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甲烷：從燃料到溫室氣體的多重角色

01.甲烷的基本性質(zhì)

甲烷與沼氣有何異同？

甲烷是一種無(wú)色無(wú)味的可燃性氣體，作為沼氣、天然氣和煤氣的主要成分，其分子結(jié)構(gòu)為四面體。它在日常生活中常與沼氣聯(lián)系在一起，其實(shí)，甲烷是沼氣的主要成分，占比高達(dá)50%-80%。然而，沼氣不僅僅包含甲烷，還包括二氧化碳（20%-40%）、氮?dú)猓?%-5%）、氫氣（1%）、氧氣（0.4%）以及硫化氫（0.1%-3%）等多種氣體。因此，簡(jiǎn)單地將甲烷等同于沼氣并不準(zhǔn)確。同樣地，天然氣和煤氣也主要由甲烷構(gòu)成，但其中還混合有其他多種氣體。

甲烷，以其化學(xué)式CH4示人，被譽(yù)為最簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物。其分子結(jié)構(gòu)呈四面體，且四個(gè)鍵的長(zhǎng)度與角度均保持一致。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，甲烷展現(xiàn)為一種透明且無(wú)味的氣體。憑借其高度的可燃性，甲烷已成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡娜剂蟻?lái)源，如天然氣和沼氣的主要成分便體現(xiàn)了其廣泛的應(yīng)用。

▲ 甲烷的重要角色

甲烷不僅在日常生活中扮演著重要能源的角色，它在化學(xué)工業(yè)中也有著舉足輕重的地位，為氫氣、一氧化碳、乙炔以及甲醛等的生產(chǎn)提供了重要的原料。從古代的《易經(jīng)》中提及的“澤中有火”到現(xiàn)代科學(xué)對(duì)甲烷分子構(gòu)型的深入理解，人類(lèi)對(duì)甲烷的認(rèn)知經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的旅程。甲烷作為一種清潔能源，其廣泛的應(yīng)用讓人驚嘆：從我們?nèi)粘Ｅ腼兯璧奶烊粴獾焦I(yè)生產(chǎn)中不可或缺的原料，甲烷無(wú)處不在，無(wú)聲無(wú)息中改變著我們的生活。

02.甲烷對(duì)環(huán)境與物種的影響

▲ 甲烷的溫室效應(yīng)

甲烷，這一在化學(xué)與生活中扮演重要角色的氣體，其實(shí)還隱藏著許多鮮為人知的秘密。它不僅是全球氣候變暖的推手之一，更是導(dǎo)致物種滅絕的重要誘因。甲烷的溫室效應(yīng)不容忽視。相關(guān)研究顯示，甲烷的溫室效應(yīng)在單位分子數(shù)上高達(dá)二氧化碳的25倍，甚至有最新計(jì)算方式指出其溫室效應(yīng)可達(dá)二氧化碳的72倍。這一驚人的發(fā)現(xiàn)，讓我們不得不重新審視這一日常中常見(jiàn)的氣體。

▲ 甲烷的來(lái)源與生物關(guān)系

甲烷的產(chǎn)生不僅限于自然界的海洋、永凍層和濕地，人類(lèi)的活動(dòng)也是其重要來(lái)源。畜牧業(yè)和生質(zhì)燃燒等活動(dòng)所產(chǎn)生的甲烷，不僅加劇了全球氣候變暖的速度，還造成了飼料中營(yíng)養(yǎng)和能量的損失。值得注意的是，無(wú)論是自然界的甲烷還是家畜排放的甲烷，都是由一種名為甲烷菌的微生物通過(guò)代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的。

甲烷菌，這類(lèi)嚴(yán)格厭氧的古細(xì)菌，在自然界中廣泛分布。它們不僅在海底沉積物、河湖淤泥和沼澤地等環(huán)境中發(fā)揮著重要作用，還在反芻動(dòng)物瘤胃和人類(lèi)腸道中參與甲烷的生產(chǎn)。事實(shí)上，反芻動(dòng)物瘤胃中的甲烷菌在促進(jìn)纖維飼料消化分解方面起到了關(guān)鍵作用，而人類(lèi)腸道中的甲烷菌則與我們的日常排放息息相關(guān)。

▲ 甲烷與物種滅絕

此外，甲烷與物種滅絕之間也存在某種聯(lián)系。雖然具體機(jī)制尚不明確，但科學(xué)家們推測(cè)甲烷的大量排放可能對(duì)地球的氣候和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，進(jìn)而影響了物種的生存與滅絕。二疊紀(jì)末期的全球性災(zāi)難導(dǎo)致超過(guò)90%的海洋物種和70%的陸地脊椎動(dòng)物滅絕。這是地球歷史上五大物種滅絕事件中規(guī)模最大的一次。美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員近期在《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上提出新假設(shè)，認(rèn)為引發(fā)這場(chǎng)大滅絕的元兇是名為甲烷八疊球菌的甲烷菌。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)西伯利亞發(fā)生的災(zāi)難性火山噴發(fā)，顯著增加了海洋中的鎳含量，而這種金屬元素恰好是甲烷八疊球菌生長(zhǎng)的理想養(yǎng)分。隨后，甲烷八疊球菌的數(shù)量急劇增加，大量排放甲烷至大氣層，導(dǎo)致氣候急劇升溫，同時(shí)海洋酸度上升，徹底改變了海洋的化學(xué)平衡。這一系列變化使得眾多物種失去了原有的棲息地，最終導(dǎo)致在海洋中生活了數(shù)億年的三葉蟲(chóng)和廣翅鱟等生物的滅絕。

甲烷，這種無(wú)色無(wú)味且難以捉摸的氣體，在我們的生活和可持續(xù)發(fā)展中卻扮演著舉足輕重的角色。為了確保人類(lèi)的長(zhǎng)期繁榮，減少甲烷排放并有效利用這一資源，已成為眾多國(guó)家和研究機(jī)構(gòu)的共同使命。

轉(zhuǎn)載：互聯(lián)網(wǎng)