甲烷=沼氣？
日常生活中大家談?wù)撈鸺淄?，也許大多都會(huì)將其與沼氣劃上等號(hào)。誠(chéng)然，甲烷是沼氣的最主要成分（50%-80%），但是后者還包括有二氧化碳（20%-40%）、氮?dú)猓?%-5%）、氫氣（<1%）、氧氣（<0.4%）及硫化氫（0.1%-3%）等氣體，因此并不能簡(jiǎn)單地將甲烷等同于沼氣。同樣地，天然氣或煤氣雖然也主要由甲烷組成，但同時(shí)還包含他多種體。
那什么是甲烷？
甲烷，化學(xué)式為CH4，是最簡(jiǎn)單的有機(jī)物。甲烷分子為四面體結(jié)構(gòu)，四個(gè)鍵的鍵長(zhǎng)相同鍵角相等。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的甲烷是一種無(wú)色無(wú)味的氣體。甲烷由于其高度可燃性，通常是作為燃料（天然氣及沼氣等的主要成分）為我們?nèi)粘Ｉ钏?。并且甲烷也可作為化工原料，廣泛應(yīng)用于氫氣、一氧化碳、乙炔及甲醛等的制造。
人類(lèi)發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識(shí)甲烷的歷程
說(shuō)到人類(lèi)對(duì)于甲烷最早的發(fā)現(xiàn)，那自非我們勤勞智慧的中華民族莫屬。我國(guó)西周時(shí)期（前1046年-前771年）成書(shū)的《易經(jīng)》在談到一些自然界發(fā)生的現(xiàn)象時(shí)就說(shuō)：“象曰：澤中有火。’”這里的“澤”就是沼澤。而“火井”則是我國(guó)古代人們給天然氣井的形象命名。不過(guò)由于技術(shù)與認(rèn)識(shí)的局限，古代的中國(guó)人并沒(méi)有將甲烷與天然氣區(qū)分開(kāi)來(lái)進(jìn)行單獨(dú)的研究。直到18世紀(jì)，甲烷才被歐洲的科學(xué)家們進(jìn)行了科學(xué)的研究。1790年英國(guó)醫(yī)生奧斯汀研究發(fā)現(xiàn)甲烷燃燒生成水和二氧化碳，從而確定甲烷是碳和氫的化合物。在隨后的漫長(zhǎng)歲月里，通過(guò)一代代化學(xué)家不懈的努力，人類(lèi)對(duì)于甲烷的認(rèn)識(shí)逐漸清晰。1874年，范霍夫提出了甲烷的四面體假說(shuō)：即甲烷分子中，碳原子位于正四面體的中心，連接氫原子的四個(gè)鍵伸向四面體的四個(gè)頂點(diǎn)。在此之后，隨著化學(xué)鍵概念以及量子化學(xué)的先后誕生，人類(lèi)對(duì)于甲烷分子構(gòu)型的理論解釋才日漸完善。
不僅僅只是燃料
前面已經(jīng)提到，甲烷是天然氣的最主要成分，作為一種清潔能源得到了廣泛的普及使用。隨便試想一下：當(dāng)你饑腸轆轆回家后打開(kāi)燃?xì)庠顓s發(fā)現(xiàn)家里斷氣無(wú)法生火做飯只能挨餓，當(dāng)你有急事外出好不容易攔到一輛的士但是司機(jī)卻告訴你的士就快沒(méi)氣了不能載客……是不是忽然才發(fā)現(xiàn)甲烷原來(lái)在我們的生活中扮演著如此重要的角色？然而，甲烷對(duì)于人類(lèi)的重要性絕不僅是燃料二字可以囊括的。
也許為許多人所不知的是，甲烷也是一種主要的溫室氣體，并且是使人類(lèi)造成全球氣候變暖的第二大溫室氣體。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究，以單位分子數(shù)而言，甲烷的溫室效應(yīng)要比二氧化碳大上25倍。而最新的計(jì)算方式甚至得出甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳強(qiáng)72倍。在全球氣候持續(xù)變暖的大環(huán)境下，當(dāng)你知道了甲烷的這一屬性后，是否對(duì)這一小小的氣體也陡增了一絲絲復(fù)雜的情感呢？
甲烷從何而來(lái)？
甲烷的產(chǎn)生，除了來(lái)自大自然，如海洋、永凍層和一些濕地外，人類(lèi)的活動(dòng)是其最大的來(lái)源。導(dǎo)致甲烷排放的主要人類(lèi)活動(dòng)為畜牧業(yè)和生質(zhì)燃燒（在開(kāi)墾土地或改變土地用途時(shí)燃燒土地上的草木）。據(jù)專(zhuān)家報(bào)告，全球的牛、羊等反芻動(dòng)物每年至少產(chǎn)生了8千萬(wàn)噸的甲烷，不僅加速了氣候暖化進(jìn)程，而且還導(dǎo)致了飼料中營(yíng)養(yǎng)和能量的損失。值得關(guān)注的是，大自然和家畜所排放的甲烷都是經(jīng)由一類(lèi)微生物的代謝活動(dòng)所產(chǎn)生，那就是甲烷菌。
甲烷菌是一類(lèi)嚴(yán)格厭氧的古細(xì)菌，在自然界中分布極為廣泛：海底沉積物、河湖淤泥、沼澤地、水稻田、反芻動(dòng)物瘤胃、以及人和動(dòng)物的腸道，甚至是植物體內(nèi)都有甲烷菌的存在。自然界中的甲烷菌通過(guò)降解有機(jī)廢物產(chǎn)生甲烷，而反芻動(dòng)物瘤胃中甲烷菌的甲烷生產(chǎn)也在相當(dāng)程度上促進(jìn)了纖維飼料的消化分解。事實(shí)上，反芻動(dòng)物瘤胃中產(chǎn)生的甲烷是通過(guò)噯氣從嘴部排放的，并不是像插圖中描繪的那樣（當(dāng)然插圖的重點(diǎn)在于夸張的喜劇效果），而人和動(dòng)物排放的甲烷則確實(shí)是由后腸道的甲烷菌所產(chǎn)生的。順便說(shuō)說(shuō)相關(guān)的一個(gè)奇聞：《新西蘭先驅(qū)報(bào)》曾報(bào)道該國(guó)一名男子在醫(yī)院接受痔瘡移除手術(shù)時(shí)突然放了個(gè)屁，沒(méi)想到其中的甲烷接觸到醫(yī)生手中的透熱療法儀器，立即引發(fā)了一場(chǎng)小型火災(zāi)，導(dǎo)致病人被燒傷。。。
甲烷與物種滅絕
2.52億年前的二疊紀(jì)末期，一場(chǎng)全球性災(zāi)難讓超過(guò)90%的海洋物種和70%的陸地脊椎動(dòng)物滅絕，這是地球經(jīng)歷的5次物種滅絕中規(guī)模最大的一次。美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員最近在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上提出了新的假設(shè)：引發(fā)這場(chǎng)浩劫的罪魁禍?zhǔn)资且环N名為甲烷八疊球菌的甲烷菌。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在那個(gè)時(shí)期，西伯利亞發(fā)生了一次災(zāi)難性的火山噴發(fā)，大量增加了海洋中的鎳濃度，而這種金屬元素恰恰非常有利于甲烷八疊球菌的生長(zhǎng)。甲烷八疊球菌的瘋狂繁殖向大氣層排放大量甲烷，從而導(dǎo)致氣候急劇升溫，同時(shí)使海洋酸度增大，從根本上改變了海洋的化學(xué)成分，導(dǎo)致許多物種失去了適宜居住的環(huán)境，在海洋中生活了數(shù)億年的三葉蟲(chóng)和廣翅鱟就此消失……
結(jié)語(yǔ)
甲烷雖然聞不到看不見(jiàn)摸不著，但在我們?nèi)祟?lèi)的生存及生活中卻發(fā)揮著相當(dāng)重大的作用。為了保證人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展，如何減少甲烷排放并對(duì)其加以充分利用，已經(jīng)成為許多國(guó)家及機(jī)構(gòu)的工作與研究重點(diǎn)。筆者希望這篇短文的讀者們對(duì)此也能有所收獲和感悟。