Iš rezervuarų dugno išmetamos dujos yra nemalonaus kvapo pelkės dujos (kitas apibendrintas pavadinimas yra metanas). Moksliniu požiūriu tai yra formenas arba metilo vandenilis. Didžiąją jo dalį sudaro metanas (CH4). Jame taip pat gali būti azoto, argono, vandenilio, fosfino ir anglies dioksido.
Pagrindinės funkcijos
Standartinė sudėtis, pelkių dujų cheminė formulė – visa tai aiškiai parodo, kad jos priklauso paprasčiausių anglies junginių grupei. Kiti komponentai yra sugrupuoti aplink šį elementą. Pelkės dujos gamtoje randamos laisvos būsenos mišinio su anglies dioksidu arba azotu pavidalu. Tai atsiranda dėl organinių medžiagų skilimo. Paprastai tai yra augalai, kurie yra po vandeniu ir neturi prieigos prie oro.
Anglių kasyklos yra dar viena vieta, kur susidaro degiosios pelkių dujos. Jis kaupiasi tarp uolienų po organinių liekanų irimo. Prie to prisideda daugybė tuštumų. Tokios dujos išeina, kai atsitiktinai atsiranda skylė.
Mokymosi vietos
Nepaisant gana nedviprasmiško pavadinimo, pelkių dujos (tiksliau metanas) taip pat išsiskiria išžemės įtrūkimai šalia naftos telkinių. Pirmieji tokie atvejai užfiksuoti Jungtinėse Amerikos Valstijose Allegheny upės pakrantėse, taip pat Rusijoje Kaspijos jūros regione. Baku dėl šios priežasties nuo seno sklando legenda apie paslaptingus Baku gaisrus. Paaiškėjo, kad gamtos reiškinys susimaišė su anglies dioksidu, azoto ir naftos garais, pelkių dujomis.
Tobulėjant pramonei ir kasybos technologijoms, žmonės išmoko panaudoti išsiskyrusį metaną. Pirmasis toks augalas pasirodė Pensilvanijoje. Pelkės dujos pasižymi tuo, kad susidaro nuolat, jų galima rasti bet kurioje pelkėje ar tvenkinyje. Dažnai užtenka tik paliesti dumblą pagaliuku. Po to į vandens paviršių plūduriuoja dujų burbuliukai.
Pelkės dujų bazė
Bakterijos padeda sudaryti pagrindinį gamtinių dujų (metano) komponentą. Dėl jų prasideda augalinio pluošto fermentacija, prisidedanti prie metano atsiradimo. Manoma, kad gryniausias metanas būdingas Apšerono ir Kerčės pusiasalių purvo ugnikalniams.
Be to, jo pasitaiko druskos nuosėdose, š altiniuose ir fumarolėse – ugnikalnių papėdėje esančiose skylėse ir plyšiuose. Metano yra žmogaus žarnyne. Jame yra kai kurių gyvūnų iškvėpimo produktų. Vienu pirmųjų rašytinių šios medžiagos įrodymų galima laikyti senovės rašytojo Plinijaus raštus, kuriuose buvo paminėti dujiniai degūs junginiai.
Sprogiamumas
Daugiausia pelkių dujosžinomas dėl savo destruktyvių savybių. Uždegus mišinyje su oru, jis sukelia sprogimą. To priežastis – metano savybės. Pelkės dujų ir panašių junginių sprogimas ilgą laiką baugino žmones, kurie tai, kas vyksta, aiškino prietarais. Anomalijos priežastys paaiškėjo tik atlikus mokslinį šio reiškinio tyrimą.
Purkės dujos, metanas ir kiti sprogūs junginiai paskatino žmones išrasti Davy lempą. Jis pradėtas naudoti ir pelkėse, ir anglies kasyklose. Šioje lempoje degimo produktai buvo pašalinti naudojant specialią tinklelį, dėl kurio buvo pašalinta degių dujų mišinio užsidegimo galimybė.
Atradimų istorija
Italų mokslininkas Allesandro Volta labai prisidėjo tiriant pelkių dujas (metaną). 1776 m. jis įrodė, kad ši medžiaga skiriasi nuo vandenilio, nes jai sudeginti reikia dvigubai daugiau deguonies. Be to, Volta nustatė, kad pelkių dujos yra anglies rūgšties š altinis.
Italas aptiko metano Šveicarijos ir Italijos pasienyje prie Maggiore ežero. Mokslininką įkvėpė amerikiečių mokslininko ir politiko Benjamino Franklino straipsnis apie „degiojo oro“fenomeną. „Volta“pirmoji gavo metano, surinkdama pelkės išmetamas dujas.
Tyrimai tęsiami
Kiti svarbūs gamtos reiškinio tyrinėtojai buvo prancūzų chemikas Claude'as Berthollet ir britų chemikas Williamas Henry. Paskutinis iš jų, 1805 m., nustatė pelkių dujų sudėtį ir išskyrė jas nuo etileno (taigivadinamos naftos dujomis).
Sprogmens paslaptis buvo paslėpta pagrindiniame jo komponente – metane. Jis apibrėžiamas kaip lengvosios angliavandenilio dujos (priešingai nei sunkiųjų angliavandenilių dujos etilenas). Laikui bėgant buvo nustatytas kitas terminas - metilo vandenilis. Henrio tyrimus tęsė Johnas D altonas ir Jensas Jakobas Berzelius.
1813 m. anglų chemikas ir geologas Humphrey'us Davy'is išanalizavo šarminę medžiagą ir padarė išvadą, kad ši medžiaga yra metano, anglies anhidrido ir azoto mišinys. Taigi buvo įrodyta, kad kasyklose išsiskiriantis degusis mišinys yra identiškas panašiam mišiniui pelkėse.
Ekologinis poveikis
Būdingas pelkių dujoms metanas susidaro dėl tam tikrų cheminių reakcijų. Visų pirma, tai yra sausas organinių medžiagų (pavyzdžiui, durpių ar medienos) distiliavimas. Chemiškai grynas metanas gaunamas skaidant cinko metilą vandeniu (gaminamasi cinko oksidas). Šiandien ši medžiaga patraukia daugelio aplinkosaugininkų dėmesį dėl savo dalyvavimo formuojant šiltnamio efektą. Taip yra dėl metano kaupimosi Žemės atmosferoje. Pelkės dujos sugeria šiluminę spinduliuotę infraraudonojoje spektro srityje. Pagal šį parametrą jis yra antras po gryno anglies dioksido. Ekologai apskaičiavo, kad metanas prisideda prie šiltnamio efekto stiprinimo maždaug 30%.
Pelkės dujų savybės, sudėtis, cheminė formulė šiandien tiriamos kaip jų įtakos mūsų planetos atmosferai tyrimo dalis. Natūraliais kiekiais, kuriuos gamina pati gamta, to nebuvopavojingas kaip šiltnamio efekto priežastis. Tačiau bėda ta, kad didžiulis metano kiekis į atmosferą patenka dėl pačių žmonių k altės. Pelkės dujų analogas gaminamas įvairiose įmonėse. Tai vadinamasis abiogeninis metanas. Tas, kuris atsiranda pelkėse, laikomas biogeniniu, ty atsirandančiu dėl organinių medžiagų transformacijos.
Metanogenezė
Metano biosintezė (taigi ir pelkių dujų atsiradimas) taip pat vadinama metanogeneze. Šiame procese dalyvauja archeologinės bakterijos. Jie yra aerobiniai, tai yra, gali gauti energijos gyvenimui be deguonies. Archėjose nėra membraninių organelių ir branduolio.
Bakterijos gamina metaną redukdamos vienos anglies junginius anglies alkoholiais ir vienos anglies junginiais. Kitas būdas yra acetato disproporcija. Bakterijų gaminamą energiją transformuoja ATP sintazės fermentai. Metanogenezėje dalyvauja įvairios molekulės: kofermentai, metanofuranas, tetrahidrometanopterinas ir kt.
Metanogenai
Mokslas žino 17 archejų genčių ir 50 rūšių, galinčių sukurti pelkių dujų pagrindą. Jie sudaro primityvias daugialąstes kolonijas. Labiausiai ištirtas tokių archėjų genomas yra Methanosarcina acetivorans. Jie anglies monoksidą paverčia acetatais ir metanu, naudodami fermentus acetatkinazę ir fosfotransacetilazę. Taip pat yra teorija, kad šios archėjos senovėje galėjo virsti tioeteriu, jei buvo aukštasgeležies sulfido koncentracija.
Miško gaisrų priežastis
Esant pakankamai emisijai ir koncentracijai, užsiliepsnojusios pelkės dujos gali sukelti didelį natūralių durpių ir miško gaisrą. Šiandien yra visas kompleksas kovoti su tokiais reiškiniais. Specialiosios tarnybos atlieka pelkėčiausių vietovių dujų monitoringą. Jie atsakingi už prevenciją ir kiekybinę potencialiai pavojingų dujų komponentų santykio kontrolę.
Pavyzdžiui, vienas pelkėčiausių Maskvos regione yra rytinis Šaturskio rajonas. Jo rezervuaruose gausu žuvų (karosų, ešerių, gobių, karpių, lydekų, karpių), tritonų, varlių, gyvačių, ondatros, paukščių (garniai, straubliai, bridukai, antys). Visų šių gyvūnų kauluose yra fosforo. Jį apdoroja bakterijos, po to atsiranda keletas kitų medžiagų. Tai yra difosfinas ir fosfinas. Jie yra pagrindiniai grandininės savaiminio užsidegimo reakcijos iniciatoriai. Tokiu būdu kilę gaisrai yra rimta aplinkos problema. Nuo gaisrų pelkėse dega ne tik miškai, bet ir durpynai. Ugnis gali plisti į juos giliai. Tokie durpynai gali degti metų metus.
Maždaug du trečdaliai visų pasaulio pelkių yra susitelkę Rusijoje. Jie randami europinėje šalies dalyje, Vakarų Sibire ir Kamčiatkoje. Bendras pelkių plotas Rusijoje yra apie 340 milijonų hektarų, iš kurių 210 yra padengti mišku. Didžioji dalis dujų pagaminama vasarą. Per tokį laikotarpį per dieną vieno hektaro plote gali išsiskirti apie du su puse kilogramo metano.
Sąveika su deguonimi ir chloru
Gamtinės pelkių dujos, kurių cheminė formulė yra CH4, dega vos žėrinčia blyškia liepsna. Stipriausias sprogimas su juo įvyksta užsidegant mišinyje, kuriame yra 7-8 tūriai oro ir 2 tūriai deguonies. Dujos mažai tirpsta vandenyje (skirtingai nei alkoholis). Jis reaguoja tik su halogenais.
Sąveikaujant su chloru, pelkės dujos sudaro metilchloridą CH3Cl. Ši medžiaga gaunama laboratorijoje. Norėdami tai padaryti, druskos dujos patenka į verdantį metilo alkoholio ir išlydyto cinko chlorido tirpalą. Rezultatas yra bespalvės dujos, pasižyminčios maloniu eteriniu kvapu ir saldaus skonio. Esant stipriam slėgiui arba aušinant, jis sutirštėja į skystį.
Naudojimas ir reakcijos su halogenais
Metanas (pelkės dujos), kurio formulė ir kaip kuro naudojimas mokomas mokyklos programoje, aktyviai sąveikauja su halogenais. Dėl pakeitimo reakcijų šiomis medžiagomis susidaro šie junginiai: bromidas, chloridas, fluoridas ir metilenfluoridas. Paskutinįjį iš jų pirmasis gavo rusų chemikas Aleksandras Butlerovas. Metileno jodidas yra labai laužantis gelsvas skystis. Jo virimo temperatūra yra 180 °C.
Kaip vadinasi pelkių dujos, visiškai pakeistos halogenais? Tai anglies tetrachloridas. Jį 1839 m. atrado prancūzų chemikas Henri Regnault. Tai skystis, turintis būdingą aštrų kvapą. Jis turi anestezinį poveikį. Kita panaši medžiagaanglies tetrabromidas. Jis išgaunamas iš jūros augalų pelenų.
Pavojus sveikatai
Pats pelkių metanas yra fiziologiškai nekenksmingas. Jis priklauso netoksiškiems parafininiams angliavandeniliams. Šiai medžiagų grupei būdingas cheminis inertiškumas ir blogas tirpumas kraujo plazmoje. Oras, kuriame yra didelė pelkių dujų koncentracija, gali nužudyti žmogų tik tuo atveju, jei jam trūksta deguonies.
Pirmieji uždusimo (asfiksijos) požymiai atsiranda, kai metano kiekis yra nuo 30 proc. Tokiu atveju padidėja kvėpavimo tūris, padažnėja pulsas, sutrinka raumenų judesių koordinacija. Tačiau tokių atvejų tikimybė itin maža. Faktas yra tas, kad metanas yra lengvesnis už orą, todėl jis nesikaupia per daug.
Tuo pačiu metu mokslininkai pelkių dujų poveikį žmogaus psichikai prilygina dietilo eterio poveikiui. Panašų poveikį galima prilyginti narkotinei medžiagai. Žmonėms, kurie ilgą laiką dirbo kasyklose, kuriose yra didelė metano koncentracija, galima atsekti autonominės nervų sistemos pakitimus (hipotenziją, teigiamą akies refleksą ir kt.).
