Метан в окружающей среде. Аналитический обзор

Метан играет важную роль в экологических процессах на Земле. В атмосфере он является эффективным парниковым газом. Рост его концентрации приводит к гораздо более сильному парниковому эффекту по сравнению с аналогичным приростом (в процентах) в случае СО2. В работе рассмотрена история обнаружения метана в атмосфере, изменение его концентрации за 800 тыс. лет и за последнее столетие. Показано, что поведение концентраций метана в атмосфере в последнее время существенно определяется антропогенным воздействием. Метан присутствует на Земле в самых разнообразных резервуарах: почве, болотах, рисовых полях, озерах и океанах, в шахтах и т. д. Рассмотрены механизмы поступления метана в атмосферу из этих резервуаров. Показано, что имеется три основных источника метана: болота, крупный рогатый скот и рисовые поля. Большое внимание уделено влиянию метана на климат. Сделан вывод, что представления о катастрофических выделениях метана из почвы в зоне многолетней мерзлоты преждевременны. Обсуждена проблема промышленного использования метана, поступающего из различных источников.

Обзор рассчитан на специалистов в области охраны окружающей среды.

Methane plays an important role in the Earth ecological processes. In the atmosphere it is an effective greenhouse gas. The increase of its concentration results in a stronger greenhouse effect in comparison with a similar growth (in percent-age) of СО2.

The review treats the history of detecting methane in the atmosphere, its concentration changing during 800 thousand years and the last century. It is shown, that during the last years the behavior of methane concentration in the atmosphere is strongly determined by the anthropogenic impact. On the Earth methane is present in different reservoirs: soil, swamps, rice fields, lakes and oceans, mines, etc. The mechanisms of methane penetration from these reservoirs in the atmosphere are considered. It is shown that there are three main sources of methane: swamps, cattle and rice fields. Special attention is paid to the influence of methane on the climate. It is concluded, that the ideas on the methane catastrophic educing from the soil in the permafrost zone are premature. The problem of industrial use of methane from different sources is discussed.

The review is for specialists in the environment protection.

Метан находится во всех резервуарах нашей планеты: в атмосфере, воде океанов и пресных водоемов, в почве, глубоко под землей. Люди используют метан в качестве топлива и химического сырья. Источники метана в природе разнообразны и многочисленны. Метан является эффективным парниковым газом. Увеличение содержания метана в атмосфере способствует усилению парникового эффекта, так как метан интенсивно поглощает тепловое излучение Земли в инфракрасной области спектра на длине волны 7,66 мкм. С ростом содержания метана изменяются химические процессы в атмосфере, что может привести к ухудшению экологической ситуации на Земле. Естественно возникает вопрос об управлении химическими и физическими процессами, в которых принимает участие метан. Если молекулы метана попали в атмосферу, то они вовлекаются в процессы переноса и вступают в химические реакции, которые достаточно хорошо известны как качественно, так и количественно. Управление процессами непосредственно в атмосфере в глобальном масштабе практически исключено. До настоящего времени направленное воздействие на атмосферные процессы удавалось осуществлять только путем изменения мощности антропогенных источников. Поэтому очень важно понимать природу источников метана как естественных, так и антропогенных и оценивать их мощность с достаточной степенью достоверности.Метан может возникать в результате химической трансформации органического вещества. В том случае, если органическое вещество подвергается воздействию бактерий, метан называется бактериальным или микробным. Если его возникновение обязано термохимическим процессам, то он называется термогенным [148]. Бактериальный метан образуется в донных отложениях болот и других водоемов, в результате процессов пищеварения в желудках насекомых и животных (преимущественно жвачных). Термогенный метан зарождается в осадочных породах при их погружении на глубины 3–10 км, где осадочные породы подвергаются химической трансформации в условиях высоких температур и давлений.Метан, возникший в результате химических реакций неорганических соединений, называется абиогенным [148]. Он образуется обычно на больших глубинах в мантии земли. Возможным источником метана может служить реакция оливина с водой в присутствии углерода.Большие проблемы возникают с метаном, находящимся в угольных пластах. Предотвращение взрывов метана и использование шахтного метана является серьезной задачей.Цель обзора – рассмотреть источники метана, разнообразные аспекты и последствия присутствия метана в различных резервуарах планеты.