ถ่านหิน

นักวิจัยได้ศึกษากลุ่มเมทอกซิลในตัวอย่างถ่านหินจากทั่วโลก และใช้ไอโซโทปเสถียรเพื่อแสดงให้เห็นว่าในที่สุดสารอินทรีย์จะกลายเป็นถ่านหินผ่านการกระทำของจุลินทรีย์ หมู่เมทอกซิลประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่มีอะตอมของไฮโดรเจนสามอะตอมติดอยู่กับอะตอมของออกซิเจน อะตอมของออกซิเจนสามารถเกาะกับตำแหน่งจำนวนเท่าใดก็ได้ในโมเลกุลที่ใหญ่กว่า ในกรณีของถ่านหิน จะจับกับอะตอมของคาร์บอนในการจัดเรียงวงแหวนของถ่านหิน Max K. Lloyd ผู้ช่วยศาสตราจารย์วิจัยธรณีศาสตร์ Penn State กล่าวว่า "ถ้าคุณสำรวจนักธรณีเคมี ส่วนใหญ่จะบอกว่าถ่านหินถูกสร้างขึ้นจากอุณหภูมิ กรด หรือตัวเร่งปฏิกิริยา "แต่ผลลัพธ์ของเราไม่สอดคล้องกับกลไกเหล่านั้น พวกเขาแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์กำลังบริโภคกลุ่มเมทอกซิลของถ่านหินโดยตรง เปลี่ยนรูปถ่านหินและสร้างก๊าซมีเทน" ถ่านหินก่อตัวขึ้นเมื่อสสารของพืชในป่าพื้นที่ชุ่มน้ำตกลงสู่น้ำและถูกฝังอย่างรวดเร็ว สารอินทรีย์เริ่มต้นจากพีท กลายเป็นลิกไนต์ จากนั้นเป็นซับบิทูมินัส บิทูมินัส และแอนทราไซต์ในที่สุด เมื่อมันถูกฝังลึกมากขึ้นและมีความเข้มข้นของคาร์บอนมากขึ้น ถ่านหินแอนทราไซต์ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอน ในขณะที่ลิกไนต์ยังคงเป็นพืชมาก จากข้อมูลของ Lloyd ถ่านหินส่วนใหญ่ที่ใช้ในอินเดียและจีนในปัจจุบันเป็นถ่านหินประเภทลิกไนต์หรือซับบิทูมินัส เนื่องจากเป็นประเภทเดียวที่หาซื้อได้ง่ายและราคาถูก แต่ถ่านหินเหล่านี้ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกในปริมาณมากที่สุดเมื่อถูกเผาไหม้ เพื่อแก้ปัญหานี้ หลุมมีเทนในฐานถ่านหินเหล่านี้ หรือมีเทนในชั้นถ่านหิน (coal bed-methane - CBM) นั้นมีความน่าสนใจในฐานะที่เป็นสะพานเชื่อมจากเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่ "หลุมผลิต CBM มักจะมีช่วงชีวิตที่จำกัด" นักวิจัยตั้งข้อสังเกตในวันนี้ ( 12 พ.ย.) สาขาวิทยาศาสตร์. "ความท้าทายในการผลิตก๊าซมีเทนจาก ถ่านหิน คือการสร้างหลุมมีราคาแพงมากและหลุมอาจแห้งในหนึ่งเดือน" ลอยด์กล่าว "เราไม่รู้ว่าทำไม ผู้ผลิตจึงเพิ่มจุลินทรีย์หรือสารอาหารให้มากขึ้น (สำหรับจุลินทรีย์) แต่จะได้ผลก็ต่อเมื่อสิ่งเหล่านี้เป็นปัจจัยจำกัด ไม่ใช่หากตัวถ่านหินเองเป็นปัจจัยจำกัด" เดิมที Lloyd มองไปที่กลุ่มเมทอกซิลจำนวนมากในต้นไม้ที่มีชีวิตหรือต้นไม้ที่เพิ่งตายไป เมื่อเขาพูดคุยกับเพื่อนนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Caltech, Elizabeth Trembath-Reichert ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ใน School of Earth and Space Exploration ของมหาวิทยาลัยแอริโซนา ซึ่งเป็น ทำงานเกี่ยวกับจุลินทรีย์ที่กินกลุ่มเมธิลในถ่านหิน หลังจากที่พวกเขายืนยันโดยใช้สองวิธีว่าข้อสังเกตนั้นเป็นของจริง Lloyd ก็เริ่มมองหาสิ่งเดียวกันในถ่านหินจากทั่วโลก กลุ่มเมทอกซิลในถ่านหินจะกลายเป็นมีเทน แต่นักวิจัยระบุว่ามีเทนก่อตัวจากถ่านหินได้อย่างไร เพื่อให้เข้าใจกระบวนการนี้ได้ดีขึ้น นักวิจัยได้ศึกษาไอโซโทปที่เสถียรของคาร์บอนในกลุ่มเมทอกซิลที่หลงเหลืออยู่ ไอโซโทปเสถียรคือรูปแบบที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสีของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนแตกต่างกันในนิวเคลียส ไอโซโทปของคาร์บอนที่มีนิวตรอน 12 และ 13 เกือบจะเหมือนกัน ยกเว้นว่าคาร์บอน 13 ซึ่งมีอยู่น้อยในธรรมชาติจะหนักกว่าเล็กน้อย โดยทั่วไปแล้วสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาจะชอบไอโซโทปหนึ่งมากกว่าอีกไอโซโทป ดังนั้นสิ่งที่เหลืออยู่ในแหล่งกำเนิดดั้งเดิมจะแตกต่างจากเปอร์เซ็นต์ของไอโซโทปที่พบตามปกติ เมื่อลอยด์และเพื่อนร่วมงานดูหมู่เมทอกซิลในทุกสิ่งตั้งแต่ไม้ไปจนถึงถ่านหินบิทูมินัส พวกเขาพบว่าโปรไฟล์ของไอโซโทปไม่ตรงกับสิ่งที่จะพบหากการสร้างมีเธนเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อน ความเป็นกรด หรือปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา แต่พวกเขากลับทำ ตรงกับรูปแบบที่คาดหวังจากการกระทำของจุลินทรีย์ "ปรากฎว่าจุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนสามารถย่อยสลายวงแหวนในถ่านหินได้ดีเยี่ยม แต่จุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนไม่มีวิธีที่ดีในการแยกวงแหวนออกจากกัน" ลอยด์กล่าว "ดังนั้น สิ่งเดียวที่เหลือให้แอนแอโรบิกทำคือตัดส่วนที่เป็นเมทอกซิลออก" กลุ่มเมทอกซิลอิสระเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนเป็นมีเทน แต่เมื่อกำจัดอนุมูลเมทอกซิลที่มีอยู่ทั้งหมดออกจากวงแหวนแล้ว จุลินทรีย์จะไม่สามารถเข้าสู่สิ่งอื่นได้ และปฏิกิริยาจะหยุดลงและบ่อน้ำก็แห้ง "สิ่งที่น่าสนใจจริงๆ คือจุลินทรีย์เหล่านี้ปล่อยเอนไซม์เพื่อตัดเมทอกซิล" ลอยด์กล่าว "พวกมันกำลังย่อยสลายโครงสร้างภายนอกเซลล์ ซึ่งเป็นข้อจำกัดเพราะถ่านหินไม่ใช่ทางออก และจุลินทรีย์ไม่สามารถเข้าไปได้ทุกที่ในโครงสร้างถ่านหิน" จากข้อมูลของนักวิจัย การลดลงของหมู่เมทอกซิลในถ่านหินเมื่อเวลาผ่านไปชี้ให้เห็นถึงตัวถ่านหินเองที่เป็นปัจจัยจำกัดในการผลิตก๊าซมีเทน ดังนั้น การเพิ่มจุลินทรีย์หรือสารอาหารมากขึ้นจะไม่ทำให้เกิดมีเทนมากขึ้น และจำเป็นต้องใช้วิธีอื่น