რეზერვუარების ფსკერიდან გამოსხივებული გაზი არის ჭაობის გაზი უსიამოვნო სუნით (სხვა განზოგადებული სახელია მეთანი). მეცნიერულად, ეს არის ფორმენი, ან მეთილის წყალბადი. მისი უმეტესობა შედგება მეთანისგან (CH4). ის ასევე შეიძლება შეიცავდეს აზოტს, არგონს, წყალბადს, ფოსფინს და ნახშირორჟანგს.
ძირითადი მახასიათებლები
სტანდარტული შემადგენლობა, ჭაობის გაზის ქიმიური ფორმულა - ეს ყველაფერი ნათლად მეტყველებს მის კუთვნილებაზე უმარტივეს ნახშირბადის ნაერთებთან. სხვა კომპონენტები დაჯგუფებულია ამ ელემენტის გარშემო. ჭაობის გაზი ბუნებაში გვხვდება თავისუფალ მდგომარეობაში ნახშირორჟანგის ან აზოტის ნარევის სახით. ეს ხდება ორგანული ნივთიერებების დაშლის შედეგად. როგორც წესი, ეს არის მცენარეები, რომლებიც წყლის ქვეშ არიან და მოკლებულია ჰაერზე წვდომას.
ქვანახშირის მაღაროები კიდევ ერთი ადგილია, სადაც წარმოიქმნება წვადი ჭაობის გაზი. ის გროვდება ქანებს შორის ორგანული ნარჩენების დაშლის შემდეგ. ამას მრავალი სიცარიელე უწყობს ხელს. ასეთი აირები გამოდის, როდესაც შემთხვევით ხვრელი გამოჩნდება.
განათლების ადგილები
მიუხედავად იმისა, რომ მისი საკმაოდ ცალსახა სახელია, ჭაობის გაზი (უფრო სწორად, მეთანი) ასევე გამოიყოფა.დედამიწა იბზარება ნავთობის საბადოებთან. პირველი ასეთი შემთხვევები დაფიქსირდა ამერიკის შეერთებულ შტატებში მდინარე ალეგენის ნაპირებზე, ასევე რუსეთში კასპიის რეგიონში. ბაქოში, ამ მიზეზით, უძველესი დროიდან არსებობდა ლეგენდა ბაქოს იდუმალი ხანძრების შესახებ. ბუნებრივი მოვლენა შერეული აღმოჩნდა ნახშირორჟანგთან, აზოტთან და ნავთობის ორთქლებთან, ჭაობის გაზთან.
მრეწველობისა და სამთო ტექნოლოგიების განვითარებით, ადამიანებმა ისწავლეს გამოთავისუფლებული მეთანის გამოყენება. პირველი ასეთი მცენარე პენსილვანიაში გამოჩნდა. ჭაობის გაზი ხასიათდება იმით, რომ იგი წარმოიქმნება განუწყვეტლივ, გვხვდება ნებისმიერ ჭაობში ან აუზში. ხშირად, საკმარისია მხოლოდ ჯოხით შეხება. ამის შემდეგ გაზის ბუშტები ცურავს წყლის ზედაპირზე.
ჭაობის გაზის ბაზა
ბაქტერიები ხელს უწყობენ ბუნებრივი აირის (მეთანის) ძირითადი კომპონენტის ჩამოყალიბებას. მათ გამო იწყება მცენარეული ბოჭკოების დუღილი, რაც ხელს უწყობს მეთანის გაჩენას. ითვლება, რომ ყველაზე სუფთა მეთანი დამახასიათებელია აფშერონისა და ქერჩის ნახევარკუნძულების ტალახის ვულკანებისთვის.
გარდა ამისა, გვხვდება მარილის საბადოებში, წყაროებსა და ფუმაროლებში - ხვრელებსა და ბზარებში, რომლებიც მდებარეობს ვულკანების ძირში. მეთანი იმყოფება ადამიანის ნაწლავში. იგი შეიცავს ზოგიერთი ცხოველის ამოსუნთქვის პროდუქტებს. ამ ნივთიერების ერთ-ერთ პირველ წერილობით მტკიცებულებად შეიძლება მივიჩნიოთ ძველი მწერლის პლინიუსის ნაშრომები, რომელმაც მოიხსენია აირისებრი აალებადი ნაერთები.
ასაფეთქებლობა
ყველაზე მეტად ჭაობის გაზიცნობილია თავისი დესტრუქციული თვისებებით. ჰაერთან ნარევში ანთებისას იწვევს აფეთქებას. ამის მიზეზი მეთანის თვისებებია. ჭაობის გაზის და მსგავსი ნაერთების აფეთქება დიდი ხნის განმავლობაში აშინებდა ადამიანებს, რომლებიც ხსნიდნენ რა ხდებოდა ცრურწმენებთან. ანომალიის მიზეზები მხოლოდ ამ ფენომენის მეცნიერული შესწავლის შემდეგ გახდა ნათელი.
მარშის გაზმა, მეთანმა და სხვა ფეთქებადი ნაერთებმა აიძულა ხალხი გამოეგონა დეივის ნათურა. მისი გამოყენება დაიწყო როგორც ჭაობებში, ასევე ქვანახშირის მაღაროებში. ამ ნათურაში წვის პროდუქტები ამოღებულ იქნა სპეციალური ბადის გამოყენებით, რის წყალობითაც გამოირიცხა აალებადი აირის ნარევის აალების შესაძლებლობა.
აღმოჩენის ისტორია
იტალიელმა მეცნიერმა ალესანდრო ვოლტამ დიდი წვლილი შეიტანა ჭაობის გაზის (მეთანის) შესწავლაში. 1776 წელს მან დაამტკიცა, რომ ეს ნივთიერება განსხვავდება წყალბადისგან, რადგან დასაწვავად მას ორჯერ მეტი ჟანგბადი სჭირდება. გარდა ამისა, სწორედ ვოლტამ დაადგინა, რომ ჭაობის გაზი არის ნახშირმჟავას წყარო.
იტალიელმა მეთანი აღმოაჩინა შვეიცარიისა და იტალიის საზღვარზე მაჯორის ტბის მახლობლად. მეცნიერისთვის შთაგონება იყო ამერიკელი მეცნიერისა და პოლიტიკოსის ბენჯამინ ფრანკლინის სტატია „წვადი ჰაერის“ფენომენის შესახებ. ვოლტამ პირველმა მიიღო მეთანი ჭაობისგან გამოსხივებული აირის შეგროვებით.
კვლევა გრძელდება
ბუნებრივი ფენომენის სხვა მნიშვნელოვანი მკვლევარები იყვნენ ფრანგი ქიმიკოსი კლოდ ბერტოლე და ბრიტანელი ქიმიკოსი უილიამ ჰენრი. ბოლო მათგანმა 1805 წელს დაადგინა ჭაობის გაზის შემადგენლობა და განასხვავა იგი ეთილენისაგან (მაშ.ნავთობის გაზი).
ასაფეთქებელი ნივთიერების საიდუმლო მის ძირითად კომპონენტში - მეთანში იმალებოდა. იგი განისაზღვრა, როგორც მსუბუქი ნახშირწყალბადის გაზი (განსხვავებით მძიმე ნახშირწყალბადის გაზის ეთილენისგან). დროთა განმავლობაში დამკვიდრდა კიდევ ერთი ტერმინი - მეთილის წყალბადი. ჰენრის კვლევა გააგრძელეს ჯონ დალტონმა და იენს იაკობ ბერცელიუსმა.
1813 წელს ინგლისელმა ქიმიკოსმა და გეოლოგმა ჰამფრი დევიმ გააანალიზა ცეცხლგამძლე და დაასკვნა, რომ ეს ნივთიერება იყო მეთანის, ნახშირბადის ანჰიდრიდის და აზოტის ნარევი. ასე რომ, დადასტურდა, რომ მაღაროებში გამოთავისუფლებული წვადი ნარევი ჭაობებში მსგავსი ნარევის იდენტურია.
ეკოლოგიური გავლენა
ჭაობიანი აირის დამახასიათებელი მეთანი წარმოიქმნება გარკვეული ქიმიური რეაქციების შედეგად. უპირველეს ყოვლისა, ეს არის ორგანული ნივთიერებების (მაგალითად, ტორფის ან ხის) მშრალი დისტილაცია. ქიმიურად სუფთა მეთანი მიიღება თუთიის მეთილის წყალთან დაშლის შედეგად (წარმოიქმნება თუთიის ოქსიდი). დღეს ეს ნივთიერება მრავალი გარემოსდამცველის ყურადღებას იპყრობს სათბურის ეფექტის ფორმირებაში მონაწილეობის გამო. ეს გამოწვეულია დედამიწის ატმოსფეროში მეთანის დაგროვებით. ჭაობის გაზი შთანთქავს თერმულ გამოსხივებას სპექტრის ინფრაწითელ რეგიონში. ამ პარამეტრით, ის მეორე ადგილზეა სუფთა ნახშირორჟანგის შემდეგ. ეკოლოგები აფასებენ მეთანის წვლილს სათბურის ეფექტის გაძლიერებაში დაახლოებით 30%.
ჭაობიანი აირის თვისებები, შემადგენლობა, ქიმიური ფორმულა დღეს შესწავლილია ჩვენი პლანეტის ატმოსფეროზე მისი გავლენის შესწავლის ფარგლებში. ბუნების მიერ წარმოებული ბუნებრივი რაოდენობით, ეს არ იყოსაშიშია, როგორც სათბურის ეფექტის გამომწვევი. თუმცა, პრობლემა ის არის, რომ მეთანის უზარმაზარი რაოდენობა ატმოსფეროში თავად ადამიანების ბრალით ხვდება. ჭაობის გაზის ანალოგი იწარმოება სხვადასხვა საწარმოში. ეს არის ეგრეთ წოდებული აბიოგენური მეთანი. ის, რომელიც გვხვდება ჭაობებში, ითვლება ბიოგენურად - ანუ ორგანული ნივთიერებების ტრანსფორმაციის შედეგად.
მეთანოგენეზი
მეთანის ბიოსინთეზს (და, შესაბამისად, ჭაობის გაზის წარმოქმნას) ასევე მეთანოგენეზი ეწოდება. ამ პროცესში არქეალური ბაქტერიები მონაწილეობენ. ისინი აერობული არიან, ანუ შეუძლიათ სიცოცხლისთვის ენერგიის მიღება ჟანგბადის გარეშე. არქეას არ გააჩნია მემბრანული ორგანელები და ბირთვი.
ბაქტერიები წარმოქმნიან მეთანს ნახშირბადის ნაერთების შემცირებით ნახშირბადის სპირტებთან და ერთნახშირბადიან ნაერთებთან. კიდევ ერთი გზა არის აცეტატის დისპროპორციულობა. ბაქტერიების მიერ წარმოებული ენერგია გარდაიქმნება ATP სინთეზის ფერმენტებით. მეთანოგენეზში ჩართულია სხვადასხვა მოლეკულა: კოენზიმები, მეთანოფურანი, ტეტრაჰიდრმეთანოპტერინი და ა.შ.
მეთანოგენები
მეცნიერებამ იცის არქეის 17 გვარი და 50 სახეობა, რომლებსაც შეუძლიათ ჭაობის გაზის საფუძვლის წარმოქმნა. ისინი ქმნიან პრიმიტიულ მრავალუჯრედოვან კოლონიებს. ასეთი არქეების ყველაზე შესწავლილი გენომია Methanosarcina acetivorans. ისინი გარდაქმნიან ნახშირბადის მონოქსიდს აცეტატებად და მეთანად ფერმენტების აცეტატკინაზასა და ფოსფოტრანსაცეტილაზას გამოყენებით. ასევე არსებობს თეორია, რომ ეს არქეები ძველ დროში შეიძლება გარდაიქმნას თიოეთერად, იმ პირობით, რომ არსებობდა მაღალირკინის სულფიდის კონცენტრაცია.
ტყის ხანძრის გამომწვევი
საკმარისი ემისიით და კონცენტრაციით, ჭაობის გაზმა, ანთებულმა, შეიძლება გამოიწვიოს დიდი ბუნებრივი ტორფის და ტყის ხანძარი. დღეს ასეთი ფენომენების წინააღმდეგ ბრძოლის მთელი კომპლექსია. სპეცსამსახურები ახორციელებენ გაზის მონიტორინგს ყველაზე დაჭაობებულ ადგილებში. ისინი პასუხისმგებელნი არიან პოტენციურად საშიში აირის კომპონენტების თანაფარდობის პრევენციასა და რაოდენობრივ კონტროლზე.
მაგალითად, მოსკოვის რეგიონში ერთ-ერთი ყველაზე დაჭაობებული არის აღმოსავლეთ შატურსკის ოლქი. მის რეზერვუარებში ბევრია თევზი (ჯვარცმული, ქორჭილა, გობი, კობრი, ღვეზელი, კობრი), ტრიტონები, ბაყაყები, გველები, მუშკრატები, ფრინველები (ყანჩები, მწარეები, ბალიშები, იხვი). ყველა ამ ცხოველის ძვლები შეიცავს ფოსფორს. მას ამუშავებენ ბაქტერიები, რის შემდეგაც ჩნდება რამდენიმე სხვა ნივთიერება. ეს არის დიფოსფინი და ფოსფინი. ისინი არიან სპონტანური წვის ჯაჭვური რეაქციის მთავარი ინიციატორები. ამ გზით გაჩენილი ხანძრები სერიოზულ ეკოლოგიურ პრობლემას წარმოადგენს. ჭაობებში ხანძრისგან იწვის არა მხოლოდ ტყეები, არამედ ტორფის ჭაობებიც. ცეცხლი შეიძლება გავრცელდეს მათ სიღრმეში. ასეთი ტორფები შეიძლება წლობით იწვებოდეს.
მსოფლიოს ყველა ჭაობის დაახლოებით ორი მესამედი კონცენტრირებულია რუსეთში. ისინი გვხვდება ქვეყნის ევროპული ნაწილის ცენტრში, დასავლეთ ციმბირში და კამჩატკაში. რუსეთში ჭაობების საერთო ფართობი დაახლოებით 340 მილიონი ჰექტარია, აქედან 210 დაფარულია ტყის საფარით. გაზის უმეტესი ნაწილი ზაფხულში იწარმოება. ასეთ პერიოდში ერთ ჰექტარ ფართობზე დღეში ორნახევარი კილოგრამი მეთანის გამოყოფა შეიძლება.
ურთიერთქმედება ჟანგბადთან და ქლორთან
ბუნებრივი ჭაობის გაზი, რომლის ქიმიური ფორმულაა CH4, იწვის ძლივს კაშკაშა ფერმკრთალი ცეცხლით. მასთან ყველაზე ძლიერი აფეთქება ხდება 7-8 მოცულობის ჰაერისა და 2 მოცულობის ჟანგბადის შემცველ ნარევში ანთებისას. გაზი წყალში ოდნავ ხსნადია (ალკოჰოლისგან განსხვავებით). ის რეაგირებს მხოლოდ ჰალოგენებთან.
ქლორთან ურთიერთობისას ჭაობის გაზი წარმოქმნის მეთილის ქლორიდს CH3Cl. ეს ნივთიერება მიიღება ლაბორატორიაში. ამისათვის ჰიდროქლორინის გაზი გადადის მეთილის სპირტისა და გამდნარი თუთიის ქლორიდის მდუღარე ხსნარში. შედეგი არის უფერო გაზი, რომელსაც ახასიათებს სასიამოვნო ეთერული სუნი მოტკბო გემოთი. ძლიერი წნევით ან გაციებისას სქელდება სითხეში.
გამოყენება და რეაქციები ჰალოგენებთან
მეთანი (ჭაობის გაზი), რომლის ფორმულა და საწვავად გამოყენება სასკოლო სასწავლო გეგმაშია შესწავლილი, აქტიურად ურთიერთქმედებს ჰალოგენებთან. ამ ნივთიერებებით ჩანაცვლებითი რეაქციების შედეგად წარმოიქმნება შემდეგი ნაერთები: ბრომიდი, ქლორიდი, ფტორი და მეთილენ ფტორი. ბოლო მათგანი პირველად მოიპოვა რუსმა ქიმიკოსმა ალექსანდრე ბუტლეროვმა. მეთილენ იოდიდი არის ძლიერ რეფრაქციული მოყვითალო სითხე. მისი დუღილის წერტილი არის 180 °C.
რა ჰქვია ჭაობის გაზს, რომელიც მთლიანად შეიცვალა ჰალოგენებით? ეს არის ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი. იგი აღმოაჩინა ფრანგმა ქიმიკოსმა ანრი რეგნომ 1839 წელს. ეს არის სითხე დამახასიათებელი ცხარე სუნით. მას აქვს საანესთეზიო ეფექტი. კიდევ ერთი მსგავსი ნივთიერებანახშირბადის ტეტრაბრომიდი. იგი მოპოვებულია ზღვის მცენარეების ფერფლიდან.
ჯანმრთელობის საშიშროება
თავად ჭაობის მეთანი ფიზიოლოგიურად უვნებელია. ის მიეკუთვნება არატოქსიკურ პარაფინურ ნახშირწყალბადებს. ნივთიერებების ამ ჯგუფს ახასიათებს ქიმიური ინერტულობა და სისხლის პლაზმაში ცუდი ხსნადობა. ჭაობის გაზის მაღალი კონცენტრაციის მქონე ჰაერს შეუძლია ადამიანის მოკვლა მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მას ჟანგბადი აკლია.
დახრჩობის (ასფიქსიის) საწყისი ნიშნები ჩნდება, როდესაც მეთანის შემცველობა 30%-დან არის. ამ შემთხვევაში იზრდება სუნთქვის მოცულობა, პულსი აჩქარდება, ირღვევა კუნთების მოძრაობის კოორდინაცია. მაგრამ ასეთი შემთხვევების ალბათობა ძალიან მცირეა. ფაქტია, რომ მეთანი ჰაერზე მსუბუქია, რაც ხელს უშლის მის ზედმეტი პროპორციებით დაგროვებას.
ამავდროულად, მკვლევარები აიგივებენ ჭაობის გაზის გავლენას ადამიანის ფსიქიკაზე დიეთილის ეთერის ეფექტთან. მსგავსი ეფექტი შეიძლება გაიგივდეს ნარკოტიკულ საშუალებებთან. ადამიანებში, რომლებიც დიდი ხნის განმავლობაში მუშაობდნენ მეთანის მაღალი კონცენტრაციის მაღაროებში, შეიძლება გამოვლინდეს ცვლილებები ავტონომიურ ნერვულ სისტემაში (ჰიპოტენზია, თვალის დადებითი რეფლექსი და ა.შ.).
