Le gaz émis par le fond des réservoirs est du gaz des marais avec une odeur désagréable (un autre nom généralisé est le méthane). Scientifiquement, c'est du formène, ou du méthylhydrogène. La plus grande partie est constituée de méthane (CH4). Il peut également contenir de l'azote, de l'argon, de l'hydrogène, de la phosphine et du dioxyde de carbone.
Caractéristiques principales
Composition standard, formule chimique du gaz des marais - tout cela démontre clairement son appartenance aux composés carbonés les plus simples. D'autres composants sont regroupés autour de cet élément. Le gaz des marais se trouve dans la nature à l'état libre sous forme de mélange avec du dioxyde de carbone ou de l'azote. Il résulte de la décomposition de la matière organique. En règle générale, ce sont des plantes qui sont sous l'eau et privées d'accès à l'air.
Les mines de charbon sont un autre endroit où se forment des gaz combustibles des marais. Il s'accumule parmi les roches après la décomposition des résidus organiques. De nombreux vides y contribuent. Ces gaz s'échappent lorsqu'un trou accidentel apparaît.
Lieux d'enseignement
Malgré son nom plutôt univoque, le gaz des marais (ou plutôt le méthane) est également émis parfissures de terre près des champs de pétrole. Les premiers cas de ce type ont été enregistrés aux États-Unis d'Amérique sur les rives de la rivière Allegheny, ainsi qu'en Russie dans la région caspienne. À Bakou, pour cette raison, il existe une légende sur les mystérieux incendies de Bakou depuis l'Antiquité. Le phénomène naturel s'est avéré être mélangé avec du dioxyde de carbone, des vapeurs d'azote et de pétrole, des gaz des marais.
Avec le développement de l'industrie et de la technologie minière, les gens ont appris à utiliser le méthane libéré. La première usine de ce type est apparue en Pennsylvanie. Le gaz des marais se caractérise par le fait qu'il se forme en continu, on peut le trouver dans n'importe quel marais ou étang. Souvent, il suffit de toucher le limon avec un bâton. Après cela, des bulles de gaz flottent à la surface de l'eau.
Base de gaz des marais
Les bactéries aident à former le principal composant du gaz naturel (méthane). A cause d'eux, la fermentation des fibres végétales commence, contribuant à l'apparition de méthane. On pense que le méthane le plus pur est caractéristique des volcans de boue des péninsules d'Apsheron et de Kertch.
De plus, il se produit dans les gisements de sel, les sources et les fumerolles - trous et fissures situés au pied des volcans. Le méthane est présent dans l'intestin humain. Il contient les produits d'exhalation de certains animaux. L'une des premières preuves écrites de cette substance peut être considérée comme les écrits de l'ancien écrivain Pline, qui a mentionné les composés combustibles gazeux.
Explosivité
La plupart des gaz des maraisconnu pour ses propriétés destructrices. Lorsqu'il est enflammé en mélange avec de l'air, il provoque une explosion. La raison en est les propriétés du méthane. L'explosion de gaz des marais et de composés similaires a longtemps terrifié les gens qui ont expliqué ce qui se passait avec les superstitions. Les raisons de l'anomalie ne sont devenues claires qu'après une étude scientifique de ce phénomène.
Le gaz des marais, le méthane et d'autres composés explosifs ont incité les gens à inventer la lampe Davy. Il a commencé à être utilisé à la fois dans les marais et dans les mines de charbon. Dans cette lampe, les produits de combustion ont été éliminés à l'aide d'une grille spéciale, grâce à laquelle la possibilité d'inflammation d'un mélange de gaz combustible a été exclue.
Historique des découvertes
Le scientifique italien Allesandro Volta a apporté une grande contribution à l'étude du gaz des marais (méthane). En 1776, il prouve que cette substance est différente de l'hydrogène, car elle a besoin de deux fois plus d'oxygène pour brûler. De plus, c'est Volta qui a déterminé que le gaz des marais est une source d'acide carbonique.
Un Italien a découvert du méthane à la frontière entre la Suisse et l'Italie, près du lac Majeur. L'inspiration du scientifique était un article du scientifique et homme politique américain Benjamin Franklin sur le phénomène de "l'air combustible". Volta a été le premier à obtenir du méthane en récupérant le gaz émis par le marais.
La recherche continue
D'autres chercheurs importants du phénomène naturel étaient le chimiste français Claude Berthollet et le chimiste britannique William Henry. Le dernier d'entre eux, en 1805, détermine la composition du gaz des marais et le distingue de l'éthylène (doncappelé gaz de pétrole).
Le secret de l'explosif était caché dans son composant principal - le méthane. Il a été défini comme un gaz d'hydrocarbure léger (par opposition à l'éthylène gazeux d'hydrocarbure lourd). Au fil du temps, un autre terme a été établi - hydrogène méthylique. Les recherches d'Henry ont été poursuivies par John D alton et Jens Jakob Berzelius.
En 1813, le chimiste et géologue anglais Humphrey Davy a analysé le grisou et a conclu que cette substance était un mélange de méthane, d'anhydride carbonique et d'azote. Il a donc été prouvé que le mélange combustible libéré dans les mines est identique à un mélange similaire dans les marais.
Impact écologique
Caractéristique du gaz des marais, le méthane provient de certaines réactions chimiques. Il s'agit tout d'abord de la distillation sèche de matières organiques (par exemple, de la tourbe ou du bois). Le méthane chimiquement pur est obtenu par décomposition du méthyl zinc avec de l'eau (l'oxyde de zinc est produit). Aujourd'hui, cette substance attire l'attention de nombreux écologistes en raison de sa participation à la formation de l'effet de serre. Cela est dû à l'accumulation de méthane dans l'atmosphère terrestre. Le gaz des marais absorbe le rayonnement thermique dans la région infrarouge du spectre. Dans ce paramètre, il est juste derrière le dioxyde de carbone pur. Les écologistes estiment la contribution du méthane à l'amplification de l'effet de serre à environ 30 %.
Les propriétés, la composition, la formule chimique du gaz des marais sont étudiées aujourd'hui dans le cadre de l'étude de son influence sur l'atmosphère de notre planète. En quantités naturelles produites par la nature elle-même, il n'était pasdangereux en tant que cause de l'effet de serre. Cependant, le problème est qu'une énorme quantité de méthane pénètre dans l'atmosphère par la faute des gens eux-mêmes. Un analogue du gaz des marais est produit dans diverses entreprises. C'est ce qu'on appelle le méthane abiogénique. Celle qui se produit dans les marécages est considérée comme biogénique, c'est-à-dire résultant de la transformation de la matière organique.
Méthanogénèse
La biosynthèse du méthane (et donc l'apparition de gaz des marais) est également appelée méthanogenèse. Les bactéries archées sont impliquées dans ce processus. Ils sont aérobies, c'est-à-dire qu'ils peuvent obtenir de l'énergie pour la vie sans oxygène. Les archées n'ont pas d'organites membranaires ni de noyau.
Les bactéries génèrent du méthane en réduisant les composés à un carbone avec des alcools carbonés et des composés à un carbone. Une autre voie est la disproportion d'acétate. L'énergie produite par les bactéries est transformée par les enzymes ATP synthase. De nombreuses molécules sont impliquées dans la méthanogénèse: coenzymes, méthanofurane, tétrahydrométhanoptérine…
Méthanogènes
La science connaît 17 genres et 50 espèces d'archées capables de générer la base du gaz des marais. Ils forment des colonies multicellulaires primitives. Le génome le plus étudié de ces archées est Methanosarcina acetivorans. Ils convertissent le monoxyde de carbone en acétates et en méthane en utilisant les enzymes acétate kinase et phosphotransacétylase. Il existe également une théorie selon laquelle ces archées dans les temps anciens pourraient se transformer en thioéther, à condition qu'il y ait une forteconcentration de sulfure de fer.
Cause des incendies de forêt
Avec une émission et une concentration suffisantes, les gaz des marais, enflammés, peuvent provoquer un grand incendie naturel de tourbe et de forêt. Aujourd'hui, il existe tout un complexe de lutte contre de tels phénomènes. Des services spéciaux effectuent une surveillance des gaz dans les zones les plus marécageuses. Ils sont responsables de la prévention et du contrôle quantitatif du rapport des composants d'un gaz potentiellement dangereux.
Par exemple, l'un des plus marécageux de la région de Moscou est le district oriental de Shatursky. Dans ses réservoirs, il y a beaucoup de poissons (carassins, perches, gobies, carpes, brochets, carpes), tritons, grenouilles, serpents, rats musqués, oiseaux (hérons, butors, échassiers, canards). Les os de tous ces animaux contiennent du phosphore. Il est traité par des bactéries, après quoi plusieurs autres substances apparaissent. Ce sont la diphosphine et la phosphine. Ce sont les principaux initiateurs de la réaction en chaîne de la combustion spontanée. Les incendies déclenchés de cette manière constituent un grave problème environnemental. Des incendies dans les marais, non seulement les forêts, mais aussi les tourbières brûlent. Le feu peut se propager profondément en eux. Ces tourbières peuvent brûler pendant des années.
Environ les deux tiers de tous les marécages du monde sont concentrés en Russie. On les trouve au centre de la partie européenne du pays, en Sibérie occidentale et au Kamtchatka. La superficie totale des marécages en Russie est d'environ 340 millions d'hectares, dont 210 sont recouverts de couvert forestier. La majeure partie du gaz est produite en été. Pendant une telle période, environ deux kilogrammes et demi de méthane peuvent être libérés par jour sur une superficie d'un hectare.
Interaction avec l'oxygène et le chlore
Le gaz naturel des marais, dont la formule chimique est CH4, brûle avec une flamme pâle à peine rougeoyante. La plus forte explosion avec elle se produit lorsqu'elle est allumée dans un mélange contenant 7 à 8 volumes d'air et 2 volumes d'oxygène. Le gaz est légèrement soluble dans l'eau (contrairement à l'alcool). Il ne réagit qu'avec les halogènes.
Lorsqu'il interagit avec le chlore, le gaz des marais forme du chlorure de méthyle CH3Cl. Cette substance est obtenue en laboratoire. Pour ce faire, on fait passer du gaz chlorhydrique dans une solution bouillante d'alcool méthylique et de chlorure de zinc fondu. Le résultat est un gaz incolore caractérisé par une agréable odeur éthérée au goût sucré. Sous forte pression ou refroidissement, il s'épaissit en un liquide.
Utilisation et réactions avec les halogènes
Le méthane (gaz des marais), dont la formule et l'utilisation comme combustible sont étudiées dans le programme scolaire, interagit activement avec les halogènes. À la suite de réactions de substitution avec ces substances, les composés suivants se forment: bromure, chlorure, fluorure et fluorure de méthylène. Le dernier d'entre eux a été obtenu pour la première fois par le chimiste russe Alexander Butlerov. L'iodure de méthylène est un liquide jaunâtre hautement réfringent. Son point d'ébullition est de 180 °C.
Comment s'appelle le gaz des marais, complètement remplacé par les halogènes ? C'est du tétrachlorure de carbone. Il a été découvert par le chimiste français Henri Regnault en 1839. C'est un liquide avec une odeur épicée caractéristique. Il a un effet anesthésiant. Une autre substance similairetétrabromure de carbone. Il est extrait des cendres de plantes marines.
Danger pour la santé
Le méthane des marais lui-même est physiologiquement inoffensif. Il appartient aux hydrocarbures paraffiniques non toxiques. Ce groupe de substances se caractérise par une inertie chimique et une faible solubilité dans le plasma sanguin. L'air avec une forte concentration de gaz des marais ne peut tuer une personne que si elle manque d'oxygène.
Les premiers signes de suffocation (asphyxie) apparaissent lorsque la teneur en méthane est de 30 %. Dans ce cas, le volume de la respiration augmente, le pouls s'accélère, la coordination des mouvements musculaires est perturbée. Mais la probabilité de tels cas est extrêmement faible. Le fait est que le méthane est plus léger que l'air, ce qui l'empêche de s'accumuler dans des proportions excessives.
Dans le même temps, les chercheurs assimilent l'effet des gaz des marais sur la psyché humaine à l'effet de l'éther diéthylique. Un effet similaire peut être assimilé à un narcotique. Chez les personnes qui ont travaillé longtemps dans des mines à fortes concentrations de méthane, des modifications du système nerveux autonome (hypotension, réflexe oculocardique positif, etc.) peuvent être observées.
