Plyn vypúšťaný z dna zásobníkov je močaristý plyn s nepríjemným zápachom (ďalší zovšeobecnený názov je metán). Vedecky je to formén alebo metyl vodík. Väčšina z nich pozostáva z metánu (CH4). Môže tiež obsahovať dusík, argón, vodík, fosfín a oxid uhličitý.
Kľúčové funkcie
Štandardné zloženie, chemický vzorec močiarneho plynu – to všetko jasne dokazuje jeho príslušnosť k najjednoduchším uhlíkovým zlúčeninám. Ostatné komponenty sú zoskupené okolo tohto prvku. Močiarový plyn sa v prírode nachádza vo voľnom stave ako zmes s oxidom uhličitým alebo dusíkom. Vzniká rozkladom organickej hmoty. Spravidla ide o rastliny, ktoré sú pod vodou a nemajú prístup k vzduchu.
Ďalším miestom, kde sa tvorí horľavý bažinový plyn, sú uhoľné bane. Po rozklade organických zvyškov sa hromadí medzi horninami. K tomu prispievajú početné dutiny. Takéto plyny unikajú, keď sa náhodne objaví diera.
Miesta vzdelávania
Napriek svojmu pomerne jednoznačnému názvu sa močiarny plyn (alebo skôr metán) uvoľňuje aj zzemské trhliny v blízkosti ropných polí. Prvé takéto prípady boli zaznamenané v Spojených štátoch amerických na brehoch rieky Allegheny, ako aj v Rusku v oblasti Kaspického mora. V Baku sa z tohto dôvodu už od pradávna traduje legenda o záhadných bakuských požiaroch. Ukázalo sa, že prírodný jav je zmiešaný s oxidom uhličitým, dusíkom a ropnými parami, bažinatým plynom.
S rozvojom priemyslu a banskej technológie sa ľudia naučili, ako využiť uvoľnený metán. Prvá takáto rastlina sa objavila v Pensylvánii. Bažinový plyn je charakteristický tým, že sa tvorí nepretržite, možno ho nájsť v každom močiari či jazierku. Často sa stačí len dotknúť bahna palicou. Potom plynové bubliny plávajú na hladine vody.
Swamp gas base
Baktérie pomáhajú tvoriť hlavnú zložku zemného plynu (metánu). Kvôli nim začína fermentácia rastlinných vlákien, čo prispieva k výskytu metánu. Predpokladá sa, že najčistejší metán je charakteristický pre bahenné sopky na polostrove Apsheron a Kerč.
Okrem toho sa vyskytuje v soľných ložiskách, prameňoch a fumarolách – dierach a trhlinách nachádzajúcich sa na úpätí sopiek. Metán je prítomný v ľudskom čreve. Obsahuje exhalačné produkty niektorých zvierat. Za jeden z prvých písomných dôkazov tejto látky možno považovať spisy starovekého spisovateľa Plinia, ktorý spomínal plynné horľavé zlúčeniny.
Výbušnosť
Najviac zo všetkého močiarneho plynuznámy pre svoje deštruktívne vlastnosti. Pri zapálení v zmesi so vzduchom spôsobí výbuch. Dôvodom sú vlastnosti metánu. Výbuch močiarneho plynu a podobných zlúčenín na dlhú dobu vydesil ľudí, ktorí vysvetľovali, čo sa deje, poverami. Dôvody anomálie boli jasné až po vedeckej štúdii tohto javu.
Bažinový plyn, metán a iné výbušné zlúčeniny podnietili ľudí k vynájdeniu Davyho lampy. Začal sa používať v močiaroch aj v uhoľných baniach. V tejto lampe boli splodiny horenia odstraňované pomocou špeciálnej mriežky, vďaka čomu bola vylúčená možnosť vznietenia zmesi horľavých plynov.
História objavov
Taliansky vedec Allesandro Volta významne prispel k štúdiu močiarneho plynu (metánu). V roku 1776 dokázal, že táto látka sa líši od vodíka, pretože na spálenie potrebuje dvakrát toľko kyslíka. Okrem toho to bol Volta, kto určil, že bažinový plyn je zdrojom kyseliny uhličitej.
Talian objavil metán na hraniciach Švajčiarska a Talianska neďaleko jazera Maggiore. Inšpiráciou pre vedca bol článok amerického vedca a politika Benjamina Franklina o fenoméne „horľavého vzduchu“. Volta bola prvá, ktorá získala metán zhromažďovaním plynu emitovaného močiarom.
Výskum pokračuje
Ďalšími významnými výskumníkmi prírodného fenoménu boli francúzsky chemik Claude Berthollet a britský chemik William Henry. Posledný z nich v roku 1805 určil zloženie močiarneho plynu a odlíšil ho od etylénu (tzv.nazývaný ropný plyn).
Tajomstvo výbušniny sa skrývalo v jej hlavnej zložke – metáne. Bol definovaný ako ľahký uhľovodíkový plyn (na rozdiel od ťažkého uhľovodíkového plynu etylénu). Postupom času sa ustálil ďalší pojem – metyl vodík. V Henryho výskume pokračovali John D alton a Jens Jakob Berzelius.
V roku 1813 anglický chemik a geológ Humphrey Davy analyzoval výpalky a dospel k záveru, že táto látka je zmesou metánu, anhydridu kyseliny uhličitej a dusíka. Bolo teda dokázané, že horľavá zmes uvoľnená v baniach je identická s podobnou zmesou v močiaroch.
Ekologický dopad
Metán, ktorý je charakteristický pre močiarny plyn, vzniká pri určitých chemických reakciách. V prvom rade ide o suchú destiláciu organických látok (napríklad rašeliny alebo dreva). Chemicky čistý metán sa získava rozkladom metylu zinočnatého vodou (vyrába sa oxid zinočnatý). Dnes táto látka priťahuje pozornosť mnohých ekológov, pretože sa podieľa na vzniku skleníkového efektu. Je to spôsobené akumuláciou metánu v zemskej atmosfére. Bažinový plyn absorbuje tepelné žiarenie v infračervenej oblasti spektra. V tomto parametri je na druhom mieste za čistým oxidom uhličitým. Ekológovia odhadujú podiel metánu na zosilnení skleníkového efektu na približne 30 %.
Vlastnosti, zloženie a chemický vzorec močiarneho plynu sa dnes skúmajú v rámci štúdia jeho vplyvu na atmosféru našej planéty. V prirodzených množstvách produkovaných samotnou prírodou to tak nebolonebezpečné ako príčina skleníkového efektu. Problémom však je, že obrovské množstvo metánu sa do atmosféry dostáva vinou samotných ľudí. Analóg močiarneho plynu sa vyrába v rôznych podnikoch. Ide o takzvaný abiogénny metán. Ten, ktorý sa vyskytuje v močiaroch, sa považuje za biogénny – teda vzniká premenou organickej hmoty.
Metanogenéza
Biosyntéza metánu (a teda výskyt močiarneho plynu) sa tiež nazýva metanogenéza. Na tomto procese sa podieľajú archaálne baktérie. Sú aeróbne, to znamená, že dokážu získať energiu na život bez kyslíka. Archaea nemajú membránové organely a jadro.
Baktérie vytvárajú metán redukciou jednouhlíkových zlúčenín uhlíkovými alkoholmi a jednouhlíkovými zlúčeninami. Ďalším spôsobom je disproporcionácia acetátu. Energia produkovaná baktériami je transformovaná enzýmami ATP syntázy. Na metanogenéze sa podieľajú rôzne molekuly: koenzýmy, metanofurán, tetrahydrometanopterín atď.
Metanogény
Veda pozná 17 rodov a 50 druhov archaea schopných generovať základ močiarneho plynu. Tvoria primitívne mnohobunkové kolónie. Najviac študovaným genómom takýchto archaea je Methanosarcina acetivorans. Premieňajú oxid uhoľnatý na acetáty a metán pomocou enzýmov acetátkináza a fosfotransacetyláza. Existuje aj teória, že tieto archaea sa v staroveku mohli premeniť na tioéter, za predpokladu, že tam bol vysokýkoncentrácia sulfidu železa.
Príčina lesných požiarov
Pri dostatočnej emisii a koncentrácii môže zapálený močiarny plyn spôsobiť veľký prírodný rašelinový a lesný požiar. Dnes existuje celý komplex boja proti takýmto javom. Špeciálne služby vykonávajú monitorovanie plynu v najviac bažinatých oblastiach. Zodpovedajú za prevenciu a kvantitatívnu kontrolu pomeru zložiek potenciálne nebezpečného plynu.
Napríklad jedným z najbažinatejších v Moskovskej oblasti je východný okres Shatursky. V jeho nádržiach sa vyskytuje množstvo rýb (karasy, ostrieže, jelce, kapry, šťuky, kapry), mloky, žaby, hady, ondatry, vtáky (volavky, bučiaky, brodivce, kačice). Kosti všetkých týchto zvierat obsahujú fosfor. Spracujú ho baktérie, po ktorých sa objaví niekoľko ďalších látok. Sú to difosfín a fosfín. Sú hlavnými iniciátormi reťazovej reakcie samovznietenia. Takto vzniknuté požiare sú vážnym ekologickým problémom. Z požiarov v močiaroch horia nielen lesy, ale aj rašeliniská. Oheň sa môže rozšíriť hlboko do nich. Takéto rašeliniská môžu horieť roky.
Približne dve tretiny všetkých močiarov na svete sú sústredené v Rusku. Nachádzajú sa v strede európskej časti krajiny, západnej Sibíri a Kamčatke. Celková plocha močiarov v Rusku je asi 340 miliónov hektárov, z ktorých 210 je pokrytých lesným porastom. Väčšina plynu sa vyrába v lete. Počas takéhoto obdobia sa na ploche jedného hektára môže denne uvoľniť asi dva a pol kilogramu metánu.
Interakcia s kyslíkom a chlórom
Prírodný močiarny plyn, ktorého chemický vzorec je CH4, horí sotva žeravým bledým plameňom. Najsilnejší výbuch s ním nastáva pri zapálení v zmesi obsahujúcej 7-8 objemov vzduchu a 2 objemy kyslíka. Plyn je mierne rozpustný vo vode (na rozdiel od alkoholu). Reaguje iba s halogénmi.
Pri interakcii s chlórom tvorí močiarny plyn metylchlorid CH3Cl. Táto látka sa získava v laboratóriu. Na tento účel sa plynný chlorovodík privádza do vriaceho roztoku metylalkoholu a roztaveného chloridu zinočnatého. Výsledkom je bezfarebný plyn s príjemnou éterickou vôňou so sladkastou chuťou. Pri silnom tlaku alebo ochladzovaní zhustne na kvapalinu.
Použitie a reakcie s halogénmi
Metán (bahenný plyn), ktorého vzorec a použitie ako paliva sa študuje v školských osnovách, aktívne interaguje s halogénmi. V dôsledku substitučných reakcií s týmito látkami vznikajú tieto zlúčeniny: bromid, chlorid, fluorid a metylénfluorid. Posledný z nich ako prvý získal ruský chemik Alexander Butlerov. Metylénjodid je vysoko refrakčná žltkastá kvapalina. Jeho bod varu je 180 °C.
Aký je názov močiarneho plynu, ktorý je úplne nahradený halogénmi? Toto je tetrachlórmetán. Objavil ho francúzsky chemik Henri Regnault v roku 1839. Je to kvapalina s charakteristickým korenistým zápachom. Má anestetický účinok. Ďalšia podobná látkatetrabrómmetán. Extrahuje sa z popola morských rastlín.
Zdravotné nebezpečenstvo
Samotný močiarny metán je fyziologicky neškodný. Patrí medzi netoxické parafínové uhľovodíky. Táto skupina látok sa vyznačuje chemickou inertnosťou a zlou rozpustnosťou v krvnej plazme. Vzduch s vysokou koncentráciou močiarneho plynu môže človeka zabiť iba vtedy, ak mu chýba kyslík.
Počiatočné príznaky udusenia (asfyxie) sa objavia, keď je obsah metánu od 30%. V tomto prípade sa zvyšuje objem dýchania, zrýchľuje sa pulz, je narušená koordinácia svalových pohybov. Ale pravdepodobnosť takýchto prípadov je extrémne malá. Faktom je, že metán je ľahší ako vzduch, čo zabraňuje jeho hromadeniu v nadmerných proporciách.
Výskumníci zároveň prirovnávajú účinok močiarneho plynu na ľudskú psychiku k účinku dietyléteru. Podobný účinok možno prirovnať k narkotikám. U ľudí, ktorí dlhodobo pracovali v baniach s vysokou koncentráciou metánu, možno vysledovať zmeny v autonómnom nervovom systéme (hypotenzia, pozitívny okulokardiálny reflex atď.).
