Микроб-поджигатель. Учёные нашли, кто виноват в самовозгораниях угля

На угольных месторождениях при добыче и транспортировке полезного ископаемого иногда происходят его самовозгорания. Традиционно это явление объясняли химическим окислением, при котором температура повышается, а затем следует воспламенение.

В недавнем исследовании биологи Томского государственного университета (ТГУ) установили, что главными «поджигателями» в таких случаях являются микроскопические организмы — хемосинтезирующие бактерии. Они используют содержащиеся в угле соединения — пирит и сульфиды железа — в качестве источника питания. В ходе своей жизнедеятельности бактерии выделяют значительное количество тепловой энергии, что в конечном итоге приводит к тлению и последующему возгоранию угля.

Почему горят месторождения?

Проблема подземных пожаров носит глобальный характер — она знакома угледобытчикам на многих месторождениях мира. По словам экспертов, такие очаги могут тлеть месяцами, годами и даже столетиями. В результате наносится колоссальный экономический и экологический ущерб.

Причины воспламенения угля могут быть как антропогенными (из-за нарушений техники безопасности, например), так и природными. Но что поджигает его во втором случае?

Общепринятая теория связывает такие самовозгорания с увеличением доступа кислорода к угольным пластам в результате горных работ. Возникают окислительные реакции с участием органического вещества, сульфидов и прочих компонентов. Накапливается тепловая энергия, а ведь некоторым видам угля для того, чтобы загореться, нужна не такая уж высокая температура: достаточно 80-100 °С.

Для предотвращения подобных возгораний промышленники используют особую укладку угля и антипирогены — вещества либо смеси, снижающие горючесть. Однако проблема сохраняется — самовозгорания продолжаются.

Кислород и вода создают идеальные условия

Истинную причину этого явления удалось обнаружить биологам Томского государственного университета. Они специализируются на термофильных бактериях: отыскивают и изучают микроорганизмы, способные выживать при экстремально высоких температурах. Пробы отбирают в том числе на горящих отвалах, в термальных источниках и других местах.

Летом этого года учёные работали на Черновском месторождении в Забайкалье. Там были взяты пробы горящего угля. В них найдены хемосинтезирующие бактерии, которые раньше были обнаружены на месторождениях Алтая, Бурятии и Новокузнецка.

Биологическая природа этого явления уходит корнями в научное открытие, сделанное ещё в XIX веке. В 1887-1888 годах в своих научных трудах биолог Сергей Виноградский описал тип питания бактерий, основанный на усвоении ими углекислого газа за счёт окисления неорганических соединений. Эта работа принесла учёному мировое признание.

«Явление хемосинтеза, противоположного фотосинтезу, открыл величайший российский микробиолог Сергей Виноградский, — объясняет заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института ТГУ Ольга Карначук. — Учёный выяснил, что серо- и железоокисляющие бактерии используют серу и железо для синтеза органических веществ из углекислого газа. Эти же бактерии применяются при добыче ценных металлов из руд, включая золото. Именно при добыче металлов и выяснилось, что биохимические реакции идут с выделением тепла».

Итак, именно эти бактерии окисляют примеси пирита и сульфидов железа в каменном угле. Когда в результате добычи или строительства в пластах появляются трещины, туда поступают кислород и вода, что создаёт идеальные условия для жизнедеятельности микробов и запускает опасный процесс нагрева.

Хемосинтез объяснил ещё один удивительный феномен

На том самом Черновском месторождении, где проводили исследования учёные, строительство железнодорожной ветки нарушило целостность пород, открыв доступ воде и кислороду к угольным пластам. Сейчас там в старых заброшенных карьерах по добыче угля тлеют маломощные некондиционные пласты.

По словам Ольги Карначук, борьба с «бактериальными» пожарами может вестись двумя способами. В первом случае надо изолировать угольные пласты от кислорода и воды, которые так необходимы микробам-поджигателям. Во втором — применять бактерицидные составы, которые будут подавлять активность этих микроорганизмов.

Оба метода относительно просты и способны значительно сократить финансовые потери, а также минимизировать вред экологии, отмечают сибирские исследователи.

Кстати, явление хемосинтеза, открытое Сергеем Виноградским в конце XIX века, помогло объяснить ещё один удивительный феномен — существование и развитие жизни в условиях, полностью лишённых солнечного света. Например, в глубоководных океанических средах или под землёй.