Het gas dat uit de bodem van reservoirs wordt uitgestoten, is moerasgas met een onaangename geur (een andere algemene naam is methaan). Wetenschappelijk gezien is het formeen of methylwaterstof. Het meeste bestaat uit methaan (CH4). Het kan ook stikstof, argon, waterstof, fosfine en koolstofdioxide bevatten.
Belangrijkste kenmerken
Standaardsamenstelling, chemische formule van moerasgas - dit alles toont duidelijk aan dat het tot de eenvoudigste koolstofverbindingen behoort. Andere componenten zijn gegroepeerd rond dit element. Moerasgas komt in de natuur in vrije staat voor als mengsel met kooldioxide of stikstof. Het ontstaat door de afbraak van organisch materiaal. In de regel zijn dit planten die onder water staan en geen toegang hebben tot lucht.
Kolenmijnen zijn een andere plaats waar brandbaar moerasgas wordt gevormd. Het hoopt zich op tussen de rotsen na de ontbinding van organische resten. Talloze vides dragen hieraan bij. Dergelijke gassen ontsnappen wanneer er per ongeluk een gaatje verschijnt.
Plaatsen van onderwijs
Ondanks de nogal eenduidige naam komt er ook moerasgas (of beter gezegd, methaan) uitaardscheuren in de buurt van olievelden. De eerste dergelijke gevallen werden geregistreerd in de Verenigde Staten van Amerika aan de oevers van de Allegheny-rivier, evenals in Rusland in de Kaspische regio. Om deze reden is er in Bakoe al sinds de oudheid een legende over mysterieuze Baku-vuren. Het natuurverschijnsel bleek vermengd te zijn met kooldioxide, stikstof en oliedampen, moerasgas.
Met de ontwikkeling van de industrie en mijnbouwtechnologie hebben mensen geleerd hoe ze het vrijgekomen methaan kunnen gebruiken. De eerste dergelijke plant verscheen in Pennsylvania. Moerasgas kenmerkt zich door het feit dat het continu wordt gevormd, het is in elk moeras of elke vijver te vinden. Vaak is het voldoende om het slib met een stok aan te raken. Daarna drijven gasbellen naar het wateroppervlak.
Moerasgasbasis
Bacteriën vormen mede het hoofdbestanddeel van aardgas (methaan). Hierdoor begint de fermentatie van plantaardige vezels, wat bijdraagt aan het verschijnen van methaan. Aangenomen wordt dat het zuiverste methaan kenmerkend is voor de moddervulkanen van de schiereilanden Apsheron en Kerch.
Bovendien komt het voor in zoutafzettingen, bronnen en fumarolen - gaten en scheuren aan de voet van vulkanen. Methaan is aanwezig in de menselijke darm. Het bevat de uitademingsproducten van sommige dieren. Een van de eerste schriftelijke bewijzen van deze stof kan worden beschouwd als de geschriften van de oude schrijver Plinius, die melding maakte van gasvormige brandbare verbindingen.
Explosiviteit
Vooral moerasgasbekend om zijn vernietigende eigenschappen. Wanneer het wordt ontstoken in een mengsel met lucht, veroorzaakt het een explosie. De reden hiervoor zijn de eigenschappen van methaan. De explosie van moerasgas en soortgelijke verbindingen joegen lange tijd mensen de stuipen op het lijf die uitlegden wat er met bijgeloof gebeurde. De redenen voor de anomalie werden pas duidelijk na een wetenschappelijke studie van dit fenomeen.
Moerasgas, methaan en andere explosieve verbindingen brachten mensen ertoe de Davy-lamp uit te vinden. Het begon zowel in moerassen als in kolenmijnen te worden gebruikt. In deze lamp werden verbrandingsproducten verwijderd met behulp van een speciaal rooster, waardoor de mogelijkheid van ontsteking van een brandbaar gasmengsel werd uitgesloten.
Ontdekkingsgeschiedenis
De Italiaanse wetenschapper Allesandro Volta heeft een grote bijdrage geleverd aan de studie van moerasgas (methaan). In 1776 bewees hij dat deze stof anders is dan waterstof, omdat het twee keer zoveel zuurstof nodig heeft om te verbranden. Bovendien was het Volta die vaststelde dat moerasgas een bron van koolzuur is.
Een Italiaan ontdekte methaan op de grens van Zwitserland en Italië bij het Lago Maggiore. De inspiratie voor de wetenschapper was een artikel van de Amerikaanse wetenschapper en politicus Benjamin Franklin over het fenomeen 'brandbare lucht'. Volta was de eerste die methaan won door het gas op te vangen dat door het moeras werd uitgestoten.
Onderzoek gaat door
Andere belangrijke onderzoekers van het natuurverschijnsel waren de Franse chemicus Claude Berthollet en de Britse chemicus William Henry. De laatste van hen, in 1805, bepaalde de samenstelling van moerasgas en onderscheidde het van ethyleen (dusoliegas genoemd).
Het geheim van het explosief zat verborgen in zijn hoofdbestanddeel - methaan. Het is gedefinieerd als een licht koolwaterstofgas (in tegenstelling tot het zware koolwaterstofgas ethyleen). In de loop van de tijd werd een andere term vastgesteld - methylwaterstof. Henry's onderzoek werd voortgezet door John D alton en Jens Jakob Berzelius.
In 1813 analyseerde de Engelse chemicus en geoloog Humphrey Davy mijngas en concludeerde dat deze stof een mengsel was van methaan, koolzuuranhydride en stikstof. Zo werd bewezen dat het brandbare mengsel dat vrijkomt in de mijnen identiek is aan een vergelijkbaar mengsel in de moerassen.
Ecologische impact
Kenmerkend voor moerasgas, methaan ontstaat uit bepaalde chemische reacties. Allereerst is dit de droge destillatie van organisch materiaal (bijvoorbeeld turf of hout). Chemisch zuiver methaan wordt verkregen door ontleding van zinkmethyl met water (er ontstaat zinkoxide). Tegenwoordig trekt deze stof de aandacht van veel milieuactivisten vanwege zijn deelname aan de vorming van het broeikaseffect. Dit komt door de ophoping van methaan in de atmosfeer van de aarde. Moerasgas absorbeert thermische straling in het infrarode gebied van het spectrum. In deze parameter is het de tweede alleen voor pure koolstofdioxide. Ecologen schatten de bijdrage van methaan aan de versterking van het broeikaseffect op ongeveer 30%.
Eigenschappen, samenstelling, chemische formule van moerasgas worden tegenwoordig bestudeerd als onderdeel van de studie van de invloed ervan op de atmosfeer van onze planeet. In natuurlijke hoeveelheden geproduceerd door de natuur zelf, was het nietgevaarlijk als oorzaak van het broeikaseffect. Het probleem is echter dat door toedoen van de mensen zelf een enorme hoeveelheid methaan in de atmosfeer terechtkomt. Bij verschillende bedrijven wordt een analoog van moerasgas geproduceerd. Dit is het zogenaamde abiogene methaan. De soort die in moerassen voorkomt, wordt als biogeen beschouwd, dat wil zeggen als gevolg van de transformatie van organisch materiaal.
Methanogenese
De biosynthese van methaan (en dus het optreden van moerasgas) wordt ook wel methanogenese genoemd. Bij dit proces zijn archaea-bacteriën betrokken. Ze zijn aëroob, dat wil zeggen, ze kunnen levenslange energie verkrijgen zonder zuurstof. Archaea hebben geen membraanorganellen en een kern.
Bacteriën genereren methaan door één-koolstofverbindingen te reduceren met koolstofalcoholen en één-koolstofverbindingen. Een andere manier is de disproportionering van acetaat. De energie die door bacteriën wordt geproduceerd, wordt omgezet door ATP-synthase-enzymen. Bij methanogenese zijn verschillende moleculen betrokken: co-enzymen, methanofuran, tetrahydromethanopterine, enz.
Methanogenen
De wetenschap kent 17 geslachten en 50 soorten archaea die in staat zijn om de basis van moerasgas te genereren. Ze vormen primitieve meercellige kolonies. Het meest bestudeerde genoom van dergelijke archaea is Methanosarcina acetivorans. Ze zetten koolmonoxide om in acetaten en methaan met behulp van de enzymen acetaatkinase en fosfotransacetylase. Er is ook een theorie dat deze archaea in de oudheid in thioether konden veranderen, op voorwaarde dat er een hogeijzersulfideconcentratie.
Oorzaak van bosbranden
Bij voldoende emissie en concentratie kan moerasgas, ontstoken, een grote natuurlijke veen- en bosbrand veroorzaken. Tegenwoordig is er een heel complex van bestrijding van dergelijke verschijnselen. Speciale diensten voeren gasmonitoring uit van de meest moerassige gebieden. Zij zijn verantwoordelijk voor de preventie en kwantitatieve controle van de verhouding van de componenten van een potentieel gevaarlijk gas.
Een van de meest moerassige in de regio Moskou is bijvoorbeeld het oostelijke Shatursky-district. In de reservoirs zijn er veel vissen (crucians, zitstokken, grondels, karpers, snoeken, karpers), salamanders, kikkers, slangen, muskusratten, vogels (reigers, roerdompen, steltlopers, eenden). De botten van al deze dieren bevatten fosfor. Het wordt verwerkt door bacteriën, waarna verschillende andere stoffen verschijnen. Dit zijn difosfine en fosfine. Zij zijn de belangrijkste initiatiefnemers van de kettingreactie van zelfontbranding. Branden die op deze manier zijn ontstaan, vormen een ernstig milieuprobleem. Van branden in moerassen branden niet alleen bossen, maar ook veenmoerassen. Het vuur kan zich diep in hen verspreiden. Dergelijke veengebieden kunnen jaren branden.
Ongeveer tweederde van alle moerassen in de wereld is geconcentreerd in Rusland. Ze zijn te vinden in het centrum van het Europese deel van het land, West-Siberië en Kamtsjatka. Het totale moerasgebied in Rusland is ongeveer 340 miljoen hectare, waarvan 210 bedekt met bos. Het meeste gas wordt in de zomer geproduceerd. In zo'n periode kan op een oppervlakte van één hectare ongeveer twee en een halve kilo methaan per dag vrijkomen.
Interactie met zuurstof en chloor
Natuurlijk moerasgas, waarvan de chemische formule CH4 is, brandt met een nauwelijks gloeiende bleke vlam. De sterkste explosie ermee treedt op wanneer het wordt ontstoken in een mengsel dat 7-8 volumes lucht en 2 volumes zuurstof bevat. Het gas is slecht oplosbaar in water (in tegenstelling tot alcohol). Het reageert alleen met halogenen.
Bij interactie met chloor vormt moerasgas methylchloride CH3Cl. Deze stof wordt verkregen in het laboratorium. Om dit te doen, wordt zoutzuur in een kokende oplossing van methylalcohol en gesmolten zinkchloride geleid. Het resultaat is een kleurloos gas dat wordt gekenmerkt door een aangename etherische geur met een zoete smaak. Onder sterke druk of afkoeling verdikt het tot een vloeistof.
Gebruik en reacties met halogenen
Methaan (moerasgas), waarvan de formule en het gebruik als brandstof in het schoolcurriculum worden bestudeerd, heeft een actieve wisselwerking met halogenen. Als gevolg van substitutiereacties met deze stoffen ontstaan de volgende verbindingen: bromide, chloride, fluoride en methyleenfluoride. De laatste van hen werd voor het eerst verkregen door de Russische chemicus Alexander Butlerov. Methyleenjodide is een sterk brekende geelachtige vloeistof. Het kookpunt is 180 °C.
Wat is de naam van moerasgas, volledig vervangen door halogenen? Dit is tetrachloorkoolstof. Het werd ontdekt door de Franse chemicus Henri Regnault in 1839. Het is een vloeistof met een kenmerkende kruidige geur. Het heeft een verdovend effect. Een andere vergelijkbare stofkoolstof tetrabromide. Het wordt gewonnen uit de as van zeeplanten.
Gezondheidsgevaar
Moerasmethaan zelf is fysiologisch onschadelijk. Het behoort tot niet-toxische paraffinische koolwaterstoffen. Deze groep stoffen wordt gekenmerkt door chemische inertie en slechte oplosbaarheid in bloedplasma. Lucht met een hoge concentratie moerasgas kan een persoon alleen doden als hij geen zuurstof heeft.
De eerste tekenen van verstikking (verstikking) verschijnen wanneer het methaangeh alte vanaf 30% is. In dit geval neemt het ademhalingsvolume toe, de pols versnelt, de coördinatie van spierbewegingen is verstoord. Maar de kans op dergelijke gevallen is uiterst klein. Het feit is dat methaan lichter is dan lucht, wat voorkomt dat het zich in buitensporige proporties ophoopt.
Tegelijk stellen onderzoekers het effect van moerasgas op de menselijke psyche gelijk aan het effect van diethylether. Een soortgelijk effect kan worden gelijkgesteld aan een verdovend middel. Bij mensen die lange tijd in mijnen met hoge methaanconcentraties hebben gewerkt, kunnen veranderingen in het autonome zenuwstelsel (hypotensie, positieve oculocardiale reflex, enz.) worden opgespoord.
