Метан — широко распространенный компонент газовой фазы почвы входит и в состав атмосферы Земли.
Основным источником атмосферного метана считается земная поверхность. Установлено, что 80% атмосферного метана имеет современное биологическое происхождение и только 20% образовалось более 50 тысяч лет назад (Беляев, 1975). Микробиологические процессы, протекающие в самых различных природных экосистемах, обусловливают постоянное поступление метана в атмосферу. Он образуется из углекислого газа и водорода в анаэробных условиях — в пресных водах (озерах), болотах, где нет сульфатов, в морях под слоем сульфатредуцирующих бактерий, значительно меньше — в почвах, а в некоторых озерах — и из ацетата; например в глубоководной части оз. Киву (Африка), обильно населенной метанобразующими бактериями, накапливается до 50 км3 метана (Deuser et al., 1973). В атмосферу он поступает главным образом из пресноводных болот, маршей или мелководных озер, так как в глубоководных системах перехватывается метанокисляющими (метило, трофными) бактериями. Ежегодно метана поступает в атмосферу из всех озер планеты — 1,25—25*106 т.
В морских осадках бактериальное метанобразование (восстановление СO2 и метильных групп ацетата) менее интенсивно, по-видимому, из-за более высокого содержания сульфатов. Достаточно крупный источник метана — океан, здесь его выделяется в пересчете на общую площадь океана — (4—6,7) • 106 т в год.
Метанобразующие бактерии считаются основным источником метана и в толще осадочных пород, где в определенной гидрогеохимической обстановке могут образовывать газовые скопления, постепенно мигрирующие в атмосферу.
Немногочисленные сведения относительно скорости образования метана в почвах несколько противоречивы. По некоторым данным, она не превышает 50—100 г CH4/м2 в год. Выделяется он также жвачными животными и человеком как конечный продукт кишечной ферментации. Часть метана поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности.
Метанокисляющие бактерии в природе представлены водными и почвенными формами, обычно существующими в естественных ландшафтах в ассоциациях с гетеротрофными. Обитают они в илах водоемов, лечебных грязях, заболоченных почвах, озерных поймах, сточных водах и других естественных субстратах, где метан образуется биохимическим путем, или в местах накопления метана геохимического происхождения (угольные шахты, газовые месторождения). Вовлечение в биологический круговорот углеводородных газов глубинного происхождения следует рассматривать как постоянный дополнительный источник углерода и энергии, которые трансформируются метанокисляющими бактериями в сложные органические соединения. В настоящее время считается общепризнанным, что метан окисляется бактериями до углекислого газа и воды, через метанол, формальдегид и формиат. Так как метанокисляющие бактерии физиологически и таксономически едины, то это позволило выделить их в самостоятельное семейство Methylomonadaceae, включающее четыре рода: Methylomonas, Methylococcus, Methylosinus, Methylocystis.
Интенсивность микробного окисления метана в природных условиях неодинакова: например, в поверхностных горизонтах озер Марийской АССР — 0,6—6,4-10-2 см3/1/л сут; в оз. Черный Кичегер с глубиной наблюдается ее повышение от 0,007 в верхнем горизонте до 0,4 см3/л/сут на глубине 4,5 м.
Ассимиляция микроорганизмами метана предотвращает его попадание в атмосферу. Микробное окисление СН4 с экологической точки зрения — второй (после хемосинтеза) важнейший процесс в водоемах.
Метанокисляющие бактерии обнаружены почти во всех почвенных типах, даже если нет контакта последних с природным газом; по-видимому, это следствие наличия покоящихся форм облигатных метилотрофов в почвах, где практически всегда биологическим путем образуется метан и другие углеводородные газы (Adams et al., 1972). Благодаря их деятельности ежегодно в биосферу поступает 7,9 • 108 т углерода.
Существование в природе метанокисляющих бактерий, для которых метан — единственный источник углерода, является основным фактором, препятствующим его накоплению в атмосфере.
Микроорганизмы способны формировать различные газообразные соединения, которые даже в незначительных концентрациях могут оказывать сильное воздействие на человека, растения, микронаселение. Одно из таких соединений — этилен, образуемый некоторыми анаэробами и аэробными грибами. Удаление этилена из почвенного и атмосферного воздуха происходит благодаря окислению его многими почвенными организмами, в частности микобактериями. Ряд бактерий вырабатывает нитриты (при неполном восстановлении нитрата и нитрификации) и первичные амины (вследствие разложения азотистых соединений), служащие источником нитрозаминов, обладающих канцерогенным, мутагенным и тератогенным действием.
Цианистый водород и цианистые соединения, диметиларсин и другие метилированные токсичные соединения — тоже результат деятельности микроорганизмов.