Může metan vznikat z diamantů?  
Už déle než století se spekuluje o tom, jestli v zemských hlubinách vzniká metan abiotickou cestou. Do zemského pláště, desítky kilometrů pod zem, se dostaneme jen stěží. Podmínky, jaké tam panují, si ale můžeme vytvořit v laboratoři vysokých tlaků. Hádejte, co se stane, když pustíte horký vodík na hodně stlačené diamanty?
Nečekaný zdroj metanu. Kredit: Pixabay/CC0 Public Domain.
Nečekaný zdroj metanu. Kredit: Pixabay/CC0 Public Domain.

Dnešní doba je posedlá uhlíkem, v dobrém i ve zlém. Globální cyklus uhlíku se přitom z valné většiny odehrává v hlubinách Země. A nejspíš nepřekvapí, že o této části koloběhu uhlíku víme jen velice málo. Zároveň je pro nás důležité pochodům s uhlíkem porozumět, abychom tušili, co od planety v tomto směru můžeme čekat.

 

Alberto Vitale Brovarone. Kredit: A. V. Brovarone.
Alberto Vitale Brovarone.
Kredit: A. V. Brovarone.

Pokud jde o osud uhlíku hluboko pod námi, jednou z velkých záhad je role diamantů. Jak říká Alberto Vitale Brovarone z italské Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, už delší dobu tušíme, že po rozkladu metanu mohou z takto uvolněného uhlíku vznikat diamanty. Až doposud ale nebylo moc jasné, zda tenhle proces může běžet i opačně.

 

Teorie o tom, že v hlubinách Země vzniká metan v důsledku abiotických procesů, s nimiž nemají živé organismy nic moc společného, se objevují už déle než století. Brovarone s kolegy se rozhodli to pořádně prověřit. Do zemských hlubin se bohužel jen tak nedostaneme. Můžeme si je ale udělat v laboratoři.

 

Logo. Kredit: Università di Bologna.
Logo. Kredit: Università di Bologna.

Badatelé použili populární diamantovou kovadlinu (diamond anvil cell), kterou tvoří dva diamanty a zařízení, které je značnou silou tlačí proti sobě. V diamantové kovadlině vytvořili tlak 0,5 – 3 GPa, který odpovídá podmínkám v zemském svrchním plášti, v hloubkách pod 70 kilometrů. Pak do experimentu pustili plynný vodík o teplotě 300 °C. Výsledkem byl rychlý vznik molekul metanu, čili CH4. Při teplotách kolem 500 °C a vyšších se jim v experimentu objevoval také etan a další lehké uhlovodíky. Experimenty přitom vyhodnocovali s pomocí Ramanovy spektroskopie.

 

Podle Brovaroneho v tomto experimentu vytvořili model podmínek ve svrchním plášti, pokud jde o teplotu a tlak. Pak se stali svědky, jak stlačený diamant reaguje s vodíkem a během pár sekund vzniká metan. Vědci jsou přesvědčeni, že metan a podobné uhlovodíky skutečně mohou vznikat v zemských hlubinách abiotickou cestou a že tento mechanismus může hrát klíčovou roli v koloběhu uhlíku.

 

Brovarone s kolegy se nespokojili s diamanty. Experiment zopakovali s grafitem, a také s uhlíkovým sklem. V obou případech jim metan vznikal ještě rychleji a ještě ve větším množství, než v pokusech s diamanty. Výsledky výzkumu ukazují, že uhlíkové materiály, jako je diamant, grafit a další formy uhlíku, mohou fungovat jako významné zdroje metanu ve svrchním plášti Země.

 

Video: Quantities and Movements of Deep Carbon - Alberto Vitale Brovarone

 

Literatura

Phys.org 10. 12. 2021.

Nature Communications 12: 6387.

Datum: 13.12.2021
Tisk článku



Diskuze:

Mendělejev

Marek Zelenka,2021-12-14 12:33:06

Abiotický vznik uhlovodíků vysvětlil už dávno Mendělejev před 120 lety. Voda na dně moře se dostává ve formě páry do vulkanických procesů podmořských sopek. Vodík vzniká snadno, a pokud je stlačen až do ložisek s karbidy kovů, uhlovodíky jsou na světě. Není k tomu potřeba vůbec nic biotického, kromě pozdější kontaminace takového ložiska biologickým markerem pro zajištění víry v biologický původ uhlovodíků - pro zajištění patřičných cen takové komodity.

Odpovědět


Re: Mendělejev

Florian Stanislav,2021-12-14 17:12:35

Sopečné plyny neobsahují vodík. nechápu ani jak by vulkanicky vodík mohl vznikat.
Uhlovodíky vznikají reakcí karbidů s vodou, snad i s horkou párou.
Uhlí vzniká z rostlin nepochybně, biologický původ ropy lze těžko vyvrátit, nejen kvůli poměru izotopů, ale i kvůli místu vzniku. Severní Amerika byla kdysi rozdělena zhruba podle dnešní Misissippi rozlehlým mělkým mořem v jižní části. Dnes se v Texasu těží ropa.
"Zbytky drobných živočichů a rostlin, které se spolu s bahnem usazovaly na dně klidných mořských zátok, mohou dát vzniknout ložiskům ropy a zemního plynu. ... Při termogenické přeměně organické hmoty vznikají jak plynné uhlovodíky (zemní plyn), tak tekuté uhlovodíky (ropa) i pevné uhlovodíky (asfalt)."

Odpovědět


Re: Re: Mendělejev

Jan Novák9,2021-12-14 20:50:45

Vodík může vznikat samovolným rozkladem vody při teplotách tekuté lávy. Jak ví každý slévač.
0,5 - 1,39% vodíku, i metan a amoniak. Většinou H2O, vodík po spálení :-))
https://cs.wikipedia.org/wiki/Sope%C4%8Dn%C3%A9_plyny

Odpovědět


Re: Re: Re: Mendělejev

Marek Zelenka,2021-12-14 23:19:02

Tak. Jeden čas se běžně vodík rozkladem vodní páry průmyslově vyráběl jako tzv. svítiplyn a poháněl pouliční lampy. Abiotický vznik ropy je laboratorně mnohokrát prokázán, biotický vznik je dosud pouhá víra, nic vědecky prokazatelného, empiricky ověřitelného.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Mendělejev

Florian Stanislav,2021-12-15 15:11:16

Laboratorně lze prokázat leccos, jaké jsou ale podmínky a možné reagující složky uvnitř Země, to je věc jiná.
Ve škole ještě před pár desítkami se let se učilo to, co dnes bez základních znalostí se nemusí podařit na internetu na první ránu najít. Viz dále.
Svítiplyn
• zdroj – tepelná karbonizace černého a hnědého uhlí. Podle teploty zahřívání je rozlišována nízkoteplotní (do teploty 500 – 550 °C hlavně hnědé uhlí) a vysokoteplotní karbonizace
(500 – 1000 °C) hlavně černé uhlí.
• umělý plyn s obsahem vodíku (H2) 40-60%,metanu (CH4) 12-25%, oxidu uhelnatého (CO) 3,5-19 %
Vodní plyn
Připravuje se tak, že se vodní pára vede přes koks rozžhavený na vysokou teplotu. Vodní plyn vzniká endotermickou reakcí C + H2O → CO + H2
Vodní plyn je směs vodíku a oxidu uhelnatého. Vodík tvoří zhruba 48 % směsi, oxid uhelnatý 43 %.

Takže rozžhavený koks ( uhlík) v nitru Země asi nic moc.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Mendělejev

Marek Zelenka,2021-12-18 12:48:40

Florian Stanislav: Nikdo netvrdil nikde, že uvnitř Země je rozžhavený koks. Já jsem psal o karbidech kovů podle Mendělejeva. Nevím jestli si toho všímáte, ale používáte různé druhy manipulace při argumentaci s oponentem. Vodík z vody prostě oddělit jde, není na tom nic těžkého, vyžaduje to jen určitou energii. Potřebujete teploty a tlak. A toto všechno máte uvnitř Země samo sebou.

A pokud jde laboratorně dokázat lecos (podle vašich vlastních slov), tak právě biologický vznik ropy mezi to nepatří. Proto se jedná jen o víru.

Na téma svítiplynu a celé průmyslové výroby tzv. vodíkového plynu disponuji Technickým slovníkem naučným od Teyssler-Kotyčka, kompletních 17 svazků. Informace z něj na internetu nenaleznete. Tedy zase se mi snažíte něco podsunout. Jak říkám, dost ošoupané manipulační triky :-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Mendělejev

Florian Stanislav,2021-12-18 18:47:38

Marek Zelenka psal :" vodík rozkladem vodní páry průmyslově vyráběl jako tzv. svítiplyn "
Komentář:
To ve svém technickém slovníku jistě nenajdete.
Svítiplyn vzniká karbonizací uhlí. Bez vodní páry. Svítiplyn nemůže mít proměnné složení, protože se používal v otevřených hořácích a byl jedovatý kvůli CO. takže svítiplyn není generátorový smíšený plyn, kde se pára užívá, viz dále.
To, že obsahuje vodík neznamená, že vzniká z vodní páry.
Z vodní páry a uhlí vzniká vodní plyn.
Generátorový smíšený plyn (zplynění uhlí nebo koksu vzduchem s přídavkem vodní páry)- není to tedy svítiplyn.
Opakuji:https://www.vut.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=54863
2.1.3. Termický rozklad vody [13]
"Termický rozklad vody probíhá při teplotách 2 500 - 3 000 °C...
https://cs.wikipedia.org/wiki/Magma
"Fyzikální vlastnosti magmatu
Teplota taveniny se pohybuje v rozmezí hodnot 590 °C až 1 400 °C a její krystalizační teplota souvisí s obsahem vodních par v tavenině. Pokud magma obsahuje vodu, jeho teplota dosahuje nižších hodnot. Bez obsahu vody se může jeho teplota pohybovat i okolo 1 500 °C (tzv. suché magma)."
Tato teplota k termickému rozkladu vody nestačí.
Zvýšený tlak nepomůže rozkladu, protože tlak podporuje reakci směrem k menšímu objemu.
Rozklad vody je k většímu objemu. 2H20 ---> 2H2+O2

Když argumentujete : Nikdo netvrdil nikde, že uvnitř Země je rozžhavený koks, je to v pořádku. Uvnitř Země je velmi malé množství nesloučeného uhlíku ( grafit, diamant).
Z Vaší argumentace vzniku vodíku u svítiplynu ovšem plyne, že kos (uhlík) k tomu potřebujete.


Základní vlastností vodíku že vzniká reakcí vody s méně ušlechtilými kovy, včetně železa. To se ovšem volně z zemské kůře nevykytuje. Zemskou kůru tvoří oxidy, nejvíc SiO2.
Železo je ve vnitřním jádru (poloměr přibližně 1 220 km).

Rád bych tímto diskuzi ukončil, nic jiného, než fakta nemá smysl řešit.

Odpovědět


Re: Re: Re: Mendělejev

Florian Stanislav,2021-12-14 23:21:18

Nejsem slévač. Reakcí roztaveného železa s vodou vodík vznikat může, myslím, že to není termický rozklad vody, ale reakce kovu s vodou.
https://www.vut.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=54863
2.1.3. Termický rozklad vody [13]
"Termický rozklad vody probíhá při teplotách 2 500 - 3 000 °C. Tento problém zatím není
technicky řešitelný, protože dělení reakčních složek by se muselo provádět při vysokých
teplotách a na to nejsou vhodné konstrukční materiály."

Odpovědět


Re: Re: Re: Mendělejev

Josef Hrncirik,2021-12-15 17:59:00

Antitřaskem vodní páry při teplotě vodíkového plamene vznikne směs 2H2+O2. Ta v plameni zlomyslně třaskne.
Pokud z této směsi slévač dokáže vytáhnout O2, zázračně mu vznikne H2. Tento podlý trik zbabělí slévači opatření jedovatým pozlaceným asbestovým oblekem provádí primitivně oxidací železného kadlubu, nebo nenápadným utroušením kousků FeO do lávy.
Au na své obleky stále nedovedou transmutací připravit. Zatím se jim alespoň Au velmi rychle beze stop během transmutací ztrácí, ohromující atomová energie se přitom někde velmi nebezpečně hromadí.

Odpovědět

Jako proč diamanty

Karol Kos jr.,2021-12-13 16:08:01

Teda mě nenapadá proč si vybrali ty diamanty, jako grafit je přece taky celkem čistá forma uhlíku... A proč do toho tlačili vodík mi taky hlava nebere - voda (jak píše pan Florian) by byla podle mě daleko přirozenější...

Ale kdyby do toho přicmrndli místo vodíku krapet lučavky, tak by třeba zjistili, že to je nejen zdroj metanu, ale taky ďábelskýho CO2...

Odpovědět

voda + oxid uhličitý

Florian Stanislav,2021-12-13 11:27:13

https://chemistry.ujep.cz/userfiles/files/VODIK_vyroba_a_pouziti.pdf
strana 13 jsou rovnice a reakční tepla, běžně se provádí reakce
CH4 + H2O ---> CO+ 3H2
a pak CO + H2O --> CO + H2
celkově CH4 + 2 H2O ---> CO2 + 4H2 a reakce je endotermická.
Poměr objemů 1+2 -->1+ 4 (čili 3:5) nabízí, že silné stlačení podpoří zpětnou reakci vedoucí k menšímu objemu. Zahřátí podpoří endotermickou rekce.
Můj laický názor.:
Když můžeme v nitru Země předpokládat vodík ( pro reakci s diamanty), můžeme předpokládat i vodu.
Hlavní množství uhlíku v zemské kůře je ve formě vápence (CaCO3) , snad i dolomitu a magnezitu.
CaCO3 se geologicky rozkládá za extrémních tlaků a teplot v zemské kůře na CO2, protože křemičitany jsou tepelně stálejší.
Geochemický cyklus uhlíku je několiksetkrát ( myslím) pomalejší, jak biologický cyklus uhlíku.
Nebiologický vznik metanu měl ale stamiliony let.
Závěr: diamanty a vodík v nitru Země možná. Ale CO2 a H2O jsou jednodušším možným zdrojem.

Odpovědět


Re: voda + oxid uhličitý

Jan Novák9,2021-12-13 11:49:03

Při zanořování vodnatých hornin mořského dna pod tektonické desky se do pláště dostanou miliony tun vody. Při vyšších teplotách by měla vznikat i ropa.

Odpovědět


Re: Re: voda + oxid uhličitý

Josef Hrncirik,2021-12-13 14:41:03

V tom případě by vodnatelní geologové (fyzici) měli toky blíže lokalizovat, netajit jejich velikosti a kvantifikovat i toky H2 z vody ev. vzniklé. Není problém napsat rovnici: olivín + vápenec + železo = diamant +... + ... či s metanem, vodíkem či klidně i petrolejem. Karbid Fe + voda = petrolej + FeO.
Co však, až zemské jádro zrezaví durchum durch produkci paliv durch reakcemi s CO2 či H2O a Hermann Goehring Werke důmyslně ukryté do podzemí konečně vychládnou? Není lepší propalovat díru do Fe jádra kyslíkem nebo vozit O2 na Jupiter?
Nemá být popisek: Nečekaný zdroj metanu u obr.2 ?

Odpovědět


Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Josef Hrncirik,2021-12-13 14:53:28

Je cítit, že v ten moment si uvědomil, že po zaplacení emisních povolenek na CO2 a CH4 nebudou prachy na vytápění, granty NATOž diamantové kovadlinky.

Odpovědět


Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Florian Stanislav,2021-12-13 16:13:06

https://www.ropa.cz/vznik-ropy/
Anorganický původ uhlovodíků:
"Ve prospěch této teorie svědčí jednak laboratorní příprava pevných, kapalných i plynných uhlovodíků z karbidů uranu, lanthanu i ceru a také neustálý únik metanu ze zemského nitra v některých oblastech."
Karbid železa (Fe3C) tam jmenován není.
a) Moje zkušenost s ocelí ( obsahuje Fe3C cementit) ve vodě : bubliny metanu nevznikají.
b) Moje zkušenost s železem ve vodě : ze hřebíků vodík nebublá. Přímý kontakt vody (hornin s vázanou vodou?) a roztaveného železa v jádře se mi jeví nereálný.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Josef Hrncirik,2021-12-13 18:13:12

Z vraku Titanic prý stále unikají myriády bublinek. Není to prý bioplyn z pasažérů III. tř., ale vodík vznikající korozí oceli ve slané vodě. Ropa tam nevzniká, ale její biogenní původ je mimo vší pochybnost. Nápadná je totiž přítomnost mnoha složitých látek z "rostlin" a jejich "pojídačů" ve vysoké, zcela nepravděpodobné koncentraci v ropě (some examples of biomarkers found in petroleum are pristane, triterpanes, steranes, phytane and porphyrin).
Z hřebíků ve vodě skutečně vodík nebublá krásně jako ze sodíku. Jó, ale kdyby to byly nánohřebíky částečně potažené Pt černí v dostatečně kyselé vodě, a bylo toho příliš, šum by rychle mohl přejít v hukot či ve svist. V malé míře určitě metan a trocha kapalných uhlovodíků v kůře vzniká. Jejich množství účelově nafukují mladí geologové, jejichž třídní zájem je nalít do svých SUV co nejvíce levného erárního nebarveného petrolu a odpovědně si ho zbarvit ev. přebytky pro dát. Frakovali by, až by brečeli. Vyrobit ze stabilního methanu méně stabilní petrol je hlavolam a ztrátový podnik, protože nejraději přitom vzniká jako naschvál methan. Elementární Fe by v čediči být nemělo, ale občas prý o tom neví.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Roman Sobotka,2021-12-13 18:41:55

K biogenimu puvody ropy bych k vysoke koncentraci derivatu chlorofylu jeste prihodil pomer uhliku C13 : C12. I v drevnich dobach pred 60 lety nebylo problem stanovit, ze pomer C13/C12 je v rope posunuty podobne jako v rasach a rostlinach (enzym RubisCo je trochu selektivni):

https://authors.library.caltech.edu/62406/1/4259733.pdf

Pokud nekdo najde vzorek ropy, kde je pomer C13 : C12 jako v mineralech, tak to bude zajimave. Ale hadam, ze to nehrozi.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Florian Stanislav,2021-12-13 21:04:06

Ano, pro biologický původ uhlovodíků (ropy) na Zemi je dost podkladů a je to převažující názor.
Metan je obsažen na vnějších planetách ( a také na Plutu) jen desetiny % v atmosféře, nedá se předpokládat, že by tam metan byl karbidového nebo biologického původu. Metan byl už při formování planetární soustavy.
Měsíc Titan : asi 5% metanu v atmosféře, stopově další uhlovodíky a patrně obnovování metanu (z atmosféry mírně unikajícího) z vnitřních zdrojů Titanu ( kryovulkanismus).
https://cs.wikipedia.org/wiki/Titan_(m%C4%9Bs%C3%ADc)#Atmosf%C3%A9ra
Magnetosféra Saturnu značně chrání Titan přes slunečním větrem. Vyšší uhlovodíky mají vznikat fotochemicky v horních vrstvách z metanu. Nikdy jsem neslyšel, že by se něco takového mohlo dít v atmosféře Země. Že by snad před znovu vytvořením kyslíku v atmosféře fotosyntézou?
Takže ve sluneční soustavě je metan a uhlovodíky hodně závislý na podmínkách dřívějších i trvalých.
To samo o sobě by svědčilo o výjimečnosti uhlovodíků v zemské kůře a lze to dát do souvislosti v výjimečným jevem na Zemi. Na Zemi život existuje určitě.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Vojtěch Kocián,2021-12-14 09:56:26

Osobně nechápu, jaký význam by mělo potvrzení anorganického původu ropy pro lití petrolu do SUV. To si propagátoři myslí, že když něco vzniká anorganicky, tak to vzniká rychleji, než to dokážeme spotřebovávat, nemůže to dojít a není třeba tím šetřit?
Ať už ropa vznikala jakkoliv, evidentně to trvalo dlouho a ne jen pár stovek let, aby to pak čekalo, až lidstvo odtlakuje přeplněné zásobníky, aby to mohlo pokračovat ve stejném tempu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Jan Novák9,2021-12-14 10:05:07

"a) Moje zkušenost s ocelí ( obsahuje Fe3C cementit) ve vodě : bubliny metanu nevznikají."

A měl jste v té vodě správnou teplotu okolo 2-3000 stupňů a tlak 2-3 GPa?
Při teplotě na hranici zemského pláště se voda rozloží na vodík a kyslík sama.

Odpovědět


Re: Re: Re: voda + oxid uhličitý

Florian Stanislav,2021-12-13 16:20:32

https://cs.wikipedia.org/wiki/Karbidy
"Setkáváme se s násobnými stechiometriemi, takže například železo tvoří karbidy: 3:1 Fe3C (cementit obsažený v oceli), 7:3 Fe7C3 a 2:1 Fe2C. Tyto karbidy jsou reaktivnější než karbidy intersticiální, takže například karbidy chromu, manganu, železa, kobaltu a niklu lze hydrolyzovat zředěnými kyselinami (některé i samotnou vodou) za vzniku směsi vodíku a uhlovodíků."
Takže otázkou je, zda tyto karbidy mohou vznikat a jak se k nim dostane voda nebo kyseliny.

Odpovědět

Edikt

David Oplatek,2021-12-13 11:05:39

Spíš by měl Brusel vydat nařízení, aby se vodík a uhlík neslučovaly.

Odpovědět

Pavol Hudák,2021-12-13 10:08:21

Tak to aby sme zrychlili tazbu uhlia :D

Odpovědět


Re:

Josef Hrncirik,2021-12-13 11:49:59

Naturally. Uhlí a metan a vodík budete kupovat za diamanty!

Odpovědět


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace