ก๊าซที่ปล่อยออกมาจากก้นบ่อเป็นก๊าซหนองที่มีกลิ่นไม่พึงประสงค์ (ชื่อทั่วไปอีกชื่อหนึ่งคือมีเทน) ในทางวิทยาศาสตร์ มันคือฟอร์มีนหรือเมทิลไฮโดรเจน ส่วนใหญ่ประกอบด้วยมีเทน (CH4) นอกจากนี้ยังอาจมีไนโตรเจน อาร์กอน ไฮโดรเจน ฟอสฟีน และคาร์บอนไดออกไซด์
คุณสมบัติหลัก
องค์ประกอบมาตรฐาน สูตรเคมีของก๊าซบึง ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นชัดเจนว่ามันเป็นของสารประกอบคาร์บอนที่ง่ายที่สุด ส่วนประกอบอื่นๆ ถูกจัดกลุ่มรอบองค์ประกอบนี้ ก๊าซในบึงพบได้ในธรรมชาติในสภาวะอิสระโดยผสมกับคาร์บอนไดออกไซด์หรือไนโตรเจน เป็นผลมาจากการสลายตัวของอินทรียวัตถุ ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้เป็นพืชที่อยู่ใต้น้ำและขาดอากาศ
เหมืองถ่านหินเป็นอีกสถานที่หนึ่งที่เกิดก๊าซหนองที่ติดไฟได้ มันสะสมอยู่ในหินหลังจากการสลายตัวของสารอินทรีย์ตกค้าง ช่องว่างจำนวนมากมีส่วนทำให้เกิดสิ่งนี้ ก๊าซดังกล่าวจะหลบหนีเมื่อเกิดรูโดยไม่ได้ตั้งใจ
สถานศึกษา
ทั้งๆ ที่ชื่อค่อนข้างชัดเจน ก๊าซบึง (หรือมากกว่านั้นมีเทน) ก็ถูกปล่อยออกมาจากดินแตกร้าวใกล้แหล่งน้ำมัน กรณีดังกล่าวครั้งแรกถูกบันทึกไว้ในสหรัฐอเมริกาบนฝั่งของแม่น้ำอัลเลเฮนีเช่นเดียวกับในรัสเซียในภูมิภาคแคสเปียน ในบากูด้วยเหตุนี้จึงมีตำนานเกี่ยวกับไฟบากูลึกลับมาตั้งแต่สมัยโบราณ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติกลับกลายเป็นว่าผสมกับคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และไอน้ำมัน ก๊าซหนองน้ำ
ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีการขุด ผู้คนได้เรียนรู้วิธีใช้ก๊าซมีเทนที่ปล่อยออกมา โรงงานดังกล่าวแห่งแรกปรากฏในเพนซิลเวเนีย ก๊าซหนองมีลักษณะโดยเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องสามารถพบได้ในหนองน้ำหรือบ่อน้ำ บ่อยครั้งเพียงแค่แตะตะกอนด้วยแท่งไม้ก็เพียงพอแล้ว หลังจากนั้นฟองแก๊สจะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ
ฐานก๊าซหนองบึง
แบคทีเรียช่วยสร้างองค์ประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ (มีเทน) ด้วยเหตุนี้การหมักเส้นใยพืชจึงทำให้เกิดก๊าซมีเทน เชื่อกันว่ามีเทนบริสุทธิ์ที่สุดเป็นลักษณะเฉพาะของภูเขาไฟโคลนของคาบสมุทรอัปเชอรอนและเคิร์ช
นอกจากนี้ยังพบในแหล่งเกลือ สปริง และฟูมาโรล - รูและรอยแตกที่เชิงภูเขาไฟ มีเทนมีอยู่ในลำไส้ของมนุษย์ ประกอบด้วยผลิตภัณฑ์หายใจออกของสัตว์บางชนิด หนึ่งในหลักฐานที่เป็นลายลักษณ์อักษรครั้งแรกของสารนี้ถือได้ว่าเป็นงานเขียนของนักเขียนโบราณ Pliny ซึ่งกล่าวถึงสารประกอบที่ติดไฟได้ของก๊าซ
ระเบิด
ก๊าซหนองบึงส่วนใหญ่ขึ้นชื่อเรื่องคุณสมบัติการทำลายล้าง เมื่อจุดไฟในส่วนผสมของอากาศจะทำให้เกิดการระเบิด เหตุผลก็คือคุณสมบัติของมีเทน การระเบิดของก๊าซในบึงและสารประกอบที่คล้ายกันเป็นเวลานานทำให้ผู้คนหวาดกลัวว่าเกิดอะไรขึ้นกับความเชื่อโชคลาง สาเหตุของความผิดปกตินั้นชัดเจนหลังจากการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้เท่านั้น
ก๊าซมีเทน มีเทน และสารประกอบระเบิดอื่นๆ กระตุ้นให้ผู้คนประดิษฐ์ตะเกียง Davy เริ่มใช้ทั้งในหนองน้ำและในเหมืองถ่านหิน ในหลอดไฟนี้ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ถูกกำจัดออกโดยใช้ตะแกรงพิเศษ ซึ่งไม่รวมความเป็นไปได้ที่จะจุดไฟของส่วนผสมของก๊าซที่ติดไฟได้
ประวัติการค้นพบ
นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Allesandro Volta มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการศึกษาก๊าซมีเทน (มีเทน) ในปี ค.ศ. 1776 เขาได้พิสูจน์ว่าสารนี้แตกต่างจากไฮโดรเจน เนื่องจากต้องใช้ออกซิเจนเป็นสองเท่าในการเผาผลาญ นอกจากนี้ Volta เองเป็นผู้กำหนดว่าก๊าซหนองบึงเป็นแหล่งของกรดคาร์บอนิก
ชาวอิตาลีค้นพบก๊าซมีเทนที่ชายแดนสวิตเซอร์แลนด์และอิตาลีใกล้กับทะเลสาบมัจจอเร แรงบันดาลใจสำหรับนักวิทยาศาสตร์คือบทความของนักวิทยาศาสตร์และนักการเมืองชาวอเมริกัน เบนจามิน แฟรงคลิน เกี่ยวกับปรากฏการณ์ "อากาศที่ติดไฟได้" โวลตาเป็นคนแรกที่ได้รับก๊าซมีเทนจากการรวบรวมก๊าซที่ปล่อยออกมาจากหนองน้ำ
วิจัยต่อ
นักวิจัยที่สำคัญอื่นๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ได้แก่ นักเคมีชาวฝรั่งเศส Claude Berthollet และนักเคมีชาวอังกฤษ William Henry สุดท้ายในปี ค.ศ. 1805 ได้กำหนดองค์ประกอบของก๊าซหนองและแยกความแตกต่างจากเอทิลีน (soเรียกว่าน้ำมันแก๊ส)
ความลับของวัตถุระเบิดถูกซ่อนอยู่ในองค์ประกอบหลัก - มีเทน มันถูกกำหนดให้เป็นก๊าซไฮโดรคาร์บอนเบา (ตรงข้ามกับเอทิลีนก๊าซไฮโดรคาร์บอนหนัก) เมื่อเวลาผ่านไปมีการกำหนดคำศัพท์อื่น - เมทิลไฮโดรเจน การวิจัยของ Henry ดำเนินต่อไปโดย John D alton และ Jens Jakob Berzelius
ในปี 1813 นักเคมีและนักธรณีวิทยาชาวอังกฤษ Humphrey Davy วิเคราะห์ firedamp และสรุปว่าสารนี้เป็นส่วนผสมของมีเทน คาร์บอนิกแอนไฮไดรด์ และไนโตรเจน ดังนั้นจึงได้รับการพิสูจน์แล้วว่าส่วนผสมที่ติดไฟได้ซึ่งปล่อยออกมาในเหมืองนั้นเหมือนกับส่วนผสมที่คล้ายคลึงกันในหนองน้ำ
ผลกระทบต่อระบบนิเวศ
ลักษณะของก๊าซหนองบึง มีเทนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง ประการแรก นี่คือการกลั่นอินทรียวัตถุแบบแห้ง (เช่น พีทหรือไม้) มีเทนบริสุทธิ์ทางเคมีได้มาจากการสลายตัวของซิงค์เมทิลกับน้ำ (ผลิตสังกะสีออกไซด์) วันนี้สารนี้ดึงดูดความสนใจของนักสิ่งแวดล้อมหลายคนเนื่องจากการมีส่วนร่วมในการก่อตัวของภาวะเรือนกระจก นี่เป็นเพราะการสะสมของมีเทนในชั้นบรรยากาศของโลก ก๊าซหนองน้ำดูดซับรังสีความร้อนในบริเวณอินฟราเรดของสเปกตรัม ในพารามิเตอร์นี้ เป็นรองเพียงคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์เท่านั้น นักนิเวศวิทยาประเมินการมีส่วนร่วมของก๊าซมีเทนในการเพิ่มประสิทธิภาพของปรากฏการณ์เรือนกระจกที่ประมาณ 30%
คุณสมบัติ องค์ประกอบ สูตรทางเคมีของก๊าซในบึงกำลังมีการศึกษาในวันนี้ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาอิทธิพลที่มีต่อบรรยากาศของโลกของเรา ในปริมาณธรรมชาติที่ธรรมชาติสร้างเองนั้นไม่ใช่อันตรายที่เป็นสาเหตุของภาวะเรือนกระจก อย่างไรก็ตาม ปัญหาคือมีเธนจำนวนมหาศาลไหลเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจากความผิดของตัวคนเอง ก๊าซแอนะล็อกแบบอะนาล็อกผลิตขึ้นในสถานประกอบการต่างๆ นี่คือก๊าซมีเทนที่เรียกว่า abiogenic ที่เกิดขึ้นในหนองน้ำถือเป็นชีวภาพ - ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของสารอินทรีย์
เมทาโนเจเนซิส
การสังเคราะห์มีเทน (และด้วยเหตุนี้การเกิดก๊าซหนอง) เรียกอีกอย่างว่าเมทาโนเจเนซิส แบคทีเรีย Archaeal มีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ พวกมันเป็นแอโรบิกนั่นคือสามารถรับพลังงานตลอดชีวิตโดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน อาร์เคียไม่มีออร์แกเนลล์ที่เป็นพังผืดและนิวเคลียส
แบคทีเรียสร้างก๊าซมีเทนโดยการลดสารประกอบหนึ่งคาร์บอนด้วยคาร์บอนแอลกอฮอล์และสารประกอบหนึ่งคาร์บอน อีกวิธีหนึ่งคือการไม่สมส่วนของอะซิเตท พลังงานที่ผลิตโดยแบคทีเรียจะถูกเปลี่ยนโดยเอ็นไซม์ ATP synthase โมเลกุลที่หลากหลายเกี่ยวข้องกับการสร้างเมทาโนเจเนซิส: โคเอ็นไซม์ เมทาโนฟูแรน เตตระไฮโดรเมทานอปเทอริน เป็นต้น
เมทาโนเจน
วิทยาศาสตร์รู้ 17 จำพวกและ 50 ชนิดของ archaea ที่สามารถสร้างพื้นฐานของก๊าซหนองน้ำได้ พวกมันก่อตัวเป็นอาณานิคมหลายเซลล์ดั้งเดิม จีโนมที่มีการศึกษามากที่สุดของอาร์เคียคือ Methanosrcina acetivorans พวกมันเปลี่ยนคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นอะซิเตทและมีเทนโดยใช้เอ็นไซม์อะซิเตทไคเนสและฟอสโฟทรานส์อะเซทิเลส นอกจากนี้ยังมีทฤษฎีที่ว่าอาร์เคียเหล่านี้ในสมัยโบราณสามารถแปลงเป็นไธโออีเธอร์ได้หากว่ามีค่าสูงความเข้มข้นของเหล็กซัลไฟด์
สาเหตุของไฟป่า
การปล่อยก๊าซและความเข้มข้นที่เพียงพอ ก๊าซหนองบึงที่จุดไฟ อาจทำให้เกิดพรุธรรมชาติขนาดใหญ่และไฟป่าได้ ทุกวันนี้ การต่อสู้กับปรากฏการณ์ดังกล่าวมีความซับซ้อน บริการพิเศษดำเนินการตรวจสอบก๊าซในพื้นที่แอ่งน้ำมากที่สุด พวกเขามีหน้าที่รับผิดชอบในการป้องกันและควบคุมเชิงปริมาณของอัตราส่วนของส่วนประกอบของก๊าซที่อาจเป็นอันตราย
ตัวอย่างเช่น แอ่งน้ำที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งในภูมิภาคมอสโกคือเขต Shatursky ตะวันออก ในอ่างเก็บน้ำมีปลามากมาย (ไม้กางเขน, คอน, ปลาบู่, ปลาคาร์ป, หอก, ปลาคาร์พ), นิวท์, กบ, งู, มัสค์แรต, นก (นกกระสา, ขม, ลุย, เป็ด) กระดูกของสัตว์เหล่านี้ทั้งหมดมีฟอสฟอรัส มันถูกแปรรูปโดยแบคทีเรียหลังจากนั้นก็มีสารอื่นอีกหลายตัวปรากฏขึ้น เหล่านี้คือไดฟอสฟีนและฟอสฟีน พวกเขาเป็นผู้ริเริ่มหลักของปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง ไฟที่เริ่มต้นในลักษณะนี้เป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรง จากไฟในหนองน้ำไม่เพียง แต่ในป่าเท่านั้น แต่ยังมีการเผาพรุพรุด้วย ไฟสามารถลามลึกเข้าไปได้ พื้นที่พรุดังกล่าวสามารถเผาไหม้เป็นเวลาหลายปี
ประมาณสองในสามของหนองน้ำทั้งหมดในโลกกระจุกตัวอยู่ในรัสเซีย พบได้ในตอนกลางของส่วนยุโรปของประเทศไซบีเรียตะวันตกและคัมชัตกา พื้นที่หนองน้ำทั้งหมดในรัสเซียมีพื้นที่ประมาณ 340 ล้านเฮกตาร์ โดย 210 แห่งถูกปกคลุมด้วยป่าไม้ ก๊าซส่วนใหญ่ผลิตขึ้นในฤดูร้อน ในช่วงเวลาดังกล่าว สามารถปล่อยก๊าซมีเทนได้ประมาณสองกิโลกรัมครึ่งต่อวันบนพื้นที่หนึ่งเฮกตาร์
ปฏิกิริยากับออกซิเจนและคลอรีน
ก๊าซธรรมชาติบึงซึ่งมีสูตรทางเคมีคือ CH4 เผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีซีดจางๆ การระเบิดที่รุนแรงที่สุดเกิดขึ้นเมื่อจุดไฟในส่วนผสมที่ประกอบด้วยอากาศ 7-8 ปริมาตรและออกซิเจน 2 ปริมาตร แก๊สละลายได้เล็กน้อยในน้ำ (ต่างจากแอลกอฮอล์) ทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนเท่านั้น
เมื่อทำปฏิกิริยากับคลอรีน ก๊าซหนองบึงจะก่อตัวเป็นเมทิลคลอไรด์ CH3Cl. สารนี้ได้รับในห้องปฏิบัติการ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ก๊าซไฮโดรคลอริกจะถูกส่งไปยังสารละลายเดือดของเมทิลแอลกอฮอล์และซิงค์คลอไรด์ที่หลอมเหลว ผลที่ได้คือก๊าซไม่มีสีซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยกลิ่นอันน่ารื่นรมย์และมีรสหวาน ภายใต้แรงกดดันหรือความเย็นจัด มันจะข้นเป็นของเหลว
การใช้และปฏิกิริยากับฮาโลเจน
มีเทน (ก๊าซในหนอง) สูตรและการใช้เชื้อเพลิงที่ได้รับการศึกษาในหลักสูตรของโรงเรียน โต้ตอบอย่างแข็งขันกับฮาโลเจน อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยสารเหล่านี้ สารประกอบต่อไปนี้จะเกิดขึ้น: โบรไมด์ คลอไรด์ ฟลูออไรด์ และเมทิลีนฟลูออไรด์ คนสุดท้ายได้รับครั้งแรกโดยนักเคมีชาวรัสเซีย Alexander Butlerov เมทิลีนไอโอไดด์เป็นของเหลวสีเหลืองที่มีการหักเหของแสงสูง จุดเดือดคือ 180 °C
ก๊าซหนองน้ำชื่ออะไร แทนที่ด้วยฮาโลเจนทั้งหมด? นี่คือคาร์บอนเตตระคลอไรด์ มันถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส Henri Regnault ในปี 1839 เป็นของเหลวที่มีกลิ่นเผ็ดเฉพาะตัว มันมีผลดมยาสลบ สารที่คล้ายกันอีกชนิดหนึ่งคาร์บอนเตตระโบรไมด์ สกัดจากขี้เถ้าของพืชทะเล
อันตรายต่อสุขภาพ
หนองบึงมีเทนเองไม่มีอันตรายทางสรีรวิทยา มันเป็นของพาราฟินไฮโดรคาร์บอนที่ไม่เป็นพิษ สารกลุ่มนี้มีลักษณะเฉื่อยทางเคมีและความสามารถในการละลายในเลือดต่ำ อากาศที่มีก๊าซหนองบึงเข้มข้นสามารถฆ่าคนได้หากขาดออกซิเจน
สัญญาณเริ่มต้นของการหายใจไม่ออก (ภาวะขาดอากาศหายใจ) ปรากฏขึ้นเมื่อมีก๊าซมีเทนจาก 30% ในกรณีนี้ปริมาณการหายใจเพิ่มขึ้นชีพจรเร็วขึ้นการประสานงานของการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อถูกรบกวน แต่โอกาสของกรณีดังกล่าวมีน้อยมาก ความจริงก็คือมีเทนเบากว่าอากาศ ซึ่งทำให้ไม่สามารถสะสมในสัดส่วนที่มากเกินไป
ในขณะเดียวกัน นักวิจัยก็เปรียบเสมือนผลกระทบของก๊าซหนองในจิตใจของมนุษย์กับผลของไดเอทิลอีเทอร์ ผลกระทบที่คล้ายคลึงกันสามารถเทียบได้กับยาเสพติด ในผู้ที่เคยทำงานในเหมืองที่มีก๊าซมีเทนความเข้มข้นสูงมาเป็นเวลานาน จะสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของระบบประสาทอัตโนมัติ (ความดันเลือดต่ำ การสะท้อนของดวงตาเป็นบวก เป็นต้น) ได้