ما هو غاز المستنقعات
المستنقع هو أرضٌ رطبةٌ تتواجد فيها كميات من الماء لفتراتٍ طويلةٍ من العام تنمو فيها الأشجار والشجيرات، وتعيش في المستنقع أنواعٌ مختلفةٌ من الحيوانات والنباتات، ويوجد فيها العديد من البرك المائية التي تعيش فيها الأسماك والضفادع وبعض الحشرات، ومياه المستنقعات إما عذبة أو مالحة.
وينتج عن المستنقعات كمياتٍ كبيرة من الغاز المعروف باسم (غاز المستنقعات) هذا الغاز هو غاز الميثان، والمستنقعات هي من أكثر المنتجات الطبيعية لهذا الغاز ويقدر ما تنتجه بنسبة 23% من الميثان.
أهم منتجٍ لهذا الغاز هو البكتيريا الموجودة في أتربة المستنقعات، لكن لا يتم إطلاق كل كمية غاز الميثان الذي تنتجه هذه البكتريا إلى الغلاف الجوي، حيث أن جزء كبير منه تمتصه نباتات الطحالب الموجودة في تلك المستنقعات أثناء عملية إنتاجه.
قام فريقٌ بقيادة ياب دامستي ومارك ستروس علماء الأحياء الدقيقة في جامعة رادبور في هولندا،و المعهد الملكي الهولندي لأبحاث البحر، بإجراء العديد من الدراسات على نباتات الطحالب التي تنمو في المستنقعات، ووجدوا مجموعاتٍ من البكتريا المنتجة لغاز الميثان ضمن خلايا الطحالب، ويتحول الميثان إلى عنصرٍ غذائي رئيسي في الطحالب.
ويقول بعض العلماء أن التكافل الذي يحدث بين البكتيريا والطحالب من الممكن أن يكون مهمًا جدًا للعديد من المغذيات الأساسية العالمية ، مثل تثبيت النيتروجين في جذور البقوليات، لذلك يجب الحفاظ على هذه المستنقعات لأن لها دور مهم في النظام البيئي.
يمتلك الميثان الصيغة الكيميائية (CH4 )، توجدة ذرة الكربون في مركزه وتتوضع ذرات الهيدروجين حولها في أربع نقاط، وهذا الغاز لا لون له ولا رائحة عندما يكون في درجة حرارة الغرفة و الضغط القياسي، وهو أخف من الهواء.
غاز الميثان في حالته العادية لا يعتبر من الغازات السامة، أما عند اختلاطه بغازاتٍ أخرى يصبح خطيرًا و قاتلًا، وقد يسبب الأختناق لأنه يأخذ مكان الأكسجين في الجسم،وأيضًا من الممكن أن يسبب الصداع والدوخة.
وعند تسربه بكمياتٍ كبيرة يقوم بامتصاص الحرارة من أشعة الشمس ورفع درجة حرارة الغلاف الجوي، ولهذا يعتبر خطيرًا جدًا على البيئة، وعند امتزاج غاز الميثان مع الهواء تحدث انفجارات شديدة وخطيرة جدًا كالإنفجارات التي تحدث في المناجم.
عند الحديث عن تغير المناخ دائمًا ما تشير أصابع الاتهام إلى غاز ثاني أكسيد الكربون، لكن لغاز الميثان دورٌ مهمٌ في ارتفاع درجة حرارة الأرض وتغير مناخها وخصوصًا عند امتزاجه بغاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، حيث يرفع درجة حرارة الأرض إلى مستوياتٍ عالية.
ومن المصادر الأخرى لغاز الميثان:
- تحلل المخلفات العضوية.
- عمليات الهضم التي تقوم بها الماشية.
- توجد كميات كبيرة من الميثان في قاع البحر مع الغاز الطبيعي الموجود هناك.
- يوجد في مناجم الفحم وآبار انفط.
- يمكن إنتاج غاز الميثان في المختبرات عن طريق القيام ببعض التفاعلات الكيميائية.
ويستفيد الإنسان من هذا الغاز ويستخدمه في عدة مجالات منها:
- يستخدم غاز الميثان في توليد الكهرباء اللازمة لإنارة المنازل والمكاتب والشوارع.
- هو من أكثر الغازات المستخدمة في الطبخ، وذلك لأنه لا يترك رائحةً أو أثرًا على الأواني المستخدمة وينتج طاقة أكبر من النفط والفحم.
- الميثان هو عنصر أساسي في إنتاج كحول الميثيل.
- يستخدم في صناعة الهيدروجين الذ يتم استخدامه في العديد من الصناعات الأخرى.
- هو من أهم العناصر المستخدمة في صناعة حمض الهيدروكلوريك، المستحدم في المختبرات، والكلووفورم الذي يستخدم في عمليات الإذابة يتم تصنيعه من الميثان.
- يستخدم الميثان في المصانع الكبيرة لتشغيل الآلات والمحركات والتوربينات.
- عند حرق غاز الميثان بشكلٍ غير كامل ينتج مركب ناد اسمه أسود الكربون، ويستخدم هذا المركب في زيادة قوة المطاط المستخدم في صناعة الإطارات والدهانات وحبر الطباعة.
- يستخدم بعد إضافة الأمونيا في صناعة السماد اللازم لنمو المحاصيل الزراعية.
غاز المستنقعات هو غاز الميثان وينتج عن طريق التحلل البكتيري اللاهوائي للمواد النباتية وفضلات الحيوانات العشبية أسفل الماء. وقديمًا كان غاز المستنقعات تتم معاملته كمادة خارقة للطبيعة وذلك نظرًا لقدرته على الاشتعال الذاتي والذي كان يحدث فجأة ويكون مرئيًا بوضوح وخصوصًا في الليل.
التركيب الكيميائي لغاز المستنقعات:
من وجهة نظر الكيمياء فإن غاز المستنقعات يعتبر أبسط عضو في سلسلة الهيدروكربونات الأليفاتية أو البارافين والذي يظهر بنوع الصيغة CnH2n + 2، والصيغة الكيميائية لغاز المستنقعات هي CH4، ويمكن العثور عليه بكثافة في الطبيعة كمكوِّن أساسي للغاز الطبيعي، ويتراوح حجم غاز الميثان في منطقة المستنقعات ما يتراوح من 50-80%، وإن كان على الأغلب يكون بنسبة 60%.
خصائص غاز المستنقعات:
لا يتسم غاز المستنقعات بأي لون أو رائحة لذا يعتبر شديد الخطورة عند استنشاقه بكميات كبيرة ولهذا أيضًا تم اعتباره لفترة طويلة من أعمال الجن أو المواد الخارقة للطبيعة، وهو أخف من الهواء وثقله النوعي 0.554 ويقبل الذوبان في الماء بشكل طفيف ولكنه أكثر قابلية للذوبان في الكحول الإيثيلي والإيثيلل الأثير.
غاز الميثان أو المستنقعات مستقر بشكل عام ويحترق بسهولة في الهواء وينجم عنه كل من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ويؤدي إلى لهب شاحب ومضيء قليلًا ولكنه ساخن جدًا، وعندما تكون نسبة غاز الميثان في الهواء من 5-14% فإنه يكون شديد الانفجار. وتبلغ درجة غليان غاز المستنقعات -161.7 درجة مئوية وحرارة الاحتراق 117.4 جول عند ضغط 289 كلفن و101 باسكال.
كيفية إنتاج غاز المستنقعات:
تتحلل المادة العضوية في ظل الظروف الطبيعية في حالة غياب الأكسجين أو ما يعرف بالظروف اللاهوائية عن طريق البكتيريا التي تؤدي إلى تكوين كل من CH4 و CO2 وتتمثل شبكة تفاعل الهضم اللاهوائي في تحوُّل البوليميرات العضوية إلى مونومرات بسيطة، وتتمثل البوليمرات العضوية في السكريات والبروتينات والدهون، وتتحول إلى سكريات أحادية وأحماض أمينية وأحماض دهنية متطايرة طويلة السلسلة وبيتيدات أي مونومرات بسيطة وذلك عن طريق الإنزيمات الموجودة خارج الخلية.
بالإضافة إلى ذلك فإن تلك المونومرات تتحوَّل إلى مركبات ذات وزن جزيئي منخفض مثل الأحماض الدهنية المتطايرة وحمض اللبنيك والكحول وغاز الهبدروجين ثم يتم إنتاج غاز الميثان أخيرًا من تلك المركبات خصوصًا من الأسيتات وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين.
يتشكل الميثان وفقًا لتحلل المواد العضوية بعد خطوتين أو ثلاث ويُطلق عليها التحلل المائي وتكوين الحمض وتكوين الميثان. فتتضمن الخطوة الأولى تحويل المركبات ذات الوزن الجزيئي الأعلى إلى مركبات يمكن استخدامها كمصدر للطاقة، وتتضمن الخطوة الثانية تحويل المركبات المنتجة في الخطوة الأولى إلى مركبات وسيطة ذات وزن جزيئي منخفض.
وأخيرًا الخطوة الثالثة التي تتضمن التحويل البكتيري للمركبات الوسيطة لتصبح ميثان وثاني أكسيد كربون وهما المنتجان النهائيان لعملية التحلل اللاهوائي للمواد العضوية في المستنقعات، ويعتقد الكثير من الباحثين أن الخطوتين الأولى والثانية يتزامنان معًا لذا يعتبرهما البعض خطوة واحدة.