Khí thải ra từ đáy các bể chứa là khí đầm lầy có mùi khó chịu (tên gọi chung là mêtan). Về mặt khoa học, đó là formene, hay metyl hydro. Hầu hết nó bao gồm metan (CH4). Nó cũng có thể chứa nitơ, argon, hydro, phosphine và carbon dioxide.
Tính năng chính
Thành phần tiêu chuẩn, công thức hóa học của khí đầm lầy - tất cả điều này chứng tỏ rõ ràng nó thuộc về các hợp chất cacbon đơn giản nhất. Các thành phần khác được nhóm xung quanh thành phần này. Khí đầm lầy được tìm thấy trong tự nhiên ở trạng thái tự do như một hỗn hợp với carbon dioxide hoặc nitơ. Nó là kết quả của sự phân hủy các chất hữu cơ. Theo quy luật, đây là những cây ở dưới nước và không được tiếp cận với không khí.
Các mỏ than là một nơi khác mà khí đầm lầy dễ cháy được hình thành. Nó tích tụ giữa các tảng đá sau quá trình phân hủy các chất cặn bã hữu cơ. Nhiều khoảng trống góp phần vào điều này. Những khí như vậy thoát ra khi một lỗ hổng ngẫu nhiên xuất hiện.
Nơi giáo dục
Mặc dù có cái tên khá rõ ràng, khí đầm lầy (hay đúng hơn là mêtan) cũng được phát ra từcác vết nứt đất gần các mỏ dầu. Những trường hợp như vậy đầu tiên được ghi nhận ở Hoa Kỳ trên bờ sông Allegheny, cũng như ở Nga trong vùng Caspi. Ở Baku, vì lý do này, đã có một truyền thuyết về những đám cháy Baku bí ẩn từ thời cổ đại. Hiện tượng tự nhiên hóa ra được trộn lẫn với carbon dioxide, nitơ và hơi dầu, khí đầm lầy.
Với sự phát triển của công nghiệp và công nghệ khai thác, con người đã học được cách sử dụng khí mêtan thải ra. Loại cây đầu tiên như vậy xuất hiện ở Pennsylvania. Khí đầm lầy được đặc trưng bởi thực tế là nó được hình thành liên tục, nó có thể được tìm thấy trong bất kỳ đầm lầy hoặc ao hồ nào. Thông thường, chỉ cần dùng gậy chạm vào phù sa là đủ. Sau đó, bọt khí nổi lên mặt nước.
Chân khí đầm lầy
Vi khuẩn giúp hình thành thành phần chính của khí thiên nhiên (mêtan). Bởi vì chúng, quá trình lên men của chất xơ thực vật bắt đầu, góp phần vào sự xuất hiện của khí mê-tan. Khí mê-tan tinh khiết nhất được cho là đặc trưng của các núi lửa bùn ở Bán đảo Apsheron và Kerch.
Ngoài ra, nó còn xuất hiện trong các mỏ muối, suối và khói - các lỗ và vết nứt nằm ở chân núi lửa. Mêtan có trong ruột của con người. Nó chứa các sản phẩm thở ra của một số loài động vật. Một trong những bằng chứng bằng văn bản đầu tiên về chất này có thể được coi là tác phẩm của nhà văn cổ đại Pliny, người đã đề cập đến các hợp chất dễ cháy ở thể khí.
Nổ
Hầu hết tất cả khí đầm lầyđược biết đến với đặc tính phá hủy của nó. Khi bắt lửa trong hỗn hợp với không khí, nó gây ra một vụ nổ. Lý do cho điều này là các đặc tính của mêtan. Sự bùng nổ của khí đầm lầy và các hợp chất tương tự trong một thời gian dài đã khiến những người giải thích điều gì đang xảy ra bằng những điều mê tín kinh hoàng. Lý do cho sự bất thường chỉ trở nên rõ ràng sau khi một nghiên cứu khoa học về hiện tượng này.
Khí đầm lầy, mêtan và các hợp chất nổ khác đã thúc đẩy mọi người phát minh ra đèn Davy. Nó bắt đầu được sử dụng ở cả đầm lầy và mỏ than. Trong đèn này, các sản phẩm cháy được loại bỏ bằng cách sử dụng một lưới điện đặc biệt, nhờ đó khả năng bắt lửa của hỗn hợp khí dễ cháy đã được loại trừ.
Lịch sử khám phá
Nhà khoa học người Ý Allesandro Volta đã có đóng góp to lớn trong việc nghiên cứu khí đầm lầy (mêtan). Năm 1776, ông đã chứng minh rằng chất này khác với hydro, vì nó cần lượng oxy gấp đôi để đốt cháy. Ngoài ra, Volta đã xác định rằng khí đầm lầy là một nguồn axit cacbonic.
Một người Ý đã phát hiện ra khí mê-tan ở biên giới Thụy Sĩ và Ý gần Hồ Maggiore. Nguồn cảm hứng cho nhà khoa học là một bài báo của nhà khoa học và chính trị gia người Mỹ Benjamin Franklin về hiện tượng "không khí dễ cháy". Volta là người đầu tiên thu được khí mêtan bằng cách thu khí từ đầm lầy.
Nghiên cứu vẫn tiếp tục
Các nhà nghiên cứu quan trọng khác về hiện tượng tự nhiên là nhà hóa học người Pháp Claude Berthollet và nhà hóa học người Anh William Henry. Người cuối cùng trong số họ, vào năm 1805, xác định thành phần của khí đầm lầy và phân biệt nó với ethylene (vì vậygọi là khí dầu).
Bí mật của chất nổ được che giấu trong thành phần chính của nó - khí mêtan. Nó đã được định nghĩa là một khí hydrocacbon nhẹ (trái ngược với khí hydrocacbon nặng ethylene). Theo thời gian, một thuật ngữ khác đã được thành lập - metyl hydro. Nghiên cứu của Henry được tiếp tục bởi John D alton và Jens Jakob Berzelius.
Năm 1813, nhà hóa học và địa chất học người Anh Humphrey Davy đã phân tích fireamp và kết luận rằng chất này là hỗn hợp của mêtan, anhydrit cacbonic và nitơ. Vì vậy, người ta đã chứng minh rằng hỗn hợp dễ cháy được thải ra trong mỏ giống hệt với một hỗn hợp tương tự trong đầm lầy.
Tác động sinh thái
Đặc trưng của khí đầm lầy, mêtan phát sinh từ các phản ứng hóa học nhất định. Trước hết, đây là quá trình chưng cất khô chất hữu cơ (ví dụ, than bùn hoặc gỗ). Metan tinh khiết về mặt hóa học thu được bằng cách phân hủy metyl kẽm với nước (tạo ra oxit kẽm). Ngày nay, chất này thu hút sự chú ý của nhiều nhà bảo vệ môi trường vì tham gia vào quá trình hình thành hiệu ứng nhà kính. Điều này là do sự tích tụ khí mê-tan trong bầu khí quyển của Trái đất. Khí đầm lầy hấp thụ bức xạ nhiệt trong vùng hồng ngoại của quang phổ. Trong thông số này, nó chỉ đứng sau carbon dioxide tinh khiết. Các nhà sinh thái học ước tính sự đóng góp của khí mê-tan vào việc tăng cường hiệu ứng nhà kính vào khoảng 30%.
Tính chất, thành phần, công thức hóa học của khí đầm lầy đang được nghiên cứu ngày nay như một phần của nghiên cứu về ảnh hưởng của nó đối với bầu khí quyển của hành tinh chúng ta. Trong số lượng tự nhiên do tự nhiên sản xuất, nó khôngnguy hiểm như một nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên, vấn đề là một lượng khí mêtan khổng lồ đi vào bầu khí quyển thông qua lỗi của chính con người. Một chất tương tự của khí đầm lầy được sản xuất tại nhiều doanh nghiệp khác nhau. Đây là cái gọi là mêtan gây dị ứng. Sự xuất hiện ở đầm lầy được coi là sinh học - tức là, là kết quả của sự biến đổi chất hữu cơ.
Quá trình tạo thành
Quá trình sinh tổng hợp metan (và do đó xảy ra khí đầm lầy) còn được gọi là quá trình sinh methanogenesis. Vi khuẩn cổ tham gia vào quá trình này. Chúng hiếu khí, tức là chúng có thể lấy năng lượng cho sự sống mà không cần oxy. Archaea không có màng bào quan và nhân.
Vi khuẩn tạo ra mêtan bằng cách khử các hợp chất một cacbon với rượu cacbon và các hợp chất một cacbon. Một cách khác là sự mất cân đối của axetat. Năng lượng do vi khuẩn tạo ra được biến đổi bởi các enzym ATP synthase. Một loạt các phân tử tham gia vào quá trình tạo methanogenesis: coenzyme, methanofuran, tetrahydromethanopterin, v.v.
Methanogens
Khoa học biết 17 chi và 50 loài vi khuẩn cổ có khả năng tạo ra khí đầm lầy. Chúng tạo thành các khuẩn lạc đa bào nguyên thủy. Bộ gen được nghiên cứu nhiều nhất của vi khuẩn cổ như vậy là Methanosarcina acetivorans. Họ chuyển đổi carbon monoxide thành axetat và mêtan bằng cách sử dụng các enzym axetat kinase và phosphotransacetylase. Cũng có giả thuyết cho rằng những cổ vật này trong thời cổ đại có thể biến đổi thành thioether, với điều kiện là phải cónồng độ sắt sunfua.
Nguyên nhân cháy rừng
Với lượng phát thải và nồng độ đủ lớn, khí đầm lầy, bốc cháy, có thể gây ra một lượng lớn than bùn tự nhiên và cháy rừng. Ngày nay, có cả một phức hợp chống lại những hiện tượng như vậy. Các dịch vụ đặc biệt thực hiện giám sát khí của các khu vực đầm lầy nhất. Họ chịu trách nhiệm ngăn ngừa và kiểm soát định lượng tỷ lệ các thành phần của khí có nguy cơ tiềm ẩn.
Ví dụ, một trong những vùng đầm lầy nhất ở khu vực Moscow là quận Shatursky phía đông. Trong các hồ chứa của nó có rất nhiều cá (cá diếc, cá rô, cá bống, cá chép, pikes, cá chép), sa giông, ếch, rắn, chuột xạ hương, chim (diệc, đắng, lội, vịt). Xương của tất cả các loài động vật này đều chứa phốt pho. Nó được xử lý bởi vi khuẩn, sau đó một số chất khác xuất hiện. Đây là diphosphine và phosphine. Chúng là tác nhân chính của chuỗi phản ứng đốt cháy tự phát. Hỏa hoạn bắt đầu theo cách này là một vấn đề môi trường nghiêm trọng. Từ đám cháy ở đầm lầy, không chỉ rừng, mà cả các vũng than bùn cũng bốc cháy. Ngọn lửa có thể lan sâu vào chúng. Những vùng đất than bùn như vậy có thể cháy trong nhiều năm.
Khoảng 2/3 tổng số đầm lầy trên thế giới tập trung ở Nga. Chúng được tìm thấy ở trung tâm phần châu Âu của đất nước, Tây Siberia và Kamchatka. Tổng diện tích đầm lầy ở Nga vào khoảng 340 triệu ha, 210 trong số đó có rừng che phủ. Phần lớn khí được tạo ra vào mùa hè. Trong khoảng thời gian như vậy, khoảng 2,5 kg khí mêtan có thể được thải ra mỗi ngày trên diện tích một ha.
Tương tác với oxy và clo
Khí đầm lầy tự nhiên, có công thức hóa học là CH4, cháy với ngọn lửa nhạt gần như không phát sáng. Vụ nổ mạnh nhất xảy ra với nó khi bắt lửa trong hỗn hợp có chứa 7-8 thể tích không khí và 2 thể tích oxy. Chất khí ít tan trong nước (không giống rượu). Nó chỉ phản ứng với halogen.
Khi tương tác với clo, khí đầm lầy tạo thành metyl clorua CH3Cl. Chất này thu được trong phòng thí nghiệm. Để thực hiện điều này, người ta cho khí clohiđric vào dung dịch rượu metylic và kẽm clorua nóng chảy đang sôi. Kết quả là tạo ra một chất khí không màu, có mùi thanh tao dễ chịu với vị ngọt. Dưới áp suất mạnh hoặc làm lạnh, nó đặc lại thành chất lỏng.
Sử dụng và phản ứng với halogen
Mêtan (khí đầm lầy), công thức và cách sử dụng làm nhiên liệu được nghiên cứu trong chương trình giảng dạy ở trường, tương tác tích cực với các halogen. Kết quả của phản ứng thế với các chất này, các hợp chất sau được tạo thành: bromua, clorua, florua và metylen florua. Cuối cùng trong số chúng lần đầu tiên được thu được bởi nhà hóa học người Nga Alexander Butlerov. Methylene iodide là một chất lỏng màu vàng có chiết suất cao. Điểm sôi của nó là 180 ° C.
Tên của khí đầm lầy, được thay thế hoàn toàn bằng halogen là gì? Đây là cacbon tetraclorua. Nó được phát hiện bởi nhà hóa học người Pháp Henri Regnault vào năm 1839. Nó là một chất lỏng có mùi cay đặc trưng. Nó có tác dụng gây mê. Một chất tương tự kháccacbon tetrabromit. Nó được chiết xuất từ tro của thực vật biển.
Nguy hại cho sức khỏe
Khí mê-tan trong đầm lầy tự nó vô hại về mặt sinh lý. Nó thuộc về hydrocacbon parafinic không độc hại. Nhóm chất này có đặc điểm là trơ về mặt hóa học và kém hòa tan trong huyết tương. Không khí có nồng độ khí đầm lầy cao chỉ có thể giết chết một người nếu anh ta thiếu oxy.
Dấu hiệu ban đầu của ngạt (ngạt) xuất hiện khi hàm lượng khí mêtan từ 30%. Trong trường hợp này, thể tích thở tăng lên, mạch đập nhanh, sự phối hợp các cử động cơ bị rối loạn. Nhưng khả năng xảy ra những trường hợp như vậy là vô cùng nhỏ. Thực tế là khí mêtan nhẹ hơn không khí, điều này ngăn không cho nó tích tụ với tỷ lệ quá mức.
Đồng thời, các nhà nghiên cứu đánh đồng tác động của khí đầm lầy lên tâm lý con người với tác động của dietyl ete. Một tác dụng tương tự có thể được coi là một chất gây nghiện. Ở những người làm việc trong hầm mỏ có nồng độ khí mê-tan cao trong thời gian dài, có thể phát hiện ra những thay đổi trong hệ thần kinh tự chủ (hạ huyết áp, phản xạ cơ tim tích cực, v.v.).
