvarnog plina (metana). Godine 1776. dokazao je da se ta tvar razlikuje od vodika, budući da joj je za izgaranje potrebno dvostruko više kisika. Osim toga, Volta je bio taj koji je utvrdio da je močvarni plin izvor ugljične kiseline.
Talijan je otkrio metan na granici Švicarske i Italije u blizini jezera Maggiore. Inspiracija za znanstvenika bio je članak američkog znanstvenika i političara Benjamina Franklina o fenomenu "zapaljivog zraka". Volta je bio prvi koji je dobio metan skupljajući plin koji je ispuštala močvara.
Istraživanje se nastavlja
Drugi važni istraživači prirodnog fenomena bili su francuski kemičar Claude Berthollet i britanski kemičar William Henry. Posljednji od njih, 1805. godine, odredio je sastav močvarnog plina i razlikovao ga od etilena (tj.naziva naftni plin).
Tajna eksploziva bila je skrivena u njegovoj glavnoj komponenti - metanu. Definiran je kao laki ugljikovodični plin (za razliku od teškog ugljikovodika etilena). S vremenom se ustalio još jedan pojam - metil vodik. Henryjevo istraživanje nastavili su John D alton i Jens Jakob Berzelius.
Godine 1813., engleski kemičar i geolog Humphrey Davy analizirao je firedamp i zaključio da je ova tvar mješavina metana, ugljičnog anhidrida i dušika. Tako je dokazano da je zapaljiva smjesa ispuštena u rudnicima identična sličnoj smjesi u močvarama.
Ekološki utjecaj
Karakterističan za močvarni plin, metan nastaje određenim kemijskim reakcijama. Prije svega, ovo je suha destilacija organske tvari (na primjer, treset ili drvo). Kemijski čisti metan dobiva se razgradnjom cink metila s vodom (nastaje cinkov oksid). Danas ova tvar privlači pažnju mnogih ekologa zbog svog sudjelovanja u stvaranju efekta staklenika. To je zbog nakupljanja metana u Zemljinoj atmosferi. Močvarni plin apsorbira toplinsko zračenje u infracrvenom području spektra. Po ovom je parametru drugi nakon čistog ugljičnog dioksida. Ekolozi procjenjuju doprinos metana povećanju efekta staklenika na oko 30%.
Svojstva, sastav, kemijska formula močvarnog plina danas se proučavaju u sklopu proučavanja njegovog utjecaja na atmosferu našeg planeta. U prirodnim količinama koje proizvodi sama priroda, to nije biloopasno kao uzrok efekta staklenika. No, problem je što ogromna količina metana dospijeva u atmosferu krivnjom samih ljudi. Analog močvarnog plina proizvodi se u raznim poduzećima. To je takozvani abiogeni metan. Onaj koji se javlja u močvarama smatra se biogenim - to jest, nastao je transformacijom organske tvari.
Metanogeneza
Biosinteza metana (a time i pojava močvarnog plina) također se naziva metanogeneza. Arhealne bakterije su uključene u ovaj proces. Oni su aerobni, odnosno mogu dobiti energiju za život bez kisika. Arheje nemaju membranske organele i jezgru.
Bakterije stvaraju metan redukcijom spojeva s jednim ugljikom ugljikovim alkoholima i spojevima s jednim ugljikom. Drugi način je disproporcija acetata. Energija koju proizvode bakterije transformira se enzimima ATP sintaze. Različite molekule sudjeluju u metanogenezi: koenzimi, metanofuran, tetrahidrometanopterin, itd.
Metanogeni
Znanost poznaje 17 rodova i 50 vrsta arheja sposobnih za stvaranje baze močvarnog plina. Formiraju primitivne višestanične kolonije. Najviše proučavan genom takvih arheja je Methanosarcina acetivorans. Oni pretvaraju ugljični monoksid u acetate i metan pomoću enzima acetat kinaze i fosfotransacetilaze. Također postoji teorija da su se te 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 plin, zapaljen, može uzrokovati veliki prirodni tresetni i šumski požar. Danas postoji cijeli kompleks borbe protiv takvih pojava. Posebne službe provode plinski monitoring najmočvarnijih područja. Oni su odgovorni za prevenciju i kvantitativnu kontrolu omjera komponenti potencijalno opasnog plina.
Na primjer, jedan od najmočvarnijih u moskovskoj regiji je istočni okrug Shatursky. U njegovim akumulacijama ima puno ribe (rasi, smuđevi, gobi, 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 ozbiljan su 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 koncentrirano je u Rusiji. Nalaze se u središtu europskog dijela zemlje, Zapadnog Sibira i Kamčatke. Ukupna površina močvara u Rusiji je oko 340 milijuna hektara, od kojih je 210 prekriveno šumskim pokrivačem. Najviše se plina proizvodi ljeti. U takvom razdoblju dnevno se može osloboditi oko dva i pol kilograma metana na površini od jednog hektara.
Interakcija s kisikom i klorom
Prirodni močvarni plin, čija je kemijska formula CH4, gori jedva užarenim blijedim plamenom. Najjača eksplozija s njim se događa kada se zapali u smjesi koja sadrži 7-8 volumena zraka i 2 volumena kisika. Plin je slabo topiv u vodi (za razliku od alkohola). Reagira samo s halogenima.
Kada je u interakciji s klorom, močvarni plin stvara metil klorid CH3Cl. Ova tvar se dobiva u laboratoriju. Da bi se to učinilo, klorovodični plin se propušta u kipuću otopinu metilnog alkohola i rastaljenog cink klorida. Rezultat je bezbojni plin kojeg karakterizira ugodan eterični miris sa slatkastim okusom. Pod jakim pritiskom ili hlađenjem zgušnjava se u tekućinu.
Upotreba i reakcije s halogenima
Metan (močvarni plin), čija se formula i upotreba kao goriva proučava u školskom kurikulumu, aktivno stupa u interakciju s halogenima. Kao rezultat supstitucijskih reakcija s tim tvarima nastaju sljedeći spojevi: bromid, klorid, fluorid i metilen fluorid. Posljednju od njih prvi je dobio ruski kemičar Aleksandar Butlerov. Metilen jodid je žućkasta tekućina visoke refrakcije. Njegova točka vrelišta je 180 °C.
Kako se zove močvarni plin, potpuno zamijenjen halogenima? Ovo je ugljik tetraklorid. Otkrio ga je francuski kemičar Henri Regnault 1839. godine. To je tekućina s karakterističnim ljutkastim mirisom. Ima anestetički učinak. Još jedna slična tvarugljični tetrabromid. Dobija se iz pepela morskih biljaka.
Opasnost po zdravlje
Močvarni metan je sam po sebi fiziološki bezopasan. Spada u netoksične parafinske ugljikovodike. Ovu skupinu tvari karakterizira kemijska inertnost i slaba topljivost u krvnoj plazmi. Zrak s visokom koncentracijom močvarnog plina može ubiti čovjeka samo ako mu nedostaje kisika.
Početni znakovi gušenja (gušenja) pojavljuju se kada je sadržaj metana od 30%. U tom slučaju povećava se volumen disanja, ubrzava se puls, poremećena je koordinacija pokreta mišića. No vjerojatnost takvih slučajeva je iznimno mala. Činjenica je da je metan lakši od zraka, što sprječava njegovo nakupljanje u prevelikim omjerima.
Istovremeno, istraživači izjednačavaju učinak močvarnog plina na ljudsku psihu s učinkom dietil etera. Sličan učinak može se izjednačiti s narkotikom. Kod ljudi koji su dugo radili u rudnicima s visokim koncentracijama metana mogu se pratiti promjene u autonomnom živčanom sustavu (hipotenzija, pozitivan okulokardijalni refleks, itd.).
