Plyn vypouštěný ze dna nádrží je bahenní plyn s nepříjemným zápachem (další obecný název je metan). Z vědeckého hlediska je to forman neboli methyl vodík. Většina z nich se skládá z metanu (CH4). Může také obsahovat dusík, argon, vodík, fosfin a oxid uhličitý.
Klíčové funkce
Standardní složení, chemický vzorec bažinatého plynu – to vše jasně dokazuje jeho příslušnost k nejjednodušším uhlíkatým sloučeninám. Kolem tohoto prvku jsou seskupeny další komponenty. Bažinový plyn se v přírodě nachází ve volném stavu jako směs s oxidem uhličitým nebo dusíkem. Vzniká rozkladem organické hmoty. Zpravidla se jedná o rostliny, které jsou pod vodou a nemají přístup ke vzduchu.
Uhelné doly jsou dalším místem, kde se tvoří hořlavý bažinový plyn. Po rozkladu organických zbytků se hromadí mezi horninami. Přispívají k tomu četné prázdnoty. Takové plyny unikají, když se náhodně objeví díra.
Místa vzdělávání
Navzdory svému dosti jednoznačnému názvu se bahenní plyn (nebo spíše metan) uvolňuje také zzemské trhliny v blízkosti ropných polí. První takové případy byly zaznamenány ve Spojených státech amerických na březích řeky Allegheny a také v Rusku v oblasti Kaspického moře. V Baku se z tohoto důvodu od pradávna traduje legenda o tajemných bakuských požárech. Ukázalo se, že přírodní jev je smíchán s oxidem uhličitým, dusíkem a ropnými parami, bažinatým plynem.
S rozvojem průmyslu a těžební technologie se lidé naučili, jak využít uvolněný metan. První taková rostlina se objevila v Pensylvánii. Bažinový plyn se vyznačuje tím, že se tvoří nepřetržitě, lze jej nalézt v každé bažině nebo rybníce. Často se stačí jen dotknout bahna klackem. Poté plynové bubliny vyplavou na hladinu.
Swamp gas base
Bakterie pomáhají tvořit hlavní složku zemního plynu (metan). Kvůli nim začíná fermentace rostlinné vlákniny, která přispívá ke vzniku metanu. Předpokládá se, že nejčistší metan je charakteristický pro bahenní sopky na poloostrově Apsheron a Kerč.
Kromě toho se vyskytuje v solných ložiscích, pramenech a fumarolách – dírách a puklinách nacházejících se na úpatí sopek. Metan je přítomen v lidském střevě. Obsahuje exhalační produkty některých zvířat. Za jeden z prvních písemných důkazů této látky lze považovat spisy starověkého spisovatele Plinia, který se zmínil o plynných hořlavých sloučeninách.
Výbušnost
Většinou ze všeho bažinový plynznámý pro své destruktivní vlastnosti. Při zapálení ve směsi se vzduchem způsobí výbuch. Důvodem jsou vlastnosti metanu. Výbuch bahenního plynu a podobných sloučenin po dlouhou dobu děsil lidi, kteří vysvětlovali, co se děje, pověrami. Důvody anomálie byly jasné až po vědeckém studiu tohoto jevu.
Bažinový plyn, metan a další výbušné sloučeniny přiměly lidi k vynalezení Davyho lampy. Začal se používat jak v bažinách, tak v uhelných dolech. V této lampě byly zplodiny hoření odstraněny pomocí speciální mřížky, díky čemuž byla vyloučena možnost vznícení směsi hořlavých plynů.
Historie objevů
Italský vědec Allesandro Volta významně přispěl ke studiu bažinového plynu (methanu). V roce 1776 dokázal, že tato látka se liší od vodíku, protože ke spálení potřebuje dvakrát více kyslíku. Navíc to byl Volta, kdo určil, že bažinový plyn je zdrojem kyseliny uhličité.
Ital objevil metan na hranici Švýcarska a Itálie poblíž jezera Maggiore. Inspirací pro vědce byl článek amerického vědce a politika Benjamina Franklina o fenoménu „hořlavého vzduchu“. Volta jako první získala metan sběrem plynu vypouštěného z bažiny.
Výzkum pokračuje
Dalšími významnými badateli přírodního jevu byli francouzský chemik Claude Berthollet a britský chemik William Henry. Poslední z nich v roce 1805 určil složení bažinového plynu a odlišil jej od etylenu (tj.nazývaný ropný plyn).
Tajemství výbušniny bylo ukryto v její hlavní složce – metanu. Byl definován jako lehký uhlovodíkový plyn (na rozdíl od těžkého uhlovodíkového plynu ethylenu). Postupem času se ustálil další termín – methyl vodík. V Henryho výzkumu pokračovali John D alton a Jens Jakob Berzelius.
V roce 1813 anglický chemik a geolog Humphrey Davy analyzoval výpalky a dospěl k závěru, že tato látka je směsí metanu, anhydridu kyseliny uhličité a dusíku. Bylo tedy prokázáno, že hořlavá směs uvolněná v dolech je totožná s podobnou směsí v bažinách.
Ekologický dopad
Methan, který je charakteristický pro bažinový plyn, vzniká při určitých chemických reakcích. Především se jedná o suchou destilaci organické hmoty (například rašeliny nebo dřeva). Chemicky čistý metan se získává rozkladem methylu zinečnatého vodou (vyrábí se oxid zinečnatý). Dnes tato látka přitahuje pozornost mnoha ekologů, protože se podílí na vzniku skleníkového efektu. To je způsobeno akumulací metanu v zemské atmosféře. Bažinový plyn absorbuje tepelné záření v infračervené oblasti spektra. V tomto parametru je na druhém místě za čistým oxidem uhličitým. Ekologové odhadují příspěvek metanu ke zvýšení skleníkového efektu asi na 30 %.
Vlastnosti, složení, chemický vzorec bahenního plynu jsou dnes studovány jako součást studia jeho vlivu na atmosféru naší planety. V přirozených množstvích produkovaných samotnou přírodou tomu tak nebylonebezpečné jako příčina skleníkového efektu. Problém je však v tom, že obrovské množství metanu se do atmosféry dostává vinou samotných lidí. V různých podnicích se vyrábí analog bažinového plynu. Jedná se o tzv. abiogenní metan. Ten, který se vyskytuje v bažinách, je považován za biogenní – tedy vzniklý přeměnou organické hmoty.
Methanogeneze
Biosyntéza metanu (a tedy i výskyt bažinového plynu) se také nazývá metanogeneze. Na tomto procesu se podílejí archaální bakterie. Jsou aerobní, to znamená, že dokážou získat energii pro život bez kyslíku. Archaea nemají membránové organely a jádro.
Bakterie vytvářejí metan redukcí jednouhlíkových sloučenin uhlíkovými alkoholy a jednouhlíkovými sloučeninami. Dalším způsobem je disproporcionace acetátu. Energie produkovaná bakteriemi je transformována enzymy ATP syntázy. Na metanogenezi se podílí řada molekul: koenzymy, metanofuran, tetrahydromethanopterin atd.
Methanogeny
Věda zná 17 rodů a 50 druhů archaea schopných generovat základ bažinového plynu. Tvoří primitivní mnohobuněčné kolonie. Nejvíce studovaným genomem takové archaea je Methanosarcina acetivorans. Přeměňují oxid uhelnatý na acetáty a metan pomocí enzymů acetátkinázy a fosfotransacetylázy. Existuje také teorie, že se tyto archaea v dávných dobách mohly přeměnit na thioether, za předpokladu, že tam byl vysokýkoncentrace sulfidu železa.
Příčina lesních požárů
Při dostatečných emisích a koncentraci může vznícení bažinového plynu způsobit velký přírodní rašelinový a lesní požár. Dnes existuje celý komplex boje proti takovým jevům. Speciální služby provádějí monitorování plynu v nejvíce bažinatých oblastech. Jsou zodpovědní za prevenci a kvantitativní kontrolu poměru složek potenciálně nebezpečného plynu.
Například jedním z nejvíce bažinatých v Moskevské oblasti je východní okres Shatursky. V jeho nádržích se vyskytuje množství ryb (karasi, okouni, gobie, kapři, štiky, kapři), čolci, žáby, hadi, ondatra, ptáci (volavky, bukači, brodiví, kachny). Kosti všech těchto zvířat obsahují fosfor. Je zpracováván bakteriemi, po kterých se objevuje několik dalších látek. Jsou to difosfin a fosfin. Jsou hlavními iniciátory řetězové reakce samovznícení. Takto vzniklé požáry jsou vážným ekologickým problémem. Z požárů v bažinách hoří nejen lesy, ale i rašeliniště. Oheň se může rozšířit hluboko do nich. Taková rašeliniště mohou hořet roky.
Asi dvě třetiny všech bažin na světě jsou soustředěny v Rusku. Nacházejí se ve středu evropské části země, na západní Sibiři a na Kamčatce. Celková plocha bažin v Rusku je asi 340 milionů hektarů, z nichž 210 je pokryto lesním porostem. Většina plynu se vyrábí v létě. Během takového období se na ploše jednoho hektaru může denně uvolnit asi dva a půl kilogramu metanu.
Interakce s kyslíkem a chlórem
Přírodní bahenní plyn, jehož chemický vzorec je CH4, hoří sotva žhnoucím bledým plamenem. Nejsilnější výbuch s ním nastává při zapálení ve směsi obsahující 7-8 objemů vzduchu a 2 objemy kyslíku. Plyn je mírně rozpustný ve vodě (na rozdíl od alkoholu). Reaguje pouze s halogeny.
Při interakci s chlórem tvoří bažinový plyn methylchlorid CH3Cl. Tato látka se získává v laboratoři. K tomu se plynný chlorovodík zavádí do vroucího roztoku methylalkoholu a roztaveného chloridu zinečnatého. Výsledkem je bezbarvý plyn vyznačující se příjemným éterickým zápachem s nasládlou chutí. Pod silným tlakem nebo chlazením zhoustne na kapalinu.
Použití a reakce s halogeny
Methan (bahenní plyn), jehož vzorec a použití jako paliva je studováno ve školních osnovách, aktivně interaguje s halogeny. V důsledku substitučních reakcí s těmito látkami vznikají následující sloučeniny: bromid, chlorid, fluorid a methylenfluorid. Poslední z nich jako první získal ruský chemik Alexander Butlerov. Methylenjodid je vysoce refrakční nažloutlá kapalina. Jeho bod varu je 180 °C.
Jak se nazývá bažinový plyn, zcela nahrazený halogeny? Toto je chlorid uhličitý. Objevil jej francouzský chemik Henri Regnault v roce 1839. Je to kapalina s charakteristickým kořeněným zápachem. Má anestetický účinek. Další podobná látkatetrabrommetanu. Získává se z popela mořských rostlin.
Zdravotní riziko
Samotný metan z bažin je fyziologicky neškodný. Patří mezi netoxické parafinické uhlovodíky. Tato skupina látek se vyznačuje chemickou inertností a špatnou rozpustností v krevní plazmě. Vzduch s vysokou koncentrací bažinového plynu může zabít člověka pouze v případě, že mu chybí kyslík.
Počáteční známky dušení (asfyxie) se objevují, když je obsah metanu od 30%. V tomto případě se zvyšuje objem dýchání, zrychluje se puls, je narušena koordinace svalových pohybů. Ale pravděpodobnost takových případů je extrémně malá. Faktem je, že metan je lehčí než vzduch, což zabraňuje jeho hromadění v nadměrných proporcích.
Ve stejné době výzkumníci přirovnávají účinek bažinového plynu na lidskou psychiku k účinku diethyletheru. Podobný účinek lze přirovnat k narkotiku. U lidí, kteří dlouhodobě pracovali v dolech s vysokou koncentrací metanu, lze vysledovat změny v autonomním nervovém systému (hypotenze, pozitivní okulokardiální reflex atd.).
