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3 Rohstoffe aus dem Meer – Chancen und Risiken

Wie und wo gefördert wird

Erdgas und Erdöl gewinnen

> Erdgas und Erdöl sind im Laufe der Erdgeschichte aus den Überresten von Meeresalgen und Landpflanzen entstanden. Diese konnten sich in bestimmten Gesteinsschichten zu großen Vorkommen ansammeln. Mit moderner Bohrtechnik und riesigen Plattformen holt man die Rohstoffe heute aus immer größeren Tiefen. Sogar auf dem Meeresboden werden Förderanlagen errichtet.

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Millionen Jahre alte Biomasse

Erdgas und Erdöl sind in mehreren Hundert Millionen Jahren aus abgestorbenem biologischem Material entstanden, das sich am Grund von Meeren, Seen und Sümpfen angesammelt hatte. Erdöl bildetete sich insbesondere aus abgestorbenen Mikroalgen, dem Phytoplankton, Kohle und Erdgas hingegen vor allem aus Landpflanzen. Vorwiegend in warmen Regionen mit üppiger Vegetation oder starkem Algenwachstum lagerte sich besonders viel Biomasse ab. Für gewöhnlich verwest abgestorbene Biomasse im Wasser. Sie wird vor allem von Bakterien zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Dabei wird Sauerstoff verbraucht. Sinkt sehr viel Biomasse herab, wird der Sauerstoff durch die Bakterien vollständig aufgezehrt. Es entstehen sauerstofffreie Zonen, in denen keine Verwesung mehr stattfindet. So konnten sich im Laufe der Zeit mächtige Biomassepakete von mehreren Hundert oder Tausend Meter Dicke am Meeresboden ablagern. Ob sich aus der Biomasse nun Erdgas oder Erdöl entwickelte, hing insbesondere von den Temperaturen in der Tiefe ab.

Plankton verkocht zu Öl

Erdöl bildete sich in mehreren aufeinanderfolgenden Prozessen. Zunächst häufte sich das Phytoplankton am Meeresboden an. Zusammen mit feinen Gesteins- und Tonpartikeln, die aus dem Gebirge und aus dem Flachland ins Meer gespült wurden, ergab diese Algenbiomasse einen Faulschlamm. In vielen Millionen Jahren lagerte sich am Meeresboden so viel Faulschlamm ab, dass er schließlich durch sein enormes Gewicht nach und nach zu sogenannten Tonsteinen und schließlich zu Tonschiefer zusammengepresst und weiter verfestigt wurde. In diesen porösen Tonschieferschichten in 2000 bis 4000 Meter Tiefe findet teilweise auch heute noch bei Temperaturen zwischen 65 und 120 Grad Celsius die Umwandlung der Biomasse in Erdöl statt. Diesen Temperaturbereich bezeichnet man als Erdölfenster. In diesem verkocht die Biomasse wie in einem Chemielabor zu diversen chemischen Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und deshalb Kohlenwasserstoffe genannt werden. Erdöl ist also eine Mischung aus vielen Hundert verschiedenen Substanzen, die man in Raffinerien zu-nächst voneinander trennt oder in kleinere Molekül­ketten aufspaltet. Dieses Aufspalten wird als Cracking bezeichnet. So entstehen aus dem Erdöl nicht nur Treibstoffe wie etwa Benzin oder Diesel, sondern auch andere Produkte wie beispielsweise die Gase Ethylen und Propylen. Diese nur wenige Atome großen Kohlenwasserstoffmoleküle nutzt man unter anderem für die Herstellung von Kunststoffen. Gesteine wie der Tonschiefer, in denen sich Erdöl bildet, werden Erdölmuttergesteine genannt. Sie enthalten bis zu 20 Prozent organisches Material. Innerhalb von Jahrmillionen wurden die Muttergesteine durch die auf ihnen lagernden Sediment- und Gesteinsschichten nach und nach zusammengepresst. Dadurch bildete sich Erdöl. Je mehr Erdöl entstand, desto mehr entwich davon aus dem Muttergestein und stieg langsam auf. In manchen Gegenden gelangte es bis an die Oberfläche. In der Nähe der norddeutschen Stadt Celle etwa bildeten sich so auf natürliche Weise sogenannte Teerkuhlen, deren schwarze Flüssigkeit als Lampenöl, Schmierstoff und sogar als Heilmittel genutzt wurde.
Erdöllagerstätten entstanden immer dann, wenn das Öl durch undurchlässige Schichten wie etwa Salz- und Tonschichten am Aufsteigen gehindert wurde. Befand sich unter diesen Schichten ein poröses, speicherfähiges Gestein, zum Beispiel Sand- oder Kalkstein, konnte sich das Öl darin wie in einem Schwamm sammeln. Fachleute nennen derartige Formationen im Untergrund Fallenstrukturen. Die porösen Gesteine enthalten aber nicht nur Öl und andere Kohlenwasserstoffe, sondern auch große Mengen an sogenanntem Porenwasser, das bei der Förderung vom Öl abgetrennt werden muss. Da sich die Kontinente im Laufe von vielen Millionen Jahren durch die Kontinentalwanderung bewegt haben, gibt es die alten Meere, in denen sich die Tonschiefer gebildet haben, heute nicht mehr. Vor rund 120 Millionen Jahren etwa begannen Südamerika und Afrika ausei-nanderzubrechen. Dabei entstand zunächst ein kleines, von Land umgebenes tropisches Meer, in dem sich sehr viel Biomasse ablagerte. Dieses Meer weitete sich dann zum Südatlantik aus. Die alten Sedimente des alten tropischen Meeres liegen heute vor den Küsten Südamerikas und auch vor denen Westafrikas.
1.15 > Vor 300 Millionen Jahren gab es ausgedehnte Bärlapp- und Schachtelhalmwälder. Die Pflanzen waren mehrere Meter hoch und damit deutlich größer als heute. Aus ihnen entstanden Kohle und Erdgas.
Abb. 1.15 > Vor 300 Millionen Jahren gab es ausgedehnte Bärlapp- und Schachtelhalmwälder. Die Pflanzen waren mehrere Meter hoch und damit deutlich größer als heute. Aus ihnen entstanden Kohle und Erdgas. © Jürgen Willbarth

Torf Als Torf bezeichnet man Böden, die mehr als 30 Prozent orga- nisches Material ent- halten. Dabei handelt es sich um teilweise vermoderte Pflanzen- reste, die im sauer- stofffreien, stehenden Wasser der Sümpfe nicht weiter zersetzt werden.

Torfschicht auf Torfschicht

Erdgas entwickelte sich in der Regel aus Landpflanzen, die einst in flachen Küstengebieten oder in küstennahen Sümpfen unter subtropischem und tropischem Klima wuchsen. In den Sümpfen bildete sich zunächst meist Torf. Da der Meeresspiegel im Verlauf von Jahrtausenden steigt und fällt, wurden diese Feuchtgebiete immer wieder überspült. Feine Sand- und Tonpartikel, die vom Land ins Meer getragen wurden, lagerten sich dann auf den alten Torfschichten ab. Zog sich das Wasser wieder zurück, weil der Meeresspiegel sank, siedelten sich in den Gebieten wieder Landpflanzen an, sodass eine neue Torflage entstehen konnte. Mit dem Steigen und Sinken des Meeresspiegels entstanden in Millionen Jahren baumkuchenartige Sedimente, in denen sich sandige und tonige Schichten mit mächtigen Torflagen abwechselten. Ideale Voraussetzungen für die Bildung von Torf gab es in großen Teilen Mittel- und Nordeuropas und in Nordamerika vor 290 bis 315 Millionen Jahren. Diese Gebiete lagen damals nahe am Äquator, also im warmen tropischen Bereich, und waren reich an Vegetation. Erst später drifteten diese Landesteile mehrere Tausend Kilometer nach Norden an ihre jetzige Position. Auch die baumkuchenartigen Torf-Ton-Schichten wurden mit der Zeit von neuen Sedimenten überlagert und durch deren enormes Gewicht zusammengepresst. Allerdings entstand aus den alten Torfschichten kein Öl, sondern zunächst Braunkohle und später Steinkohle. In einer Tiefe von 4000 bis 6000 Metern und bei Temperaturen zwischen 120 und 180 Grad Celsius entstand in der Kohle während vieler Millionen Jahre Erdgas. Damit sich Erdgas bilden kann, sind also höhere Temperaturen als bei der Erdölentstehung nötig.
Erdgas besteht in der Regel zu etwa 90 Prozent aus Methan. Hinzu kommen andere gasförmige Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Äthan, Propan und Butan, sowie nicht brennbare Gase wie etwa Kohlendioxid und Stickstoff. Eine weitere Komponente ist Schwefelwasserstoff, der aber aus dem Erdgas entfernt werden muss, bevor man dieses nutzen kann. Denn Schwefelwasserstoff kann sich bei der Gasverbrennung in Säure umwandeln, die zu Korrosion in Kraftwerken und auch in Heizanlagen führen kann. Erdgas mit einem besonders hohen Anteil an Schwefelwasserstoff oder Kohlenstoffdioxid nennt man Sauergas. Will man dieses nutzen, muss es zuvor aufwendig gerei­nigt werden. Auch das Erdgas wandert nach und nach aus dem Muttergestein heraus. Wird es nicht durch dichte Gesteinsschichten aufgehalten, kann es wie das Erdöl bis zur Erdoberfläche aufsteigen. Durch aufsteigendes Gas und Kondensat, das sich vermutlich durch Blitzeinschläge entzündet hat, sind die „Ewigen Feuer“ im Iran entstanden. Weltweit gibt es viele Orte, wo solche durch unterirdisches Gas gespeisten Feuer immer noch brennen. Einige entwickelten sich zu heiligen Stätten. Sofern im Untergrund Fallenstrukturen vorhanden waren, konnte sich das Erdgas genau wie das Erdöl zu Lagerstätten ansammeln. Grundsätzlich spricht man nur dann von einer Lagerstätte, wenn sie groß genug und ihr Gestein zudem so durchlässig ist, dass sich die Kohlenwasserstoffe wirtschaftlich fördern lassen. Das gilt für Gas und Öl gleichermaßen. Gas- oder Ölansammlungen, die zu klein für eine wirtschaftlich relevante Förderung sind, sind allerdings weit häufiger zu finden.

Abb. 1.16 > Gas und Öl sammeln sich in verschiedenen Arten von Lagerstätten im Untergrund. © nach Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung 1.16 > Gas und Öl sammeln sich in verschiedenen Arten von Lagerstätten im Untergrund.

Erdgas und Erdöl in der Falle

Die Experten unterscheiden verschiedene Typen von Lagerstätten, in denen sich große Mengen an Erdgas oder Erdöl angesammelt haben. Typische Lagerstätten sind unter anderem:

ANTIKLINALE: Eine Antiklinale ist ein Aufwölbung von Gesteinsschichten, eine Art Hügel im Untergrund. Sie entsteht, wenn dichte Gesteinsschichten durch die Bewegung der Erdkruste seitlich zusammengestaucht werden. Sofern die Antiklinale aus undurchlässigem Gestein besteht, können sich dort aufsteigendes Erdgas und Erdöl wie unter einer Käseglocke sammeln.

SALZSTOCKFLANKE: Salzstöcke sind große Ansammlungen von festem Steinsalz im Erdboden, die mehrere Tausend Meter mächtig sein können. Endet eine undurchlässige Gesteinsschicht, eine Fallenstruktur, an der Flanke eines Salzstocks, so sind Erdgas und Erdöl zwischen Gestein und Flanke gefangen, da auch das Salz undurchlässig ist.

DISKORDANZ: Bei einer Diskordanz liegen Gesteinsschichten schräg bzw. verwinkelt aufeinander. Diskordanzen entstehen durch Hebungen, Senkungen oder Stauchungen von Gesteinspaketen, die später von jüngeren Sedimenten überlagert werden. Sind diese Sedimentschichten undurchlässig, können sich in den darunterliegenden Gesteinspaketen aufsteigendes Erdgas und Erdöl sammeln.

KORALLENRIFFE: Erdgas und Erdöl sammeln sich oftmals in porösem Kalkstein, der sich aus alten Korallenriffen gebildet hat.

SALZSTOCKÜBERHANG: Manche Salzstöcke sind oben pilzhutartig verbreitert und bilden eine Art Schirm, den man als Überhang bezeichnet. Unter diesem können sich Erdgas und Erdöl sammeln. Salzstocküberhänge entstehen meist aufgrund des enormen Drucks im Boden. Salz steigt auf, da es eine geringere Dichte als die auf ihm lagernden Schichten hat. Dabei wölbt es sich zu Domen oder den pilzhutartigen Überhängen auf. Diese Bewegungen bezeichnt man als Salztektonik. >
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