Ջրամբարների հատակից արտանետվող գազը տհաճ հոտով ճահճային գազ է (մեկ այլ ընդհանրացված անվանումը՝ մեթան): Գիտականորեն դա ֆորմեն է կամ մեթիլ ջրածինը: Դրա մեծ մասը բաղկացած է մեթանից (CH4): Այն կարող է նաև պարունակել ազոտ, արգոն, ջրածին, ֆոսֆին և ածխաթթու գազ։
Հիմնական հատկանիշներ
Ստանդարտ բաղադրություն, ճահճային գազի քիմիական բանաձև - այս ամենը հստակ ցույց է տալիս նրա պատկանելությունը ամենապարզ ածխածնային միացություններին: Այլ բաղադրիչները խմբավորված են այս տարրի շուրջ: Ճահճային գազը բնության մեջ հանդիպում է ազատ վիճակում՝ որպես ածխածնի երկօքսիդի կամ ազոտի խառնուրդ։ Այն առաջանում է օրգանական նյութերի քայքայման արդյունքում։ Որպես կանոն, դրանք բույսեր են, որոնք ջրի տակ են և զրկված են օդի հասանելիությունից։
Ածխի հանքերը ևս մեկ տեղ են, որտեղ ձևավորվում է այրվող ճահճային գազ: Այն կուտակվում է ապարների մեջ օրգանական մնացորդների քայքայվելուց հետո։ Դրան նպաստում են բազմաթիվ դատարկություններ։ Նման գազերը դուրս են գալիս, երբ պատահական անցք է հայտնվում:
Ուսուցման վայրեր
Չնայած իր բավականին միանշանակ անվանմանը, ճահճային գազը (ավելի ճիշտ՝ մեթան) նույնպես արտանետվում է.երկիրը ճաքեր է ունենում նավթի հանքերի մոտ. Առաջին նման դեպքերը գրանցվել են Ամերիկայի Միացյալ Նահանգներում՝ Ալլեգենի գետի ափին, ինչպես նաև Ռուսաստանում՝ Կասպից ծովում։ Բաքվում, այդ իսկ պատճառով, հին ժամանակներից լեգենդ է եղել Բաքվի առեղծվածային հրդեհների մասին։ Պարզվեց, որ բնական երևույթը խառնված է ածխաթթու գազի, ազոտի և նավթի գոլորշիների, ճահճային գազի հետ։
Արդյունաբերության և հանքարդյունաբերության տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ մարդիկ սովորեցին, թե ինչպես օգտագործել արտազատվող մեթանը: Առաջին նման բույսը հայտնվել է Փենսիլվանիայում։ Ճահճային գազը բնութագրվում է նրանով, որ այն գոյանում է շարունակաբար, այն կարելի է գտնել ցանկացած ճահիճում կամ լճակում։ Հաճախ բավական է միայն փայտով դիպչել տիղմին։ Դրանից հետո գազի փուչիկները լողում են դեպի ջրի մակերես։
Ճահճային գազային բազա
Բակտերիաները օգնում են ձևավորել բնական գազի հիմնական բաղադրիչը (մեթանը): Դրանց պատճառով սկսվում է բուսական մանրաթելի խմորումը՝ նպաստելով մեթանի առաջացմանը։ Ենթադրվում է, որ ամենամաքուր մեթանը բնորոշ է Ապշերոնի և Կերչի թերակղզիների ցեխային հրաբուխներին:
Բացի այդ, այն հանդիպում է աղի հանքավայրերում, աղբյուրներում և ֆումարոլներում՝ անցքերում և ճեղքերում, որոնք տեղակայված են հրաբուխների ստորոտում։ Մեթանը առկա է մարդու աղիքներում։ Այն պարունակում է որոշ կենդանիների արտաշնչման արտադրանք: Այս նյութի մասին առաջին գրավոր ապացույցներից մեկը կարելի է համարել հին գրող Պլինիոսի գրությունները, ով նշել է գազային այրվող միացությունները:
պայթուցիկություն
Ամենից շատ ճահճային գազհայտնի է իր կործանարար հատկություններով: Օդի հետ խառնուրդի մեջ բռնկվելիս այն պայթյուն է առաջացնում։ Դրա պատճառը մեթանի հատկություններն են։ Ճահճային գազի և նմանատիպ միացությունների պայթյունը երկար ժամանակ սարսափեցնում էր մարդկանց, ովքեր բացատրում էին, թե ինչ է կատարվում սնահավատությամբ։ Անոմալիայի պատճառները պարզ են դարձել միայն այս երեւույթի գիտական ուսումնասիրությունից հետո։
Մարշ գազը, մեթանը և այլ պայթուցիկ միացությունները մարդկանց դրդեցին հորինել Դեյվի լամպը: Այն սկսեց օգտագործել ինչպես ճահիճներում, այնպես էլ ածխահանքերում։ Այս լամպում այրման արտադրանքը հեռացվել է հատուկ ցանցի միջոցով, որի շնորհիվ բացառվել է այրվող գազային խառնուրդի բռնկման հնարավորությունը։
Հայտնաբերման պատմություն
Իտալացի գիտնական Ալեսանդրո Վոլտան մեծ ներդրում է ունեցել ճահճային գազի (մեթանի) ուսումնասիրության մեջ։ 1776 թվականին նա ապացուցեց, որ այս նյութը տարբերվում է ջրածնից, քանի որ այն այրելու համար երկու անգամ ավելի շատ թթվածին է պահանջում։ Բացի այդ, հենց Վոլտան է որոշել, որ ճահճային գազը ածխաթթվի աղբյուր է։
Իտալացին մեթան է հայտնաբերել Շվեյցարիայի և Իտալիայի սահմանին Մաջորե լճի մոտ։ Գիտնականի համար ոգեշնչվել է ամերիկացի գիտնական և քաղաքական գործիչ Բենջամին Ֆրանկլինի հոդվածը «այրվող օդի» ֆենոմենի մասին։ Վոլտան առաջինն էր, ով մեթան ստացավ՝ հավաքելով ճահիճից արտանետվող գազը։
Հետազոտությունը շարունակվում է
Բնական երևույթի մյուս կարևոր հետազոտողներն էին ֆրանսիացի քիմիկոս Կլոդ Բերտոլեն և բրիտանացի քիմիկոս Ուիլյամ Հենրին։ Դրանցից վերջինը՝ 1805 թվականին, որոշեց ճահճային գազի բաղադրությունը և այն առանձնացրեց էթիլենից (այսպես.կոչվում է նավթային գազ).
Պայթուցիկի գաղտնիքը թաքնված էր դրա հիմնական բաղադրիչի՝ մեթանի մեջ։ Այն սահմանվել է որպես թեթև ածխաջրածնային գազ (ի տարբերություն ծանր ածխաջրածին գազի էթիլենի): Ժամանակի ընթացքում հաստատվեց մեկ այլ տերմին՝ մեթիլ ջրածին։ Հենրիի հետազոտությունները շարունակեցին Ջոն Դալթոնը և Յենս Յակոբ Բերզելիուսը:
1813 թվականին անգլիացի քիմիկոս և երկրաբան Համֆրի Դեյվին վերլուծեց կրակի խոնավությունը և եզրակացրեց, որ այս նյութը մեթանի, ածխածնի անհիդրիդի և ազոտի խառնուրդ է: Այսպիսով, ապացուցվեց, որ հանքերում արձակված այրվող խառնուրդը նույնական է ճահիճներում գտնվող նմանատիպ խառնուրդին։
Էկոլոգիական ազդեցություն
Ճահճային գազին բնորոշ մեթանը առաջանում է որոշակի քիմիական ռեակցիաներից։ Սա առաջին հերթին օրգանական նյութերի (օրինակ՝ տորֆի կամ փայտի) չոր թորումն է։ Քիմիապես մաքուր մեթանը ստացվում է ցինկի մեթիլը ջրով քայքայելով (առաջանում է ցինկի օքսիդ)։ Այսօր այս նյութը գրավում է բազմաթիվ բնապահպանների ուշադրությունը ջերմոցային էֆեկտի առաջացմանը մասնակցության պատճառով։ Դա պայմանավորված է Երկրի մթնոլորտում մեթանի կուտակմամբ։ Ճահճային գազը կլանում է ջերմային ճառագայթումը սպեկտրի ինֆրակարմիր շրջանում: Այս պարամետրով այն զիջում է միայն մաքուր ածխածնի երկօքսիդին: Բնապահպանները ջերմոցային էֆեկտի ուժեղացման մեջ մեթանի ներդրումը գնահատում են մոտ 30%։
Ճահճային գազի հատկությունները, բաղադրությունը, քիմիական բանաձևն այսօր ուսումնասիրվում են մեր մոլորակի մթնոլորտի վրա դրա ազդեցության ուսումնասիրության շրջանակներում։ Բնության կողմից արտադրված բնական քանակներով դա այդպես չէրվտանգավոր է որպես ջերմոցային էֆեկտի պատճառ: Սակայն խնդիրն այն է, որ մեթանի հսկայական քանակությունը մթնոլորտ է մտնում հենց մարդկանց մեղքով։ Ճահճային գազի անալոգը արտադրվում է տարբեր ձեռնարկություններում։ Սա այսպես կոչված աբիոգեն մեթանն է։ Ճահիճներում առաջացողը համարվում է բիոգեն, այսինքն՝ օրգանական նյութերի փոխակերպման արդյունքում։
Մեթանոգենեզ
Մեթանի կենսասինթեզը (հետևաբար՝ ճահճային գազի առաջացումը) կոչվում է նաև մեթանոգենեզ։ Այս գործընթացում ներգրավված են արխեալ բակտերիաները: Դրանք աերոբ են, այսինքն՝ առանց թթվածնի կարող են էներգիա ստանալ կյանքի համար։ Արխեաները թաղանթային օրգանելներ և միջուկ չունեն։
Բակտերիաները առաջացնում են մեթան՝ նվազեցնելով մեկածխածնային միացությունները ածխածնային սպիրտներով և մեկածխածնային միացություններով: Մեկ այլ միջոց է ացետատի անհամաչափությունը: Բակտերիաների արտադրած էներգիան փոխակերպվում է ATP սինթազ ֆերմենտների միջոցով: Մեթանոգենեզում ներգրավված են մի շարք մոլեկուլներ՝ կոէնզիմներ, մեթանոֆուրան, տետրահիդրոմեթանոպտերին և այլն:
Մեթանոգեններ
Գիտությունը գիտի 17 սեռ և 50 տեսակի archaea, որոնք կարող են առաջացնել ճահճային գազի հիմքը: Նրանք կազմում են պարզունակ բազմաբջիջ գաղութներ։ Նման արխեաների ամենաշատ ուսումնասիրված գենոմը Methanosarcina acetivorans-ն է: Նրանք ածխածնի երկօքսիդը փոխակերպում են ացետատների և մեթանի՝ օգտագործելով ացետատ կինազ և ֆոսֆոտրանսացետիլազ ֆերմենտները։ Կա նաև տեսություն, որ այս արխեները հին ժամանակներում կարող էին վերափոխվել թիոեթերի՝ պայմանով, որ բարձրերկաթի սուլֆիդի կոնցենտրացիան.
Անտառային հրդեհների պատճառ
Բավարար արտանետումների և կոնցենտրացիայի դեպքում ճահճային գազը, բռնկված, կարող է առաջացնել բնական մեծ տորֆ և անտառային հրդեհ: Այսօր նման երեւույթների դեմ պայքարի մի ամբողջ համալիր կա։ Հատուկ ծառայությունները գազային մոնիտորինգ են իրականացնում ամենաճահճային տարածքներում։ Նրանք պատասխանատու են պոտենցիալ վտանգավոր գազի բաղադրիչների հարաբերակցության կանխարգելման և քանակական հսկողության համար։
Օրինակ, Մոսկվայի շրջանի ամենաճահճայիններից է արևելյան Շատուրսկի շրջանը։ Նրա ջրամբարներում կան շատ ձկներ (խաչաձկներ, թառեր, գոբիներ, կարասներ, ցեղատեսակներ, կարպ), տրիտոններ, գորտեր, օձեր, մուշկաթթուներ, թռչուններ (հերոններ, դառնիկներ, ճահիճներ, բադեր)։ Այս բոլոր կենդանիների ոսկորները պարունակում են ֆոսֆոր։ Այն մշակվում է բակտերիաների կողմից, որից հետո հայտնվում են մի քանի այլ նյութեր։ Սրանք դիֆոսֆին և ֆոսֆին են: Նրանք ինքնաբուխ այրման շղթայական ռեակցիայի հիմնական նախաձեռնողներն են։ Այսպես բռնկված հրդեհները բնապահպանական լուրջ խնդիր են։ Ճահիճներում բռնկված հրդեհներից այրվում են ոչ միայն անտառները, այլև տորֆային ճահիճները։ Կրակը կարող է տարածվել դրանց խորքում։ Նման տորֆային հողերը կարող են այրվել տարիներ շարունակ։
Աշխարհի բոլոր ճահիճների մոտ երկու երրորդը կենտրոնացած է Ռուսաստանում: Դրանք հանդիպում են երկրի եվրոպական մասի կենտրոնում՝ Արևմտյան Սիբիրում և Կամչատկայում։ Ռուսաստանում ճահիճների ընդհանուր մակերեսը կազմում է մոտ 340 միլիոն հեկտար, որից 210-ը ծածկված է անտառածածկույթով։ Գազի մեծ մասն արտադրվում է ամռանը։ Նման ժամանակահատվածում մեկ հեկտար տարածքում օրական մոտ երկուսուկես կիլոգրամ մեթան կարող է արտանետվել։
Փոխազդեցություն թթվածնի և քլորի հետ
Բնական ճահճային գազը, որի քիմիական բանաձևն է CH4, այրվում է հազիվ վառվող գունատ բոցով: Նրա հետ ամենաուժեղ պայթյունը տեղի է ունենում 7-8 ծավալ օդ և 2 ծավալ թթվածին պարունակող խառնուրդում բռնկվելիս։ Գազը փոքր-ինչ լուծելի է ջրի մեջ (ի տարբերություն սպիրտի)։ Այն արձագանքում է միայն հալոգենների հետ։
Քլորի հետ փոխազդելու ժամանակ ճահճային գազը ձևավորում է մեթիլքլորիդ CH3Cl: Այս նյութը ստացվում է լաբորատորիայում։ Դրա համար հիդրոքլորային գազն անցնում է մեթիլ սպիրտի և հալած ցինկի քլորիդի եռացող լուծույթի մեջ։ Ստացվում է անգույն գազ, որը բնութագրվում է հաճելի եթերային բույրով, քաղցր համով: Ուժեղ ճնշման կամ սառեցման տակ այն թանձրանում է հեղուկի:
Օգտագործում և ռեակցիաներ հալոգենների հետ
Մեթանը (ճահճային գազ), որի բանաձևն ու օգտագործումը որպես վառելիք ուսումնասիրված է դպրոցական ուսումնական ծրագրում, ակտիվորեն փոխազդում է հալոգենների հետ։ Այս նյութերի հետ փոխարինման ռեակցիաների արդյունքում առաջանում են հետևյալ միացությունները՝ բրոմիդ, քլորիդ, ֆտորիդ և մեթիլեն ֆտորիդ։ Դրանցից վերջինն առաջին անգամ ձեռք է բերել ռուս քիմիկոս Ալեքսանդր Բուտլերովը։ Մեթիլեն յոդիդը խիստ բեկող դեղնավուն հեղուկ է: Նրա եռման կետը 180 °C է։
Ի՞նչ է կոչվում ճահճային գազը, որն ամբողջությամբ փոխարինվել է հալոգեններով: Սա ածխածնի տետրաքլորիդ է: Այն հայտնաբերել է ֆրանսիացի քիմիկոս Անրի Ռեգնոն 1839 թվականին։ Այն բնորոշ կծու հոտով հեղուկ է։ Այն ունի անզգայացնող ազդեցություն: Մեկ այլ նմանատիպ նյութածխածնի տետրաբրոմիդ. Այն արդյունահանվում է ծովային բույսերի մոխիրներից։
Առողջության վտանգ
Ճահճային մեթանն ինքնին ֆիզիոլոգիապես անվնաս է։ Այն պատկանում է ոչ թունավոր պարաֆինային ածխաջրածիններին։ Նյութերի այս խմբին բնորոշ է քիմիական իներտությունը և արյան պլազմայում վատ լուծելիությունը։ Ճահճային գազի բարձր խտությամբ օդը կարող է սպանել մարդուն միայն թթվածնի պակասի դեպքում։
Խեղդամահության (ասֆիքսիա) սկզբնական նշաններն ի հայտ են գալիս, երբ մեթանի պարունակությունը կազմում է 30%: Այս դեպքում մեծանում է շնչառության ծավալը, արագանում է զարկերակը, խախտվում է մկանների շարժումների համակարգումը։ Բայց նման դեպքերի հավանականությունը չափազանց փոքր է։ Բանն այն է, որ մեթանը ավելի թեթև է, քան օդը, ինչը խանգարում է դրա ավելորդ համամասնությամբ կուտակվելուն։
Միևնույն ժամանակ, հետազոտողները մարդու հոգեկանի վրա ճահճային գազի ազդեցությունը հավասարեցնում են դիէթիլ եթերի ազդեցությանը: Նմանատիպ ազդեցությունը կարելի է հավասարեցնել թմրամիջոցին: Այն մարդկանց մոտ, ովքեր երկար ժամանակ աշխատել են մեթանի բարձր կոնցենտրացիաներով հանքերում, կարելի է նկատել վեգետատիվ նյարդային համակարգի փոփոխություններ (հիպոթենզիա, դրական աչքի ռեֆլեքս և այլն):
