הגז הנפלט מקרקעית המאגרים הוא גז ביצות עם ריח לא נעים (שם כללי אחר 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 גז ביצות - כל זה מדגים בבירור את שייכותו 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 פחם הם מקום נוסף שבו נוצר גז ביצות דליק. הוא מצטבר בין הסלעים לאחר פירוק שאריות אורגניות. חללים רבים תורמים לכך. גזים כאלה בורחים כאשר מופיע חור בשוגג.
מקומות לחינוך
למרות שמו הדי חד משמעי, גז ביצות (או ליתר דיוק, מתאן) נפלט גםסדקי אדמה 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. התברר כי תופעת הטבע מעורבת בפחמן דו חמצני, אדי חנקן ונפט, גז ביצות.
עם התפתחות התעשייה וטכנולוגיית הכרייה, אנשים למדו כיצד 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
חיידקים עוזרים ליצור את המרכיב העיקרי של הגז הטבעי (מתאן). בגללם מתחילה תסיסה של סיבים צמחיים, התורמים להופעת מתאן. מאמינים שהמתאן הטהור ביותר הוא אופייני להרי הגעש הבוץ של חצי האי אפשרון וקרץ'.
בנוסף, הוא מופיע במרבצי מלח, במעיינות ובפומארולים - 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.
נפיצות
בעיקר גז ביצותידוע בתכונות ההרסניות שלו. 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 מארש, מתאן ותרכובות נפץ אחרות הניעו אנשים להמציא את מנורת דייווי. הוא החל לשמש גם בביצות וגם במכרות פחם. במנורה זו הוסרו מוצרי בעירה באמצעות רשת מיוחדת, שבזכותה נשללה האפשרות להצתה של תערובת גז דליק.
היסטוריית גילוי
המדען האיטלקי אלסנדרו וולטה תרם תרומה גדולה לחקר גז הביצות (מתאן). בשנת 1776, הוא הוכיח שחומר זה שונה ממימן, מכיוון שהוא צריך פי שניים יותר חמצן כדי לשרוף. בנוסף, וולטה הוא שקבע שגז הביצות הוא מקור לחומצה פחמנית.
איטלקי גילה מתאן על גבול שוויץ ואיטליה 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 שנפלט מהביצה.
המחקר נמשך
חוקרים חשובים נוספים של תופעת הטבע היו הכימאי הצרפתי קלוד ברטהולט והכימאי הבריטי ויליאם הנרי. האחרון שבהם, בשנת 1805, קבע את הרכב גז הביצות והבדיל אותו מאתילן (כךנקרא גז נפט).
סוד חומר הנפץ הוחבא במרכיב העיקרי שלו - 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 דייווי ניתח חום אש והגיע למסקנה שחומר זה הוא תערובת של מתאן, פחמן אנהידריד וחנקן. אז הוכח שהתערובת הבעירה המשתחררת במכרות זהה לתערובת דומה בביצות.
השפעה אקולוגית
אופייני לגז ביצות, מתאן נוצר מתגובות 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 גז ביצות נחקרים היום כחלק מחקר השפעתו על האטמוספירה של הפלנטה שלנו. בכמויות טבעיות שנוצרו על ידי הטבע עצמו, זה לא היהמסוכן 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
ביוסינתזה של מתאן (ומכאן הופעת גז הביצות) נקראת 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 הפחתת תרכובות חד-פחמן עם אלכוהולי פחמן ותרכובות חד-פחמן. 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 המסוגלים ליצור 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. יש גם תיאוריה שארכיאה אלו בימי קדם יכלו להפוך לתיואתר, בתנאי שהיה גבוהריכוז גופרית ברזל.
סיבה לשריפות יער
עם פליטה וריכוז מספיקים, גז ביצות, מוצת, עלול 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 הביצותים 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. אדמות כבול כאלה יכולות לבעור במשך שנים.
כשני שלישים מכלל הביצות בעולם מרוכזות ברוסיה. 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 ק ג מתאן ביום על שטח של דונם.
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 רק 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.
שימוש ותגובות עם הלוגנים
מתאן (גז ביצות), שהנוסחה והשימוש בו 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 שמו של גז הביצות, שהוחלף לחלוטין בהלוגנים? זהו פחמן טטרכלוריד. הוא התגלה על ידי הכימאי הצרפתי אנרי רגנו בשנת 1839. זהו נוזל בעל ריח חריף אופייני. יש לזה אפקט הרדמה. עוד חומר דומהפחמן טטרברומיד. הוא מופק מאפר של צמחים ימיים.
סכנה בריאותית
מתאן הביצות עצמו אינו מזיק מבחינה פיזיולוגית. 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.
סימני החנק הראשוניים (תשניק) מופיעים כאשר תכולת המתאן היא מ-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.
במקביל, חוקרים משווים את השפעת גז הביצות על נפש האדם להשפעה 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').
