История обнаружения атмосферного метана

исходит гораздо быстрее, чем лигнина. После отмирания растения попа-

дают в почву или воду и начинается процесс их деградации. Механическое

раздробление древесины осуществляется главным образом личинками раз-

личных насекомых. Личинки, прокладывая ходы в древесине, заражают ее

различной грибной флорой. Грибы обладают целым набором ферментов,

способных к разрушению лигнино-целлюлозных связей. Для торфообразо-

вателей разложение клетчатки наступает год спустя после опада. Макси-

мума скорость разложения клетчатки достигает через три года. Далее

ферменты расщепляют целлюлозу до глюкозы, а затем происходит образо-

вание водорода, углекислого газа, ацетата и других кислот:

C6H12O6 + 2Н2О = 2СН3СООН + 2СО2 + 4Н

Субстратом для метаногенных бактерий является, в основном, водород

и углекислый газ, ацетат. Существует два основных пути образования

метана: восстановление углекислого газа или ферментация ацетата.

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О,

СН3СООН = СН4 + СО2

Гидраты метана (СН4·5,75 Н2О) представляют собой твердые химические клатратные соединения метана с водой, внешне похожие на снег. Эти соединения при нормальных условиях нестабильны и разлагаются на метан и воду. Водном кубометре гидрата метана содержится 164 м3 метана .

Стабильны гидраты метана при понижении температуры и повышении

давления. При атмосферном давлении они неизменны при температурах ниже 80ºС; при температуре 0º стабильны для давлений выше 25 атм.

Температура придонных вод в океане лежит в интервале 0 - 5ºС. Таким

образом, гидраты метана могут существовать на дне водоемов с глубин

250 м, что подтверждается  их обнаружением, начиная с глубин 300 - 500 м.

Газогидраты метана были обнаружены на континентах в 1969 г. коллективом авторов во главе с Н. В. Черским и А. А. Трофимуком. Но большинство месторождений найдено в шельфе океанов. Залежи гидратов метана встречаются вдоль побережья практически всех континентов.

Основной источник метана, выделяющегося при горении биомассы, находится в Африке, где широко практикуется сжигание соломы при подготовке почвы для нового урожая. Использование дерева для приготовления пищи и отопления дает незначительный вклад. Страны бывшего СССР производят около 5-15% от общего потока метана в атмосферу. В качестве источника не включены насекомые, так как количество термитов является весьма приблизительной величиной. Гидраты метана также не включены, так как оценка запасов гидратов метана в мире и странах бывшего СССР пока также очень приблизительна. Следует отметить, что и оценка потока метана от гидратов метана приводит пока к незначительной величине.

К антропогенным - рисовые поля, шахты, животные, потери при добыче газа и нефти, горение биомассы, свалки.

По результатам исследований стало ясно, что болота, рисовые поля и животные вносят доминирующий вклад в образование общего потока в атмосферу. Природа образования метана в таких источниках, как болота, озера, рисовые поля, жвачные животные, насекомые, свалки, примерно одинакова - ферментативная переработка клетчатки.

Большой поток метана от рисовых полей обусловлен резким ускорением транспорта метана внутри полостей в стеблях риса, так как диффузия метана происходит в воздушной среде, а не в воде. Поток метана с рисовых полей достигает в среднем 2,3 мг/(м2 * ч). Количество крупного рогатого скота в мире - около 1,5 млрд голов. Одна корова производит в сутки около 250 л чистого метана. Этого количества метана хватит, чтобы вскипятить 20 л воды. В развитых странах на свалки вывозится примерно 1,8 кг мусора в день в расчете на одного человека, в России 0,6 кг соответственно. Примерно 10% этой массы может конвертироваться в метан. Следовательно, в России производится 60 г метана в сутки в расчете на одного человека.

Шахтный метан возникает в процессе трансформации органических остатков в уголь под влиянием высоких давлений и температур. Можно считать, что в глубинах земли происходит пиролиз органических веществ. Растительные остатки содержат большое количество лигнина, в структуре которого имеется много метильных групп. В ходе термической переработки происходит освобождение метильных радикалов, которые затем отрывают атом водорода от органических молекул и превращаются в метан. Добыча 1 т угля сопровождается выделением 13 м3 чистого метана.

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Роль метана в экологических процессах исключительно велика. В настоящее время насущной задачей для многих регионов земного шара, и в том числе для России, являются инвентаризация существующих источников метана, выявление и прогнозирование появления новых источников. Это важно еще и потому, что при экспериментальных измерениях мощностей отдельных источников выявлена значительно меньшая мощность, чем предполагалось. Потому не исключена возможность, что мы столкнемся в будущем с проблемой дефицита метана из традиционных источников, который удастся ликвидировать только на основе изучения нетрадиционных источников.

В России более детальному исследованию следует подвергнуть те источники метана, мощность которых определена с недостаточной точностью. Прежде всего это болота, и особенно болота Западной Сибири. Важной является проблема образования и транспорта метана в болотах внутри водной фазы. Не решена проблема метана, удаляемого из угольных шахт. Ее разрешение имеет важное значение как с точки зрения техники безопасности, так и промышленного использования шахтного метана. Важно установить величину потерь при добыче и транспортировке газа. Залежи метангидратов интересны не только с точки зрения воздействия на климат планеты при их дестабилизации, но и с целью промышленного использования. Рациональное использование отходов, например для получения тепловой энергии, может решить проблему свалочного газа. Еще одна проблема носит экологический характер. В настоящее время трудно сомневаться в том, что происходит постепенное потепление климата, хотя и гораздо меньшими темпами, чем предполагалось ранее. Повышение температуры планеты скажется на возрастании потоков метана, так как изменение температуры на один градус меняет интенсивность выделения метана в микробиологических процессах (болота, рисовые поля, свалки) примерно на 10%. Потенциально опасный источник метана, который может включиться при повышении температуры, - это гидраты метана. Запасы метангидратов огромны. Повышение температуры вызовет дестабилизацию метангидратов и начнется их распад, что иногда наблюдается и сейчас. В настоящее время оценка мощности потока метана от метангидратов невелика и составляет около 1% от общего потока. Увеличение поступления потока метана в атмосферу вызовет дальнейшее ускорение в повышении температуры атмосферы, что будет иметь огромные негативные последствия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Ворнек П.// Химия природной атмосферы. Н.Ю.: Acad. Press, 1988. 757 p.

2. Бажин Н.М. // Химия в интересах устойчивого развития. 1993. Т. 1. С. 381-396.

3. Шёлль М. // Хим. Геол. 1988. Том. 71. С. 1-10.

4. Бажин Н.М. // ЭКО. 1994. № 12. C. 131-135.

5. Крутцен П. Я. Геофизиология Амазонии / Ed. R.E. Dickenson. N.Y.: Wiley, 1987. P. 107-130.