Hogyan képződik a kőszén?

A szenet hosszú ideje és hatalmas mennyiségben használjuk, azonban a képződésében még mindig vannak kevésbé ismert pontok. Egy amerikai kutatócsoport a kőszénnel együtt keletkező metánt vizsgálta, a kutatásról a Pennsylvania Állami Egyetem számolt be.

A szén élete úgy kezdődik, hogy egy vizes élőhelyen lévő fák vagy más növények anyaga a vízbe hullva hamar betemetődik, ebből először tőzeg képződik, később lignitté, barnakőszénné, feketekőszénné, végül antracittá válik, miközben egyre jobban betemetődik, s egyre mélyebbre kerül a föld alá. A világ nagy kőszénfelhasználói, mint például India vagy Kína, jórészt olyan szenet égetnek, amely még e folyamat elején jár, vagyis lignitet és barnakőszenet, ez a típus pedig nemcsak alacsonyabb fűtőértékű, de elégetésekor a legnagyobb üvegházgáz-szennyezést is ez okozza. Részleges megoldásként a bányákból külön metánkutak segítségével a szénnel együtt található metán egy részét igyekeznek kivonni, azonban ez nem túl hatékony folyamat, a metánkutak ugyanis csak rövid ideig üzemelnek. Egy-egy ilyen kút elkészítése igen költséges, és gyakori, hogy alig egy hónap alatt kimerül az adott kút. A kutatók most arra akartak rájönni, hogy elsődlegesen miként képződik maga a metán a szénből, hátha kiderül, minek köszönhető, hogy elapadnak a kutak. A szénhez kötött metán önmagában is gazdasági hasznot hajtana, ha külön kitermelhető volna, részint emiatt is érdekes a szénmezőkből való kivonása.

Az ismert, hogy a szénben lévő metoxi-csoportok alakulnak metánná, ám magát a folyamatot nem túl jól értik a szakemberek. Ezért a kutatók most a szén metoxi-csoportokba épülő stabil izotópjai segítségével igyekeztek a részleteket feltárni. A biológiai folyamatok általában az adott elem egyik izotópját előnyben részesítik, így egy biológia átalakulást követően megváltozik az izotópok aránya az alapanyagban. Ha nem biológiai reakciók során alakul át a szén, akkor az arányok változatlanok maradnának.

A kutatók most a fától kezdődően egészen a feketekőszénig minden egyes lépcsőfok esetén megmérték a metoxi-csoportokban a szén 12-es és 13-as izotópjának arányát, és ebből egyértelműen kiderült, hogy a szénképződés folyamata mindenképp biológiai közreműködéssel zajlik. A kutatók arra jutottak, hogy a metoxi-csoportokat baktériumok enzimeik segítségével levágják és metánná alakítják, ám, ha elfogynak a metoxi-csoportok, akkor leáll a baktériumok metántermelése – ezért apadnak el a metánkutak.

A folyamat annyiban különösen érdekes volt, hogy a baktériumok az enzimeiket a sejtjeiken kívülre bocsátották, mivel ők maguk nem férnek közel a széntartalmú, gyűrű alakú molekulákhoz, amelyeken a metoxi-csoportok találhatóak. A felfedezés azt is jelenti, hogy a szénhez kötött metán képződésében maga a szén, pontosabban annak metoxi-csoportjai a korlátozó tényezők.

A korábbi elképzelések szerint a szén kialakulása során csupán a folyamat legelején, a tőzeggé alakuláskor lépnek fel biológiai hatások, ám a mostani kutatásból az derült ki, hogy jóval tovább hatnak a mikrobák a szénképződésben. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy a föld mélyén lévő, alig-alig ismert mikrobák alkotta közösség geológiai időléptékben is közreműködött a széntelepek létrehozásában.

.