Mai02

Der sowjetische Geologe Nikolai Kudrjawzew entwickelte um 1950 die These vom abiotischen, also nicht-biologischen Erdöl/Erdgas. Er gewann eine Reihe Anhänger darunter den Erdölgeologen Wladimir Porfirjew, der Professor in Lemberg und Kiew war. Im Westen war Thomas Gold der bekannteste Vertreter.

Bei einer abiotischen Entstehung wären die Ölreserven der Erde sehr viel grösser und nur durch die Menge an Kohlenstoffverbindungen begrenzt, die zur Zeit ihrer Entstehung existierten.

Erdöl © Nils Kruthoff

Erdöl © Nils Kruthoff

Methanhydrate als Stütze für die abiotische Theorie

Die Russen glaubten, Erdgas und -öl werden tief im Erdmantel, bei hohen Drücken und Temperaturen gebildet und als flüssige Einschlüsse im Gestein gespeichert. Tektonische Prozesse setzen dann diese Einschlüsse frei und transportieren sie in die Erdkruste, wo sie die bekannten Lagerstätten füllen.

Manche Geologen führen die ausgedehnten Methanhydrat-Lagerstätten am Meeresgrund und in Permafrostgebieten sowie die Existenz Methan-speiender Schlammvulkane als Argument für die abiotische Theorie an. Die Methanhydrate enthalten etwa 10’000 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Aus Schlammvulkanen entweichen jährlich sechs bis neun Millionen Tonnen Methan und im Atlantik vor der brasilianischen Küste in 5000 Metern Tiefe wurde ein riesiges Ölfeld entdeckt, das es nach konventioneller Theorie so tief unten nicht geben dürfte.

Im Erdinnern erwartet man also riesige Mengen Kohlenwasserstoffe. Einige Geologen betrachten auch selbstauffrischende Ölfelder, d. h. Ölfelder, die sich nach der Förderung wieder auffüllen, als Beleg für den Zustrom von Öl aus der Tiefe.

Wahrscheinlich treffen beide Theorien zu

Scott, ein westlicher Wissenschaftler weist darauf hin, dass es im Erdmantel in über 150 Kilometer Tiefe eine Quelle für anorganische Kohlenwasserstoffe gibt. Wenn auch nach gängiger Ansicht Erdöl/Erdgas biotischen Ursprungs ist, ist es dennoch möglich, dass die Erde in der Tiefe eine eigene Klasse abiotischer Kohlenwasserstoffe hervorbringt.

Einen Hinweis geben neue Daten italienischer Geophysiker. Sie untersuchten an 238 Orten bei Schlammvulkanen, Subduktionszonen oder tektonischen Rissen in der Erdkruste die Ethan- und Propan Konzentration in der Atmosphäre. Wie sich zeigte, strömen dort grosse Mengen dieser Gase aus, die nur durch geothermische Prozesse entstehen können. Alljährlich gelangen so über 9 Millionen Tonnen in die Luft.

Vermutlich treffen also beide Theorien zu – die biotische wie die abiotische.

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Apr25

In den Tiefen der Meere und Seen gelangt an totes, organisches Material kaum Sauerstoff. Als Folge davon können abgestorbene Pflanzen und Organismen nicht verwesen. Sand und Ton, welche sich dazu mischen lassen Faulschlamm entstehen. Mit fortschreitender Sedimentation gelangt das Erdöl-Muttergestein in die Tiefe, wobei Druck und Temperatur zunehmen. In 1500 bis 4000 Metern Tiefe, bei Temperaturen zwischen 80 und 150 ℃ herrschen dann ideale Bedingungen für die Entstehung von Erdöl und Erdgas. Die Bindungen der grossen Kohlenwassterstoff-Moleküle brechen auf und es entstehen kleinere Moleküle, die Erdöl-Kohlenwasserstoffe. So wird aus fester Substanz zähflüssiges Öl.

Entstehung von Erdöl und Erdgas; © EnBW Energie Baden-Württemberg

Entstehung von Erdöl und Erdgas; © EnBW Energie Baden-Württemberg

Erdöl/Erdgas entsteht

Der hohe Druck in der Tiefe drückt das Öl aus dem Muttergestein heraus. Es gelangt in die nächste, poröse Gesteinsschicht. Weil es leichter ist als Wasser, wandert es in den Porengängen, zum Beispiel in Sandstein nach oben, bis es in einer “Erdöl-Falle” gefangen wird. Eine undurchlässige Schicht, zum Beispiel Ton oder Salz, verhindert ein weiteres Aufsteigen. Dabei sammeln sich in einer Art Kuppel immer mehr Erdöltröpfchen – eine Lagerstätte entsteht.

Erdöl-Lagerstätten

Konventionelles- und unkonventionelles Erdöl/Erdgas

Auf Grund des Lagerstättentyps und Reifegrades der entstandenen Kohlenwasserstoffe wird zwischen konventionellem – und unkonventionellem Erdöl oder Erdgas unterschieden.

Konventionelle und unkonventionelle Erdöl/Erdgas Vorkommen; © BGR-Studie

Konventionelle und unkonventionelle Erdöl/Erdgas Vorkommen; © BGR-Studie

Konventionelles Erdöl/Erdgas

Der grösste Teil des z. Z. geförderten Erdöls wird konventionell gefördert. Kennzeichnend ist eine geographisch günstige Lage bei geringer Viskosität, was die Förderung verhältnismässig einfach, rasch und billig macht.

Diese Art der Erdölgewinnung ist nicht umweltfreundlich, da grosse Mengen Treibhausgasemissionen entstehen.

Unkonventionelles Erdöl/Erdgas

Der Begriff unkonventionelles Erdöl oder Erdgas bezieht sich auf nicht herkömmliche Förder-Verfahren, denn unkonventionelle Lagerstätten befinden sich in geringporösen und undurchlässigen Gesteinen und enthalten zähes, bitumenartiges Öl. Die Förderung erfolgt unter hohem technischem und energetischem Aufwand. Wenn die Sande oder Schiefergestein in grosser Tiefe sind und nicht im Tagebau abgebaut werden können, nutzt man die Hydraulic Fracturing oder “Fracking” Methode.

Diese Methode ist sehr umstritten, da zur Lösung des Erdöls oder Erdgases, Wasser mit Chemikalien unter hohen Drücken in die Gesteinsschichten eingeschossen werden um sie zu “Cracken”. Die Lösungskomponenten sind biologisch nicht abbaubar und verschmutzen für immer die Grundwasserschichten.

Zum unkonventionellen Erdöl oder Erdgas werden verschiedene Lagerstättentypen gezählt:

  • Ölschiefer: Es ist ein tonhaltiges, mit organischem Material angereichertes Sedimentgestein, bei dem es sich um Kerogen, dem Vorstufenprodukt von Erdöl, handelt. Man spricht deshalb von unausgereiftem Erdölmuttergestein.

    Ölschiefer in Kimmeridge Bay; ©CC BY-SA 2.0

    Ölschiefer in Kimmeridge Bay; © CC BY-SA 2.0

  • Öl- oder Teersand: Sandstein angereichert mit zähflüssigen Schwerölen, die im Tagbau gefördert werden. Der Abbau und die Verarbeitung zu synthetischem Rohöl ist aufwändig in Bezug auf Zeit, Technik und Energie, zudem verbraucht und belastet es viel Land.

    Teersand California; © CC BY 2.0

    Teersand California; © CC BY 2.0

  • Tiefseeöl: Wo grosse Deltas ins Meer mündeten, konnte sich unter geologisch günstigen Bedingungen in etwa 200 – 600 m Tiefe Erdöl bilden. Die Vorkommen beschränken sich auf wenige Standorte, von denen die grössten vor den Küsten von Brasilien, Angola, Indonesien, Nigeria und am Mississipi-Delta liegen.
  • Polares Öl: Klimatische Bedingungen machen die Erdölförderung nördlich und südlich des 66 Breitengrades, v. a. in Alaska und Sibirien sehr teuer und aufwändig und zudem ist es ökologisch problematisch.
  • Erdöl aus Kohle: Kohle wird viel länger zur Verfügung stehen als Erdöl und die Vorkommen sind weltweit besser verteilt. So erscheint es verlockend, daraus synthetisches Erdöl herzustellen. Dies geschieht mittels Hochdruckhydrierung und Kohleverflüssigung nach dem Fischer-Tropsch Verfahren, welche seit dem frühen 20. Jahrhundert bekannt.
  • Flüssiggas und Kondensat: Beide bestehen aus kurzen Kohlenwasserstoffketten im Übergangsbereich zu Erdgas wie z. B. Butan und Propan. Da die Zustandsform druckabhängig ist, ist eine Abgrenzung zum Erdgas nicht eindeutig und die Fördercharakteristik sehr ähnlich.

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Mrz03

Die Indianer glaubten, der La Brea Pitch Lake sei der Eingang zur Unterwelt. Einer indianischen Sage zufolge hat einst am Ufer ein wohlhabendes Dorf mit Obstgärten gestanden. Als jedoch Vögel über die Obstbäume herfielen, hat man sie gejagt und getötet. Darunter auch Kolibris, die heiligen Vögel des Volkes. Dies erzürnte die Götter, die das Dorf darauf in den See stürzten, der sich blitzartig pechschwarz färbte und nur noch stinkenden Schlamm enthielt. Heute bezeichnet man dies als Naturwunder.

PitchLake  la-brea

Links: der Asphaltsee, La Brea Pitch Lake, auf der Karibikinsel Trinidad, Foto: Martina Jackson/Wikimedia. Rechts: Pitch Lake, Impressionen (YT-Film)

Der schwarze See liegt im Südwesten Trinidads. Aus dem Krater von 1.5 km Durchmesser quillt aus der Tiefe heisser, zähflüssiger Naturasphalt. Obwohl während einer Zeitspanne von fast 100 Jahren (1882 – 1979) 300 Millionen Tonnen Rohasphalt abgebaut wurde, steigt ständig weiterer Asphalt hoch.

Nach Prognosen der Ölindustrie reichen die Weltvorräte an Erdöl und Erdgas noch ca. 40 Jahre. Ziemlich sicher sind in den Tiefen der Erde jedoch mehr von den wertvollen Kohlenwasserstoffen, zu denen Erdgas (ein Gasgemisch aus hauptsächlich hochentzündlichem Methan) und Erdöl (ein aus Kohlenwasserstoffen bestehendes Gemisch), vorhanden. Russische Geophysiker hatten immer diese Hypothese vertreten, konnten jedoch den experimentellen Beweis nicht führen. Das haben ihre US-Kollegen nun nachgeholt. In einer Hochdruck-Diamantstempelpresse setzten sie winzige Proben eines Gemischs aus Eisenoxid, Kalkstein und Wasser Bedingungen aus, wie sie im Erdmantel in etwa 150 bis 200 Kilometer Tiefe herrschen. Tatsächlich verband sich der Kohlenstoff aus dem Kalkstein mit dem Wasserstoff aus dem Wasser zu Methan, am bereitwilligsten bei Temperaturen zwischen 500 und 1000 Grad. Mehr noch, die Verbindung war selbst unter diesen Umständen stabil. Sie könnte also Jahrmillionen im Erdinneren überdauern und möglicherweise sogar komplexere Moleküle – etwa die Bestandteile von Erdöl – hervorbringen. Wie viel Methan auf diese Weise produziert wird, ist unbekannt. Tatsache ist, Methan kommt nicht nur auf Planeten vor. Ein gigantischer  See aus flüssigem Methan kommt auf dem Saturnmond Titan, im „Kraken Mare” von einer Dimension grösser als das Kaspische Meer vor. Demnach ist ein biologischer Prozess für die Entstehung von Methan gar nicht nötig.

Die gängige Lehrmeinung sagt, wie Kohle von Pflanzen, so stammt das schwarze Gold von Einzellern, deren Überreste sich über lange Zeiträume zersetzten. Deshalb wird nach Gesteinen gesucht, in denen sich die Umwandlung von biologischen Stoffen vollzogen haben könnte und nach Strukturen, in denen sich das Öl dann ansammelte. Gut möglich also, dass es noch unbekannte Vorkommen gibt, nach denen man noch nie gesucht hat.

In der Unterwelt ist es nicht nur heiss, sondern auch spannend! :-)

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