הגז שבורח מתחתית המאגרים הוא גז ביצות עםריח לא נעים (שם כללי נוסף הוא מתאן). מבחינה מדעית, זה פורמן, או מתיל מימן. רובו מורכב מתאן (CH4). הוא עשוי להכיל גם חנקן, ארגון, מימן, פוספין ופחמן דו חמצני.
תכונות עיקריות
הרכב סטנדרטי, נוסחה כימית של הגזביצה - כל זה מדגים בבירור את השתייכותו לתרכובות הפחמן הפשוטות ביותר. רכיבים אחרים מקובצים סביב אלמנט זה. גז ביצות נמצא בטבע במצב חופשי כתערובת עם פחמן דו חמצני או חנקן. זה נובע מפירוק של חומר אורגני. ככלל, מדובר בצמחים שנמצאים מתחת למים וחסרי גישה לאוויר.
מכרות הפחם הם מקום אחר שבונוצר גז ביצה דליק. הוא מצטבר בין הסלעים לאחר פירוק שאריות אורגניות. חללים רבים תורמים לכך. גזים כאלה בורחים כאשר מופיע חור בשוגג.
מקומות חינוך
למרות שמו הדי חד משמעי,גז ביצות (או ליתר דיוק, מתאן) משתחרר גם מסדקים באדמה ליד שדות נפט. המקרים הראשונים מסוג זה נרשמו בארצות הברית של אמריקה על גדות נהר אלגני, כמו גם ברוסיה באזור הכספי. בבאקו, מסיבה זו, יש אגדה על שריפות מסתוריות של באקו מאז ימי קדם. תופעת הטבע התבררה כגז ביצות מעורב בפחמן דו חמצני, חנקן ואדי שמן.
עם התפתחות התעשייה וטכנולוגיית הכרייהמינרלים, אנשים למדו לנצל את המתאן המשוחרר. הצמח הראשון כזה הופיע בפנסילבניה. גז הביצות מאופיין בכך שהוא נוצר ברציפות, ניתן למצוא אותו בכל ביצה או בריכה. לעתים קרובות, זה מספיק רק לגעת בסחופת עם מקל. לאחר מכן, בועות גז צפות אל פני המים.
בסיס גז ביצות
היווצרות המרכיב העיקרי של הגז הטבעי(מתאן) עוזר לחיידקים. בגללם מתחילה תסיסה של סיבים צמחיים, התורמים להופעת מתאן. מאמינים שהמתאן הטהור ביותר הוא אופייני להרי הגעש הבוץ של חצי האי אפשרון וקרץ'.
בנוסף, זה מתרחש במרבצי מלח,מעיינות ופומארולים - חורים וסדקים הממוקמים למרגלות הרי געש. מתאן קיים במעי האנושי. הוא מכיל תוצרי נשיפה של כמה בעלי חיים. אחת העדויות הכתובות הראשונות לחומר זה יכולה להיחשב ככתביו של הסופר העתיק פליניוס, שהזכיר תרכובות דליקות בגז.
נְפִיצוּת
גז הביצות ידוע בעיקר בזכותותכונות הרסניות משלו. כאשר הוא נדלק בתערובת עם אוויר, הוא גורם לפיצוץ. הסיבה לכך היא תכונות המתאן. הפיצוץ של גז ביצות ותרכובות דומות במשך זמן רב הפחיד אנשים שהסבירו מה קורה עם אמונות טפלות. הסיבות לאנומליה התבררו רק לאחר מחקר מדעי של תופעה זו.
גז ביצות, מתאן וחומרי נפץ אחריםתרכובות גרמו לאנשים להמציא את מנורת דייווי. הוא החל לשמש גם בביצות וגם במכרות פחם. במנורה זו הוסרו מוצרי בעירה באמצעות רשת מיוחדת, שבזכותה נשללה האפשרות של הצתה של תערובת גז דליק.
היסטוריה של גילוי
תרומה גדולה לחקר גז הביצות (מתאן)הוצג על ידי המדען האיטלקי אלסנדרו וולטה. בשנת 1776, הוא הוכיח שחומר זה שונה ממימן, מכיוון שהוא צריך פי שניים יותר חמצן כדי לשרוף. בנוסף, היה זה וולטה שקבע שגז הביצות הוא מקור לחומצה פחמנית.
גבר איטלקי מגלה מתאן על גבול שוויץאיטליה ליד אגם מאג'ורה. ההשראה למדען הייתה מאמר של המדען והפוליטיקאי האמריקאי בנג'מין פרנקלין על תופעת "אוויר דליק". וולטה היה הראשון שהשיג מתאן על ידי איסוף הגז שהפיקה הביצה.
המשך מחקר
חוקרים חשובים אחרים של טבעיהתופעה היו הכימאי הצרפתי קלוד ברטהולט והכימאי הבריטי ויליאם הנרי. האחרון שבהם, בשנת 1805, קבע את הרכב גז הביצות והבדיל אותו מאתילן (מה שנקרא גז הנפט).
תעלומת החומר הנפץ ארבה לוהמרכיב העיקרי הוא מתאן. הוא הוגדר כגז פחמימני קל (בניגוד לגז הפחמימנים הכבד אתילן). עם הזמן הוקם מונח נוסף - מתיל מימן. המחקר של הנרי נמשך על ידי ג'ון דלטון וג'נס יעקב ברזליוס.
בשנת 1813, הכימאי והגיאולוג האנגלי האמפרי דייוויביצע ניתוח של טפח אש והגיע למסקנה שחומר זה הוא תערובת של מתאן, פחמן אנהידריד וחנקן. אז הוכח כי התערובת הבעירה המשתחררת במכרות זהה לתערובת דומה בביצות.
השפעה על הסביבה
נוצר מתאן, האופייני לגז ביצותעקב תגובות כימיות מסוימות. קודם כל, זהו זיקוק יבש של חומרים אורגניים (למשל, כבול או עץ). מתאן טהור מבחינה כימית מתקבל על ידי פירוק של מתיל אבץ עם מים (תחמוצת אבץ נוצרת). כיום, חומר זה מושך את תשומת לבם של שומרי סביבה רבים בגלל השתתפותו בהיווצרות אפקט החממה. הסיבה לכך היא הצטברות מתאן באטמוספירה של כדור הארץ. גז הביצות סופג קרינה תרמית באזור האינפרא אדום של הספקטרום. בפרמטר זה, הוא שני רק לפחמן דו חמצני טהור. אקולוגים מעריכים את תרומתו של מתאן להגברת אפקט החממה בכ-30%.
מאפיינים, הרכב, נוסחה כימית של גזביצות היום נחקרות כחלק ממחקר של השפעתה על האטמוספירה של הפלנטה שלנו. בכמויות טבעיות המיוצרות על ידי הטבע עצמו, זה לא היה מסוכן כגורם לאפקט החממה. עם זאת, הבעיה היא שכמות עצומה של מתאן נכנסת לאטמוספירה באשמת האנשים עצמם. אנלוגי של גז ביצות מיוצר במפעלים שונים. זהו מה שנקרא מתאן אביוגני. זה שמתרחש בביצות נחשב לביוגני - כלומר, נובע מהתמרה של חומר אורגני.
מתנוגנזה
הביוסינתזה של מתאן (ומכאן ההתרחשותגז ביצות) נקרא גם מתנוגנזה. חיידקים ארכאיים מעורבים בתהליך זה. הם אירוביים, כלומר, הם יכולים להשיג אנרגיה לחיים ללא חמצן. לארכיאה אין אברוני קרום וגרעין.
חיידקים מייצרים מתאן על ידי הפחתתתרכובות פחמן אחד באמצעות אלכוהול פחמן ותרכובות פחמן אחד. דרך נוספת היא חוסר פרופורציה של אצטט. האנרגיה המיוצרת על ידי חיידקים עוברת טרנספורמציה על ידי אנזימי ATP synthase. מגוון מולקולות מעורבות במתנוגנזה: קו-אנזימים, מתנופורן, טטרה-הידרו-מתנופטרין וכו'.
מתנוגנים
המדע מכיר 17 סוגים ו-50 מינים של ארכיאה,מסוגל לייצר בסיס של גז ביצות. הם יוצרים מושבות רב-תאיות פרימיטיביות. הגנום הנחקר ביותר של ארכיאה כזו הוא Methanosarcina acetivorans. הם ממירים פחמן חד חמצני לאצטטים ומתאן באמצעות האנזימים אצטט קינאז ופוספוטרנסאצטילאז. ישנה גם תיאוריה לפיה ארכאיות אלה יכלו להפוך בימי קדם לתיו-אתר, בתנאי שהיה ריכוז גבוה של ברזל גופרתי בסחף דאז.
גורם לשריפות יער
עם פליטה וריכוז מספיקים, ביצהגז, מוצת, יכול לגרום לשריפה טבעית גדולה של כבול ויער. כיום, יש מכלול שלם של מאבק בתופעות כאלה. שירותים מיוחדים מבצעים ניטור גז באזורים הביצותיים ביותר. הם אחראים למניעה ובקרה כמותית של היחס בין הרכיבים של גז שעלול להיות מסוכן.
לדוגמה, אחד הטובעניים ביותר באזור מוסקבה הוא מחוז שטורסקי המזרחי. במאגריו יש הרבה דגים (צלבים, מושבים, גוביים, קרפיונים, פיקים, קרפיונים), טריטונים, צפרדעים, נחשים, מושקים, ציפורים (אנפות, מרירות, דשושים, ברווזים). העצמות של כל החיות הללו מכילות זרחן. הוא מעובד על ידי חיידקים, ולאחר מכן מופיעים מספר חומרים נוספים. אלו הם דיפוספין ופוספין. הם היוזמים העיקריים של תגובת השרשרת של בעירה ספונטנית. שריפות שנוצרו בדרך זו הן בעיה סביבתית חמורה. משריפות בביצות, לא רק יערות, אלא גם ביצות כבול בוערות. האש יכולה להתפשט עמוק לתוכם. ביצות כבול כאלה יכולות לבעור במשך שנים.
כשני שלישים מכולםביצות העולם. הם נמצאים במרכז החלק האירופי של המדינה, מערב סיביר וקמצ'טקה. שטח הביצות הכולל ברוסיה הוא כ-340 מיליון דונם, 210 מהם מכוסים בכיסוי יער. רוב הגז מופק בקיץ. בתקופה כזו ניתן לשחרר כשני וחצי קילוגרם מתאן ליום על שטח של דונם אחד.
אינטראקציה עם חמצן וכלור
גז ביצות טבעי, שהנוסחה הכימית שלו היא CH4, בוער בלהבה חיוורת בקושי זוהרת.הפיצוץ החזק ביותר איתו מתרחש כאשר הוא מצית בתערובת המכילה 7-8 נפחים של אוויר ו-2 נפחים של חמצן. הגז מסיס מעט במים (בניגוד לאלכוהול). הוא מגיב אך ורק עם הלוגנים.
בעת אינטראקציה עם כלור, גז הביצה יוצר מתיל כלוריד CH3Cl. חומר זה מתקבל במעבדה.לשם כך, גז הידרוכלורי מועבר לתמיסה רותחת של מתיל אלכוהול ואבץ כלורי מותך. התוצאה היא גז חסר צבע המאופיין בריח אתרי נעים עם טעם מתקתק. בלחץ חזק או בקירור, הוא מתעבה לנוזל.
יישומים ותגובות עם הלוגנים
נוסחה ויישום מתאן (גז ביצות).אשר כדלק נלמדים בתכנית הלימודים בבית הספר, מקיים אינטראקציה פעילה עם הלוגנים. כתוצאה מתגובות החלפה עם חומרים אלו, נוצרות התרכובות הבאות: ברומיד, כלוריד, פלואוריד ומתילן פלואוריד. האחרון שבהם הושג לראשונה על ידי הכימאי הרוסי אלכסנדר באטלרוב. מתילן יודיד הוא נוזל צהבהב שבירה מאוד. נקודת הרתיחה שלו היא 180 מעלות צלזיוס.
מה השם של גז ביצות, הוחלף לגמריהלוגנים? זהו פחמן טטרכלוריד. הוא התגלה על ידי הכימאי הצרפתי אנרי רגנו בשנת 1839. זהו נוזל בעל ריח חריף אופייני. יש לזה אפקט הרדמה. חומר דומה נוסף הוא פחמן טטרברומיד. הוא מופק מאפר של צמחים ימיים.
מפגע בריאותי
מתאן הביצות עצמו הוא פיזיולוגילֹא מַזִיק. זה שייך לפחמימנים פרפיניים לא רעילים. קבוצת חומרים זו מאופיינת באדישות כימית ומסיסות ירודה בפלסמת הדם. אוויר עם ריכוז גבוה של גז ביצות יכול להרוג אדם רק אם חסר לו חמצן.
סימנים ראשוניים של חנק (תשניק)מופיעים בתכולת מתאן של 30%. במקרה זה, נפח הנשימה גדל, הדופק מואץ, תיאום תנועות השרירים מופרע. אבל הסבירות למקרים כאלה קטנה ביותר. העובדה היא שמתאן קל יותר מאוויר, מה שמונע ממנו להצטבר בפרופורציות מופרזות.
יחד עם זאת, החוקרים משווים את הפעולהגז ביצות על נפש האדם לפעולה של דיאתיל אתר. ניתן להשוות השפעה דומה לתרופה נרקוטית. אצל אנשים שעבדו במכרות עם ריכוז גבוה של מתאן במשך זמן רב, ניתן לאתר שינויים במערכת העצבים האוטונומית (יתר לחץ דם, רפלקס עיניים חיובי וכו').
