Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Микроорганизмдер арқылы метанның қалыптасуы
Formation of methane by microbes
Метаногенез немесе биометантану – энергияны сақтау үшін метангендер деп аталатын микроорганизмдердің жәрдемімен метанның пайда болуы. Энергияны сақтау мақсатында метан өндіретін организмдер тек Архея доменінен ғана анықталды, бұл эукариоттар мен бактериялардан филогенетикалық тұрғыдан ерекшеленетін топ, алайда олардың көпшілігі анаэробты бактериялармен тығыз байланыста өмір сүреді. Метанның өндірісі – микробтық метаболизмнің маңызды және кең таралған түрі. Оттегі жоқ ортада, ол биомассаның ыдырауының соңғы сатысы болып табылады. Метаногенез табиғи газ қорының маңызды бөлігіне жауап береді, ал қалғаны термогендік болып табылады.
Methanogenesis or biomethanation is the formation of methane coupled to energy conservation by microbes known as methanogens. Organisms capable of producing methane for energy conservation have been identified only from the domain Archaea, a group phylogenetically distinct from both eukaryotes and bacteria, although many live in close association with anaerobic bacteria. The production of methane is an important and widespread form of microbial metabolism. In anoxic environments, it is the final step in the decomposition of biomass. Methanogenesis is responsible for significant amounts of natural gas accumulations, the remainder being thermogenic.
Көміртегі циклының маңызы
Метаногенез – органикалық заттардың ыдырау процесінің соңғы кезеңі. Ыдырау процесінде электрон қабылдағыштар (мысалы, оттегі, темір(III), сульфат және нитрат) тозығып, ал сутек (H2) және көмірқышқыл газы жиналады. Ферментация нәтижесінде түзілген жеңіл органикалық заттар да жиналады. Органикалық заттардың кеңінен ыдырау кезеңдерінде, көмірқышқыл газынан басқа барлық электрон қабылдағыштар тозығып бітеді. Көмірқышқыл газы – көптеген катаболикалық процестердің өнімі болғандықтан, ол басқа электрон қабылдағыштар сияқты тозығып кетпейді. Көміртектен басқа электрон қабылдағыштардың болмауы жағдайында метаногенез және ферментация ғана жүзеге асуы мүмкін. Ферментация тек ірі органикалық қосылыстарды ыдыратып, шағын органикалық қосылыстарды ғана түзеді. Метаногенез ыдыраудың аралық өнімдерін: сутекті, шағын органикалық заттарды және көмірқышқыл газын тиімді түрде жояды. Метаногенез болмаған жағдайда, көміртегінің көп бөлігі (ферментация өнімдері түрінде) анаэробтық ортада жиналады.
Methanogenesis is the final step in the decay of organic matter. During the decay process, electron acceptors (such as oxygen, ferric iron, sulfate, and nitrate) become depleted, while hydrogen (H2) and carbon dioxide accumulate. Light organics produced by fermentation also accumulate. During advanced stages of organic decay, all electron acceptors become depleted except carbon dioxide. Carbon dioxide is a product of most catabolic processes, so it is not depleted like other potential electron acceptors. Only methanogenesis and fermentation can occur in the absence of electron acceptors other than carbon. Fermentation only allows the breakdown of larger organic compounds, and produces small organic compounds. Methanogenesis effectively removes the semi final products of decay: hydrogen, small organics, and carbon dioxide. Without methanogenesis, a great deal of carbon (in the form of fermentation products) would accumulate in anaerobic environments.
Қайтарушыларда
Кейбір жануарлардың, әсіресе кеуделі жануарлардың ішегінде ішек ферментациясы жүреді. Көкқарада анаэробты организмдер, оның ішінде метаногендер, целлюлозаны жануарға қоректік заттарға айналдырады. Егер осы микроорганизмдер болмаса, сиыр сияқты жануарлар шөп жей алмас еді. Метаногенездің пайдалы өнімдері ішекте сіңіріледі, ал метан жануардан негізінен қақпақ арқылы (эруктация) шығарылады. Орташа сиыр күніне шамамен 250 литр метан бөліп шығарады. Осылайша, кеуделі жануарлар антропогендік метан шығарындыларының шамамен 25%-ын құрайды. Метан өндірісін бақылаудың бір жолы – кеуделі жануарларды 3-нитрооксипропанолмен қоректендіру.
Enteric fermentation occurs in the gut of some animals, especially ruminants. In the rumen, anaerobic organisms, including methanogens, digest cellulose into forms nutritious to the animal. Without these microorganisms, animals such as cattle would not be able to consume grasses. The useful products of methanogenesis are absorbed by the gut, but methane is released from the animal mainly by belching (eructation). The average cow emits around 250 liters of methane per day. In this way, ruminants contribute about 25% of anthropogenic methane emissions. One method of methane production control in ruminants is by feeding them 3 nitrooxypropanol.
Адамда
Кейбір адамдар организмде метан құрамында газ (жел) түзеді. Тоғыз ересек адамның нәжісін зерттеуде, бес үлгіде метан өндіре алатын археялар анықталды. Осыған ұқсас нәтижелер тік ішекте алынған газ үлгілерінде де кездеседі. Метаны бар газ түзеңдердің арасында да, оның мөлшері жалпы газ көлемінің 10% немесе одан аз құрайды.
Some humans produce flatus that contains methane. In one study of the feces of nine adults, five of the samples contained archaea capable of producing methane. Similar results are found in samples of gas obtained from within the rectum. Even among humans whose flatus does contain methane, the amount is in the range of 10% or less of the total amount of gas.
Өсімдіктерде
Көптеген эксперименттер тірі өсімдіктердің жапырақ тіндері метан шығаратынын көрсеткен. Басқа зерттеулер өсімдіктердің метанды өндірмейтінін, тек топырақтан метанды сіңіріп, содан кейін жапырақ тіндері арқылы шығаратынын көрсетті.
Many experiments have suggested that leaf tissues of living plants emit methane. Other research has indicated that the plants are not actually generating methane; they are just absorbing methane from the soil and then emitting it through their leaf tissues.
Топырақта
Метаногендер оттегі жоқ топырақ ортасында кездеседі және органикалық заттардың ыдырауына көмектеседі. Бұл органикалық заттар адамдар тарапынан полигонға тастау арқылы, көлдер мен мұхиттардың түбінде шөгінділер түрінде көмілу арқылы, сондай-ақ шөгінді тау жыныстарына айналған шөгінділерден қалған қалдық органикалық заттар ретінде орналасуы мүмкін.
Methanogens are observed in anoxic soil environments, contributing to the degradation of organic matter. This organic matter may be placed by humans through landfill, buried as sediment on the bottom of lakes or oceans as sediments, and as residual organic matter from sediments that have formed into sedimentary rocks.
Жер қыртысында
Метаногендер құрлықтағы және теңіздердегі терең биосферадағы микробтық қоғамдастықтардың маңызды бөлігін құрайды.
Methanogens are a notable part of the microbial communities in continental and marine deep biosphere.
Өнеркәсіп
Метаногенезді органикалық қалдықтарды өңдеу үшін, пайдалы қосылыстар өндіру үшін де пайдалануға болады, ал метанды биогаз ретінде жинап, отын етіп қолдануға болады. Қоқыс полигондарына тасталған көптеген органикалық заттардың ыдырауының негізгі жолы осы. Кейбір биогаз станциялары метаногенезді пайдаланып, сутегімен біріктіріп, одан да көп метан жасауға қолданады.
Methanogenesis can also be beneficially exploited, to treat organic waste, to produce useful compounds, and the methane can be collected and used as biogas, a fuel. It is the primary pathway whereby most organic matter disposed of via landfill is broken down. Some biogas plants use methanogenesis to combine the with hydrogen to create more methane.
Глобалды жылынудағы рөлі
Атмосферадағы метан – маңызды парниктік газ, оның жаһандық жылыну әлеуеті көмірқышқыл газынан 25 есе артық (100 жылдық орташа есеп бойынша), сондықтан мал шаруашылығындағы метаногенез және органикалық заттардың шіруі жаһандық жылынуға елеулі үлес қосады. Ол тікелей жаңа көмірқышқыл газын шығармайтындықтан, жалпы үлес беруші емес болуы мүмкін, бірақ оның әсері көмірқышқыл газын күштірек парниктік газ – метанға айналдыру болып табылады.
Atmospheric methane is an important greenhouse gas with a global warming potential 25 times greater than carbon dioxide (averaged over 100 years), and methanogenesis in livestock and the decay of organic material is thus a considerable contributor to global warming. It may not be a net contributor in the sense that it works on organic material which used up atmospheric carbon dioxide when it was created, but its overall effect is to convert the carbon dioxide into methane which is a much more potent greenhouse gas.
Жерден тыс тіршілік
Атмосферадағы метанның болуы ғарыштық тіршілікті ғылыми тұрғыдан іздеуде маңызды рөл атқарады. Себебі астрономиялық уақыт өлшемі бойынша, Жерге ұқсас аспан денелерінің атмосферасындағы метан тез ыдырайды, сондықтан оның мұндай планетада немесе серікте болуы оны бірдеңе толықтырып отырғанын көрсетеді. Егер метан анықталса (мысалы, спектрометрді пайдалану арқылы), онда бұл сол жерде тіршілік бар екенін немесе жақында болғанын көрсетеді. Бұл мәселе NASA-ның Годдард Ұшу орталығының ғалымы М. Дж. Мумма Марстың атмосферасында метан тапқан кезде және «Марс Экспресс» орбиталық станциясы (2004) мен Титан атмосферасында «Гюйгенс» зонды (2005) растаған кезде талқыланды. «Кьюриосити» марсоходы Марста «ұқыпты, метанның өрбулерін» тапқаннан кейін бұл пікірталас жалғасты. Атмосферадағы метан вулкандардан немесе планета қабығының басқа да жарықтарынан шығуы мүмкін, ал изотоптық белгісіздік болған жағдайда оның пайда болуын немесе көзін анықтау қиын болуы мүмкін. 2017 жылдың 13 сәуірінде NASA «Кассини» орбиталық станциясының 2015 жылдың 28 қазанындағы суға батып кіруі кезінде метаногенез негізінде тіршілік ететін организмдерге қоректік заттар беретін Энцеладтың шұбатын тапқанын растады. 2015 жылдың наурыз айында жарияланған бұрынғы нәтижелер ыстық су Энцелад теңізінің астындағы тау жыныстарымен әрекеттеседі деген жорамалды ұсынған еді. Жаңа жаңалық бұл тұжырымды қолдап, тау жыныстары химиялық реакцияға түсіп жатқандай көрінеді. Осы байқаулардың нәтижесінде ғалымдар шұбаттағы газдың 98 пайызы су, 1 пайызы сутек екенін, ал қалғаны көмірқышқыл газы, метан және аммиак сияқты басқа молекулалардың қоспасы екенін анықтады.
The presence of atmospheric methane has a role in the scientific search for extra terrestrial life. The justification is that on an astronomical timescale, methane in the atmosphere of an Earth like celestial body will quickly dissipate, and that its presence on such a planet or moon therefore indicates that something is replenishing it. If methane is detected (by using a spectrometer for example) this may indicate that life is, or recently was, present. This was debated when methane was discovered in the Martian atmosphere by M. J. Mumma of NASA's Goddard Flight Center, and verified by the Mars Express Orbiter (2004) and in Titan's atmosphere by the Huygens probe (2005). This debate was furthered with the discovery of 'transient', 'spikes of methane' on Mars by the Curiosity Rover. It is argued that atmospheric methane can come from volcanoes or other fissures in the planet's crust and that without an isotopic signature, the origin or source may be difficult to identify. On 13 April 2017, NASA confirmed that the dive of the Cassini orbiter spacecraft on 28 October 2015 discovered an Enceladus plume which has all the ingredients for methanogenesis based life forms to feed on. Previous results, published in March 2015, suggested hot water is interacting with rock beneath the sea of Enceladus; the new finding supported that conclusion, and add that the rock appears to be reacting chemically. From these observations scientists have determined that nearly 98 percent of the gas in the plume is water, about 1 percent is hydrogen, and the rest is a mixture of other molecules including carbon dioxide, methane and ammonia.