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Lagerstätten


Faulschlammlagerstätten, Schwarzschiefer und Erdölmuttergesteine

Erdöl-Lagerstätte
Erdöl-Lagerstätte

Blick von 25 Hills, Midway Oil Field, Kern County, California. 1910

USGS



Was ist Faulschlamm ?

Faulschlamm oder Sapropel (altgriechisch σαπρός sapros „faul“, „verfault“) entsteht unter natürlichen Bedingungen in nährstoffreichen Gewässern und Sümpfen, wenn organisches Material bei Abwesenheit von Sauerstoff biochemisch umgewandelt wird. Es bilden sich feinkörnige Massen, die durch aus H2S entstandene Metallsulfide grau bis tiefschwarz gefärbt sind. Faulschlämme können sich verfestigen und so ein Gestein bilden, den Sapropelit, das aufgrund des relativ geringen Anteils organischen Materials zu den Akaustobiolithen, den nicht-brennbaren organogenen Sedimentgesteinen (Biolithen), zählt.


Entstehung

Bei einer schlechten Durchmischung des Bodenwassers mit höheren Wasserschichten, wie es in Tiefen oder aus anderen gründen sehr ruhigen Bereichen von Stillgewässern vorkommen kann, entsteht ein sauerstofffreies (anoxisches) und reduzierendes, sulfidisches (euxinisches) Milieu. Tote Lebewesen, die aus der Wassersäule zum Grund absinken, mehrheitlich einzellige Algen, werden nicht mehr vollständig zersetzt, sodass sich organisches Material im Hintergrundsediment (in der Regel Ton oder Silt) anreichert. Dieses mit organischem Material angereicherte Sediment heißt Faulschlamm. Nach seiner Verfestigung zu Sedimentgestein wird es Sapropelit genannt. Aufgrund der dunklen Färbung und ihrer geringen Korngröße werden fossile Faulschlämme jedoch meist als Schwarztonstein oder Schwarzpelit angesprochen. Für die dunkle Färbung sorgen fein verteilter Kohlenstoff und Eisensulfide, vor allem Pyrit. Zudem können Schwarzschiefer mit wertvollen Metallen, beispielsweise Kupfer, Uran und Vanadium, angereichert sein.


Schwarzschiefer

Schwarzschiefer (black shale)
Schwarzschiefer (black shale)

Kerogen-haltiger, sedimentärer Schwarzschiefer;
Kimmeridge (155-150 Ma, Oberes Jura);
Mine d' Orbagnoux, Seyssel, Ain, Frankreich

Ji-Elle

Schwarzschiefer (engl. black shales) sind pelitische, feingeschichtete, durch organische Restbestände (Bitumen) und Sulfide dunkel gefärbte (biogen-chemische) Sedimente, welche außergewöhnlich reich an organischer Substanz (C-Gehalt >5%) sowie an in der Regel feinverteilten Eisensulfiden, vorwiegend Pyrit, sind. Die Bildung der Schwarzschiefer beruht auf sogenannten ozeanischen anoxischen Ereignissen (OAE). Dabei enthalten die Tiefenwässer der Ozeane im Vergleich zu den heute vorherrschenden Bedingungen nur sehr wenig bis gar keinen gelösten Sauerstoff (anaerobes Milieu).

Ein OAE findet immer dann statt, wenn die Weltozeane unterhalb der Oberflächenschicht vollständig an Sauerstoff verarmen. Selbst wenn ein derartiges Ereignis in den letzten Jahrmillionen nicht stattfand, so finden sich in Sedimenten der weiter zurückliegenden geologischen Vergangenheit eindeutige Hinweise auf mehrere solcher Vorfälle. Schwarzschiefer bilden sich meist in abgeschnürten Sedimentbecken, die durch wenig Wasserbewegung und -austausch sowie anaerobes Milieu gekennzeichnet sind (euxinisch).

Frühe Schwarzschiefer sind aus dem Frühen Kambrium (vor ca. 600 Ma) bekannt; darunter die Schwarzschiefer-Sequenz auf der chinesischen Yangtse-Plattform mit einem gemischtes Sedimentspektrum aus Phosphorit-, Baryt- sowie Mo-, Ni-, Au-, PGE-Sulfid-Mineralisation aufweisen (LEHMANN, B., 2009).
Bestimmte Epochen der Erdgeschichte, in denen sich häufig Schwarzschiefer gebildet haben, sind oft mit vermehrtem Massenaussterben korreliert (z.B. im Oberdevon (ca. 374-359 Ma). Auch die Kreide war eine Zeit häufiger Schwarzschiefer . Besonders traten diese Ereignisse in Phasen der Erdgeschichte auf, in denen die Meere sehr warm und die Temperaturgradienten gering waren. Grund hierfür ist die fehlende Tiefenwasserbildung in diesen Zeiten. Dadurch kam es zu Sauerstoffmangel in mittleren und größeren Meerestiefen. In diesen Bereichen lagert sich nun organisches Material ab, denn die Lebewesen, welche dies beeinflussen und den Kohlenstoff abbauen würden können ohne den fehlenden Sauerstoff nicht überleben. Ohne Durchmischung durch Organismen oder Strömungen lagern sich die Sedimente ungestört ab und bilden feine Schichtungen. Zusammen mit dem hohen Gehalt an organischem Material bildet sich dann der Schwarzschiefer. (Quelle: Tw. zitiert Carl von Ossietzky Universität, Oldenburg) Ein Sonderfall ist der "Anoxic Overturn": In Zeiten fallender Meeresspiegel, aber noch hoher Temperaturen, kann es in weiträumigen Flachmeeren zu einer so starken Eindampfung des flachen Wassers kommen, dass durch den enorm gestiegenen Salzgehalt bedingt diese Wassermassen so schwer werden, dass sie irgendwann von den Schelfen herabfließen, die Sauerstoffminimum-Zone (OMZ) und diese sauerstoffarmen Wassermassen auf die Schelfe hochdrücken. Der Effekt ist der gleiche wie oben beschrieben.

Bei einer schlechten Durchmischung und eingeschränktem Austausch des Bodenwassers, wie es bei weitgehend isolierten Sedimentbecken vorkommen kann, entsteht ein sauerstofffreies und reduzierendes Milieu. Auch hier bildet sich Faulschlamm, der nach seiner Verfestigung als Schwarzschiefer bezeichnet wird. Solche Bedingungen existieren am Boden des Schwarzen Meeres und in tieferen Bereichen der Ostsee. Für die dunkle Färbung sorgen fein verteilter Kohlenstoff und Eisensulfide, vor allem Pyrit. Zudem können die Schwarzschiefer mit wertvollen Metallen, beispielsweise Kupfer, Uran und Vanadium, angereichert sein.


Alaunschiefer

Alaunschiefer
Alaunschiefer

Udda Gäden, Öland, Kalmar, Schweden.

Doc Diether

Alaunschiefer oder Vitriolschiefer ist ein mit Pyrit und Kohle durchsetzter Tonschiefer. Wegen seiner Färbung wird Alaunschiefer bei den Schwarzschiefern eingeordnet. Alaunschiefer entsteht durch die Verwitterung von Pyrit-haltigem Schiefer, wobei durch Oxidation Schwefelsäure und Limonit entstehen. Durch die Verwitterung, resp. durch die Reaktion der Säure mit dem Schiefer bildete sich Alaun, ein Salzgemisch aus Kalium- und Aluminiumsulfat. Alaunschiefer bildete sich besonders im Silur, Devon und Kulm. Lagerstätten von zuweilen beträchtlichem Umfang gab es in Skandinavien, bei Saalfeld (Feengrotten) und Ronneburg (Uranlagerstätte) in Thüringen. In der an silurische Schiefer, Kalksteine und Diabase gebundenen Lagerstätte Ronneburg wurde aus Ockerkalk Farberde und aus Alaunschiefer Alaun und Vitriol gewonnen. Weitere bedeutende Vorkommen in Gräfenthal, im Fichtelgebirge sowie in Schlesien

Alaun wurde ursprünglich aus Alunit gewonnen, nach 1500 wurde die Gewinnung aus Alaunschiefer entwickelt. Aus pyrithaltigem Alaunschiefer gewann man in historischen Alaunwerken Alaune und Vitriole, später auch Schwefelsäure, im 18. Jahrhundert Vitriolöl genannt. Nach 1800 lösten chemische Gewinnungsmethoden Alunit und Alaunschiefer als Quelle für Alaune ab.

In manchen Schiefern bilden sich bei der Verwitterung auch Sulfate des Kupfers oder des Zinks, die so genannten Vitriole. (Quelle: wikipedia)das Alaun(e) wurde(n) früher in großem Umfang u.a. in Gerbereien und bei der Papierherstellung verwendet wurde.


Uran-Lagerstätten in Schwarzschiefer

Schwarzschiefer
Schwarzschiefer

Schwarzschiefer in der Sanbasekikyo-Schlucht, Gunma-Ken, Japan

Senkawa

Schwarzschiefer (Schwarzpelit, kohlenstoffreiche Tonsteine, engl.: engl. black shales) sind pelitische, feingeschichtete, durch organische Restbestände (Bitumen) und Sulfide dunkel gefärbte (biogen-chemische) Sedimentgesteine, welche außergewöhnlich reich an organischer Substanz (C-Gehalt >5%) sowie an in der Regel feinverteilten Eisensulfiden, vorwiegend Pyrit, sind. Die Bildung der Schwarzschiefer beruht auf sogenannten ozeanischen anoxischen Ereignissen (OAE). Dabei enthalten die Tiefenwässer der Ozeane im Vergleich zu den heute vorherrschenden Bedingungen nur sehr wenig bis gar keinen gelösten Sauerstoff (anaerobes Milieur).

Ein OAE findet immer dann statt, wenn die Weltozeane unterhalb der Oberflächenschicht vollständig an Sauerstoff verarmen. Selbst wenn ein derartiges Ereignis in den letzten Jahrmillionen nicht stattfand, so finden sich in Sedimenten der weiter zurückliegenden geologischen Vergangenheit eindeutige Hinweise auf mehrere solcher Vorfälle.

Schwarzschiefer bilden sich meist in abgeschnürten Sedimentbecken, die durch wenig Wasserbewegung und -austausch sowie anaerobes Milieu gekennzeichnet sind (euxinisch). Bei einer schlechten Durchmischung und eingeschränktem Austausch des Bodenwassers, wie es bei weitgehend isolierten Sedimentbecken vorkommen kann, entsteht ein sauerstofffreies und reduzierendes Milieu. Auch hier bildet sich Faulschlamm, der nach seiner Verfestigung als Schwarzschiefer bezeichnet wird. Solche Bedingungen existieren am Boden des Schwarzen Meeres und in tieferen Bereichen der Ostsee. Für die dunkle Färbung sorgen fein verteilter Kohlenstoff und Eisensulfide, vor allem Pyrit. Zudem können die Schwarzschiefer mit wertvollen Metallen, beispielsweise Kupfer, Uran und Vanadium, angereichert sein.

Frühe Schwarzschiefer sind aus dem Frühen Kambrium (vor ca. 600 Ma) bekannt; darunter die Schwarzschiefer-Sequenz auf der chinesischen Yangtse-Plattform mit einem gemischtes Sedimentspektrum aus Phosphorit-, Baryt- sowie Mo-, Ni-, Au-, PGE-Sulfid-Mineralisation aufweisen (LEHMANN, B., 2009) Bestimmte Epochen der Erdgeschichte, in denen sich häufig Schwarzschiefer gebildet haben, sind oft mit vermehrtem Massenaussterben korreliert (z.B. im Oberdevon (ca. 550 Ma). Auch die Kreide war eine Zeit häufiger Schwarzschiefer . Besonders traten diese Ereignisse in Phasen der Erdgeschichte auf, in denen die Meere sehr warm und die Temperaturgradienten gering waren. Grund hierfür ist die fehlende Tiefenwasserbildung in diesen Zeiten. Dadurch kam es zu Sauerstoffmangel in mittleren und größeren Meerestiefen. In diesen Bereichen lagert sich nun organisches Material ab, denn die Lebewesen, welche dies beeinflussen und den Kohlenstoff abbauen würden können ohne den fehlenden Sauerstoff nicht überleben. Ohne Durchmischung durch Organismen oder Strömungen lagern sich die Sedimente ungestört ab und bilden feine Schichtungen. Zusammen mit dem hohen Gehalt an organischem Material bildet sich dann der Schwarzschiefer. (Quelle: Tw. zitiert Carl von Ossietzky Universität, Oldenburg). Ein Sonderfall ist der "Anoxic Overturn": In Zeiten fallender Meeresspiegel, aber noch hoher Temperaturen, kann es in weiträumigen Flachmeeren zu einer so starken Eindampfung des flachen Wassers kommen, dass durch den enorm gestiegenen Salzgehalt bedingt diese Wassermassen so schwer werden, dass sie irgendwann von den Schelfen herabfließen, die Sauerstoffminimum-Zone (OMZ) und diese sauerstoffarmen Wassermassen auf die Schelfe hochdrücken. Der Effekt ist der gleiche wie oben beschrieben.

Bei einer schlechten Durchmischung und eingeschränktem Austausch des Bodenwassers, wie es bei weitgehend isolierten Sedimentbecken vorkommen kann, entsteht ein sauerstofffreies und reduzierendes Milieu. Auch hier bildet sich Faulschlamm, der nach seiner Verfestigung als Schwarzschiefer bezeichnet wird. Solche Bedingungen existieren am Boden des Schwarzen Meeres und in tieferen Bereichen der Ostsee. Für die dunkle Färbung sorgen fein verteilter Kohlenstoff und Eisensulfide, vor allem Pyrit. Zudem können die Schwarzschiefer mit wertvollen Metallen, beispielsweise Kupfer, Uran und Vanadium, angereichert sein.

Uranhaltige Schwarzschiefer bestehen aus fossilreichem Tonstein oder pyritreichem Schieferton, auf welchem disseminiertes synsedimentäres Uran in organischem Material adsorbiert wurde. Beispile dafür sind die Uran-Schiefer in Shweden, die Rudnoye- und Zapadno-Kokpatasskaya-Lagerstätten in Usbekistan, die Chattanooga-Schiefer in den USA, Lagerstätten in der autonomen Region Guangxi in China und die Lagerstätten Gera-Ronneburg.

Uranvorkommen in Schwarzschiefern stellen große Urananreicherungen mit niedrigen Gehalten dar. Die bekannten Vorkommen sind daher nur als eventuelle potentielle zukünftige Uranressourcen zu sehen, da sich ihr Abbau nur bei hohen Uranpreisen lohnt. Diese Lagerstätten entstehen am Meeresboden unter euxinischen (sauerstofffreien) Bedingungen. Es lagern sich tonige Sedimente mit hohen Gehalten an organischen Material ab, welches durch den fehlenden Sauerstoff nicht zu CO2 umgesetzt werden kann. Dieses kohlenstoffreiche Material kann gelöstes Uran aus dem Meerwasser reduzieren und an sich binden. Die durchschnittlichen Urangehalte liegen zwischen 50 ppm und 250 ppm. Die größte Ressource ist Ranstad in Schweden mit einem Uraninhalt von 254.000 t. Allerdings gibt es Schätzungen für Schwarzschiefervorkommen in den USA und Brasilien, die von mehr als eine Mio t Uran ausgehen, allerdings bei Gehalten von unter 100 ppm Uran. So wurde für den Chattanooga Shale im Südosten der USA ein Uraninhalt von vier bis fünf Millionen Tonnen bei einem Gehalt von 54 ppm geschätzt.


Ronneburg in Thüringen

Ronneburg - Schmirchauer Höhe
Ronneburg - Schmirchauer Höhe

Relikte des Uranbergbaus im Revier Ronneburg;
Blick über die „Neue Landschaft Ronneburg“ mit der Schmirchauer Höhe

Andre Karwath aka Aka

Die Lagerstätte Ronneburg in Thüringen ist eine besondere Form dieses Vererzungstyps und die einzige bedeutende bis heute abgebaute Schwarzschieferuranlagerstätte weltweit. Wie die großen Ganglagerstätten des Westerzgebirges liegt sie auf der Gera-Jáchymov-Störungszone. Hydrothermale und supergene Prozesse führten zu einer Umlagerung des Urans in den ohnehin uranreichen ordovizischen und silurischen Schwarzschiefern und reicherte diese weiter an. So ist das Uran nicht nur feinverteilt in den Schiefern zu finden, sondern auch in kleinen Gängchen sowie in brekziierten Zonen. Auch anstehende Diabase sind vererzt. Die Produktion zwischen 1950 und 1990 lag bei rund 100.000 t Uran mit durchschnittlichen Urangehalten der Fördererze zwischen 0,005 Gew.% und 0,02 Gew.% und 0,05 Gew.% bis 0,11 Gew.% Uran (sedimentär-hydrothermal). Weitere rund 87.243,3 t Uran wurden als erkundete und vermutete Ressourcen 1990 ausgewiesen, mit Gehalten zwischen 0,02 Gew.% und 0,09 Gew.% (rein sedimentär), womit es sich um eines der größten Uranvorkommen der Erde handelt. Kleinere Vorkommen dieses Typs gibt es auch im Vogtland und im Thüringer Wald.


Das Vorkommen von radioaktiven Quellen bei Ronneburg in Ostthüringen war schon vor dem Zweiten Weltkrieg bekannt, allerdings erreichten sie nie die Berühmtheit oder Stärke der Quellen von Oberschlema oder Jáchymov im Erzgebirge. Im Jahr 1949 begann die Wismut mit der Uranerkundung im Gebiet von Ronneburg. Die Suche führte zum Auffinden und Abbau der größten Uranressource Europas mit einem Inhalt von etwa 200.000 t Uran. Abgebaut wurden davon bis 1990 etwa 113.000 t. Die Wismut SDAG wies zum 1. Januar 1991 eine gesamte Restressource von 87.243,3 t für das Erzfeld Ronneburg aus.

Die Lagerstätte liegt auf der Gera-Jáchymov-Störungszone, an die auch die Uranlagerstätten Přibram, Sokolov, Jáchymov (alle Tschechische Republik), Pöhla-Tellerhäuser, Johanngeorgenstadt, Schneeberg-Schlema-Alberoda und Hauptmannsgrün-Neumark gebunden sind. Im Gegensatz zu den genannten Lagerstätten (außer Hauptmannsgrün-Neumark) handelt es sich beim Erzfeld Ronneburg allerdings nicht um eine Ganglagerstätte, sondern um eine hydrothermal überprägte Schwarzschieferlagerstätte mit einer Uranmineralisation in paläozoischen kohlenstoffreichen Schiefern und Diabasen des Ordoviziums und Silurs. Die Lagerstätte besteht aus unzähligen, unregelmäßig geformten Erzkörpern unterschiedlichster Größe, jeder davon enthält durchschnittlich 70 t Uran. In den Körpern wird die Vererzung durch Klüfte und Störungen kontrolliert und ist stark absetzig, das heißt, die Uranverteilung ist sehr ungleichmäßig. Das Fördererz enthielt im Durchschnitt 0,07 % –0,1 % Uran.

Bis 1970 war das Objekt 90 (ab 1967 Bergbaubetrieb Gera) für die Lagerstätte verantwortlich. In diesem Jahr wurde der Bergbaubetrieb (BB) in die Bergbaubetriebe Reust, Schmirchau und Paitzdorf aufgespalten, 1974 und 1980 kamen noch die Bergbaubetriebe Beerwalde und Drosen hinzu. Einer der größten Tagebaue war Lichtenberg mit ca. 2 km Länge, 1 km Breite und 240 m Teufe, dem die Orfte Schmirchau, Lichtenberg und Gessen zum Opfer fielen. Insgesamt wurden 3 Tagebaue betrieben und 63 Schächte und Blindschächte geteuft. Die Lagerstätte fiel von Süd nach Nord ein, der tiefste Bergbau fand in Drosen mit einer Teufe von rund 900 m statt. Große Probleme bereiteten in den 1950er und 1960er Jahren endogene Brände, die durch den Kohlenstoff- und Markasitgehalt in Kombination mit ungeeigneten Abbauverfahren ausgelöst wurden.

Die Aufbereitung der Erze fand zum größten Teil in der Aufbereitungsanlage Seelingstädt 10 km südlich von Ronneburg statt. Die Aufbereitungsanlage Seelingstädt befand sich am Ort der Uranlagerstätte > Culmitzsch, die von 1951 bis 1967 abgebaut wurde. Diese Lagerstätte hing aber geologisch nicht mit dem Ronneburger Erzfeld zusammen.

Die Wismut stellte einen wesentlichen Wirtschaftsfaktor in der Region Gera dar und trug erheblich zum Wachstum der Stadt bei; so wurde zum Beispiel das Neubaugebiet Bieblach ausdrücklich als Bergarbeitersiedlung angelegt.

Tagebau Schmirchau
Tagebau Schmirchau

Blick von der Halde Lichtenberg über den Tagebau Schmirchau 1989;
Foto : Michael Beleites WISE Uranium Project

WISE Uranium Project
Lichtenberg
Lichtenberg

Tagebau Lichtenberg bei Ronneburg in Thüringen (2000)

Steffen Löwe
Reuster Halden bei Ronneburg
Reuster Halden bei Ronneburg

Reuster Spitzkegelhalden bei Ronneburg 2004

Steffen Mokosch

Erdöl und Erdölmuttergesteine

Erdölmuttergesteine sind Sedimentite, welche hohe Anteile biogenen Kohlenstoffs enthalten. Oberflächennahe, erdölhaltige sandige Sedimente werden jedoch als Ölsande bezeichnet

Erdöl entsteht aus abgestorbenen Meeresorganismen wie Algen. Sie werden während mehreren hunderttausend bis mehreren Millionen Jahren auf dem Meeresgrund abgelagert. Herrschen in der betreffenden Meeresregion anoxische Bedingungen nahe dem Meeresgrund, so bilden sich dabei mächtige Sedimentfolgen mit hohem Anteil biogenen Materials. Die Abwesenheit von Sauerstoff in dieser Ablagerungsumgebung verhindert die vollständige Zersetzung der Biomasse und es entsteht Faulschlamm. Im Laufe von Jahrmillionen wird dieser durch Überdeckung mit weiteren Sedimenten hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen werden die in der Biomasse enthaltenen wasserunlöslichen, langkettigen Kohlenwasserstoffe, die sogenannten Kerogene, in kurzkettige gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffketten aufgespalten, ein Prozess, der in der Industrie auch als Cracken bekannt ist.

Diese fein verteilten Kerogene werden durch Druck und Temperatur zersetzt, jedoch nicht oxidiert. Sie können innerhalb der Poren von Gesteinen wandern. Diesen Prozess nennt man Migration. In sogenannten Erdölmuttergesteinen sammeln sich die umgewandelten Kohlenwasserstoffe als Erdöl und Erdgas an. Gerät das Erdöl unter undurchlässige Gesteinsschichten, die seine weitere Wanderung an die Erdoberfläche und seitwärts verhindern (Erdölfalle), reichert es sich dort an und es entsteht eine Erdöllagerstätte. In den Gesteinsporen befinden sich neben Erdöl auch Lagerstättenwasser und Erdgas. Es entsteht zusammen mit Erdöl unter sehr ähnlichen Bedingungen und bildet über Erdöllagerstätten oft eine sogenannte Gaskappe.

Damit die Umwandlung von Kerogenen in Erdöl und Erdgas gelingt, müssen verschiedene geologische Faktoren stimmen. Eine wichtige Rolle spielen Drücke und Temperaturen, aber auch die Zusammensetzung des umliegenden Gesteins die im Laufe der Katagenese auftreten. Über lange Zeiträume gesehen sowie unter einer hohen Gesteinsauflast beginnt die Bildung von Erdöl bei etwa 60 °C, die Bildungsrate erhöht sich wenn die Temperaturen weiter auf 120–130 °C steigen und nimmt bei Temperaturen darüber wieder ab. Zwischen 170 und 200 °C bildet sich vor allem Erdgas und kaum noch Erdöl. Ab etwa 200 °C endet auch die Erdgasbildung und die Muttergesteine treten in eine metamorphe Phase ein. Diesen Bereich bezeichnet man auch als Erdölfenster. Dieses findet sich meist zwischen 2000 und 4000 Metern Tiefe. Optimale Bedingungen für die Entstehung von Erdöl, was Druck, Temperaturen und geeignete Fallenstrukturen angeht, finden sich in der Regel an den passiven Schelfrändern der Kontinente, an Grabenbrüchen und in der Nähe unterirdischer Salzstöcke.

Im Verlauf der weiteren Diagenese können Kerogene bituminös, d. h. zähflüssig, und unbeweglich werden. Solche Vorkommen sind für die Förderung aufgrund hoher Kosten i.d.R. uninteressant.

(Quelle: wikipedia: Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar)


Erdöl-Lagerstätten

Die gezielte Suche nach Erdöl- und Erdgasvorkommen bezeichnet man als Prospektion. Im Vordergrund der Suche stehen vor allem Vorkommen, deren Abbau wirtschaftlich rentabel ist. Solche Vorkommen werden in der Erdöl- und Rohstoffgeologie zur Abgrenzung von nicht-rentablen Vorkommen auch als Lagerstätten oder Ölfelder bezeichnet („Ölfeld“ bezeichnet alternativ auch das Areal an der Erdoberfläche über einer Lagerstätte oder mehreren nahe beieinander liegenden Lagerstätten, in dem eine größere Anzahl von Ölförderanlagen konzentriert ist).

Hinsichtlich der Lagerstättengeologie und der Viskosität des Öls und damit letztlich des zur Ölförderung nötigen Aufwandes werden konventionelle Lagerstätten von unkonventionellen Lagerstätten unterschieden. Konventionelle Lagerstätten bestehen aus einem relativ hochporösen und permeablen Speichergestein und enthalten relativ dünnflüssiges Öl. Sie können mit herkömmlicher Fördertechnik vergleichsweise kostengünstig bewirtschaftet werden. Unkonventionelle Lagerstätten bestehen aus einem eher geringporösen und impermeablen Gestein oder enthalten eher zähes, bitumenartiges Öl, sodass die Förderung nur durch hohen technischen und energetischen Aufwand erfolgen kann.

Die größten bzw. produktivsten Ölfelder der Erde werden unter der Bezeichnung Giant Fields („Riesenfelder“) zusammengefasst. Die größten 500 Ölfelder, d. h. 1 % aller bekannten Ölfelder, lieferten 2005 60 % des gesamten geförderten Öls, wobei die größten 20 rund 25 % des gesamten Öls lieferten.

Ob die Ölförderung aus einem Vorkommen sich überhaupt lohnt bzw. lohnen wird oder nicht, hängt stets auch vom Marktpreis (siehe unten) und vom Stand der Explorations- und Fördertechnik ab. So ist die Förderung vieler längst bekannter unkonventioneller Vorkommen (z. B. Ölsand- oder Schweröl) erst seit einigen Jahren (Stand 2014) wirtschaftlich sinnvoll.

Erdöl- und Erdgas-Lagerstätten
Erdöl- und Erdgas-Lagerstätten

Lagerstätten

Archiv: Mineralienatlas
Erdöl
Erdöl

Eröllagerstätte am Kaspisches Meer

Brian Romans

Erdöl und dessen Förderung

Erdöl ist ein in der Erdkruste eingelagertes, hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen bestehendes Stoffgemisch, das bei Umwandlungsprozessen organischer Stoffe entsteht, die sich in sogenannten Speichergesteinen ansammeln. Das als Rohstoff bei der Förderung aus Speichergesteinen gewonnene und noch nicht weiter behandelte Erdöl wird auch als Rohöl bezeichnet. Eine Erdöl-Lagerstätte entsteht, wenn das Erdöl auf dem Weg zur Erdoberfläche durch undurchlässige Gesteins-Schichten eingeschlossen wird und sich entsprechend anreichern kann.

Je nach Art der Fördermöglichkeit wird bei Erdöllagerstätten zwischen konventionellen und unkonventionellen Vorkommen unterschieden. Allgemein erfolgt die Förderung konventionellen Erdöls heute in folgenden Phasen:

  • In der ersten Phase (primary oil recovery) wird Öl durch den natürlichen Druck des eingeschlossenen Erdgases (eruptive Förderung) oder durch „Verpumpen“ an die Oberfläche gefördert.
  • In der zweiten Phase (secondary oil recovery) werden Wasser oder Gas in das Reservoir injiziert (Wasserfluten und Gasinjektion) und damit zusätzliches Öl aus der Lagerstätte gefördert.
  • In einer dritten Phase (tertiary oil recovery) werden komplexere Substanzen wie Dampf, Polymere, Chemikalien, CO2 oder Mikroben eingespritzt, mit denen die Nutzungsrate nochmals erhöht wird.

Je nach Vorkommen können in der ersten Phase 10–30 % des vorhandenen Öls gefördert werden und in der zweiten Phase weitere 10–30 %; insgesamt in der Regel also 20–60 % des vorhandenen Öls. Angesichts des hohen Preisniveaus und der globalen Marktdynamik ist damit zu rechnen, dass sich die tertiäre Förderung auch bei „alten“ Vorkommen stark intensivieren wird.

Besondere Schwierigkeiten bereitet die Erdölförderung aus Lagerstätten, die sich unterhalb des Bodens von Meeren oder Seen befinden („Off-Shore-Gewinnung“). Hier müssen zur Erschließung der Lagerstätte auf dem Gewässergrund stehende oder darüber schwimmende Bohrplattformen (Bohrinseln) eingerichtet werden, von denen aus gebohrt und später gefördert (Förderplattformen) werden kann. Hierbei ist das Richtbohren vorteilhaft, weil dadurch von einer Bohrplattform ein größeres Areal erschlossen werden kann.

Befindet sich eine Erdöllagerstätte nahe der Erdoberfläche, so kann das darin enthaltene, zu Bitumen verarmte Öl im Tagebau gewonnen werden. Ein Beispiel hierfür sind die Athabasca-Ölsande in Alberta, Kanada. Aus tieferen Lagerstätten wird Erdöl durch Sonden gefördert, die durch Bohrungen bis zur Lagerstätte eingebracht werden.

Während das Erdöl in konventionellen Lagerstätten relativ einfach aus durchlässigen Gesteinschichten gefördert werden kann, wird bei unkonventionellen Vorkommen das "hydraulic fracking oder kurz fracking" (von englisch to fracture ‚aufbrechen‘, ‚aufreißen‘; auch „hydrofracking“, deutsch auch hydraulische Frakturierung, hydraulisches Aufbrechen, hydraulische Risserzeugung oder auch hydraulische Stimulation. d.h. Methode zur Erzeugung, Weitung und Stabilisierung von Rissen im Gestein einer Lagerstätte im tiefen Untergrund, mit dem Ziel, die Permeabilität (Durchlässigkeit) der Lagerstättengesteine zu erhöhen, angewandt. Dadurch können darin befindliche Gase oder Flüssigkeiten leichter und beständiger zur Bohrung fließen und gewonnen werden.


Kerogen

Kerogen ist organisches festes, tw. wachsartiges Material, welches in Sedimentgesteinen vorkommt und aus Bakterien, verwesten Algen und Holz gebildet wurde. Durch Destillation des Öls kann man nachweisen, dass es aus abgestorbenem Plankton stammt. Bei chromatographischen Untersuchungen lassen sich Aminosäuren und Chlorophyll-Abbauprodukte feststellen. Kerogen ist die häufigste Form von organischen Kohlenstoffen in der Erde. Der Kerogenanteil, also der Anteil organischen Materials, liegt je nach Vorkommen zwischen 10 und 30 %. Es handelt sich nicht um Schiefer im petrographischen Sinne, sondern um geschichtete, aber nicht geschieferte Sedimentgesteine. Einer der vier Kerogen-Typen, Liptinit, wird aus Bakterien und Algen in Schlämmen als Ölschiefer gebildet und bildet die Ausgangsbasis für die Ölgewinnung. Unter Sauerstoffabschluss kann die organische Biomasse nicht verwesen, sondern durchlief einen biochemischen Fäulnis- und Umbauprozess. Die organische Substanz wurde dabei in ihre Bestandteile (Proteine, Fette und Kohlehydrate mit geringen Anteilen von Schwefel und Stickstoff) aufgespalten, aus denen sich im Laufe der Erdgeschichte Kerogene als Vorstufe von Erdöl bilden können.

Kerogenschiefer
Kerogenschiefer

Kerogenschiefer (Tasmanit) aus dem Unteren Perm;
Quamby, Nord-Tasmanien, Australien;
7 cm

James St. John
Kerogen-/Ölschiefer-Plattenkalke
Kerogen-/Ölschiefer-Plattenkalke

Ölschiefer (kein echer Schiefer, sondern ein Plattenkalk) in eozänischen Kalksteinschichten. Mina del Carbur; Sant Pau de Seguries, Garrotxa, Pyrenäen, Provinz Girona, Catalunya, Spanien

Peter Seroka

Bitumen als Naturasphalt

Bitumen (lat. bitumen „Erdpech”) bezeichnet ein sowohl natürlich vorkommendes als auch durch Vakuumdestillation aus Erdöl gewonnenes Gemisch aus verschiedenen organischen Stoffen. Das Materialverhalten ist von der Umgebungstemperatur abhängig und wird als elasto-viskos bezeichnet. Bitumen ist klebrig, abdichtend, nicht flüchtig, und in unpolaren Lösemitteln wie zum Beispiel Toluol weitestgehend bis vollständig löslich. Natürliches Bitumen kommt im Porenraum einiger Sedimentgesteine (z.B. in Schwarztonsteinen wie dem Kupferschiefer) und in Form von Naturasphalt vor.

Das Wort Asphalt leitet sich vom altgriechischen ἄ-σφαλτος ásphaltos „Asphalt“, „Erdharz“ ab, das seinerseits ein negiertes Verbalsubstantiv von σφάλλω sphállō „zum Fallen bringen“ ist. Dies geht vermutlich darauf zurück, dass Asphalt ursprünglich als Bindemittel im Mauerbau verwendet wurde, und die Mauern vor dem Umgestoßenwerden (Umfallen) schützte

Natürlicher Asphalt (auch Erdpech oder Bergteer genannt) entsteht aus Erdöl oder Ölsanden durch Aufnahme von Luftsauerstoff (Oxidation genannt) und Verdunstung von leichtflüchtigen Bestandteilen. Je nach Mineralstoffanteil wird zwischen Asphaltgestein (hoher Anteil) und Asphaltit (geringer Anteil) unterschieden.

Große Naturasphaltvorkommen befinden sich in Trinidad (der Asphaltsee ist der Ursprung des Trinidad-Naturasphalts), in Venezuela der Lago de Guanoco, in den Schweizer Gemeinden Buttes und Travers sowie im Elsass. Pechelbronn im Elsass war der Ort in Europa, an dem zuerst Erdöl gewonnen wurde. Die Erdpechquelle ist seit 1498 belegt. Das aus den Pechelbronner Schichten stammende Erdöl wurde zunächst medizinisch bei Hauterkrankungen benutzt. Die kommerzielle Nutzung aber begann 1735 und endete 1970.

Natürliche Asphalte existieren des Weiteren in Kalifornien (beispielsweise in La Brea), Colorado, Argentinien, Syrien, Alberta, Kanada (Ölsande), auf Kuba, am Toten Meer, in Ägypten und Albanien. Bekannt ist auch der Gilsonite genannte Naturasphalt, der seit Mitte des 19. Jahrhunderts im US-Bundesstaat Utah abgebaut wird. Mit seiner Hilfe können die Griffigkeit und Dauerhaftigkeit von technisch hergestelltem Asphalt verbessert werden.

Eine deutsche Naturasphaltlagerstätte liegt in Vorwohle im Landkreis Holzminden in Niedersachsen. Derzeit befindet sich im niedersächsischen Holzen der einzige Naturasphalt-Untertagebau in Deutschland. Verarbeitet wird dieser Asphalt in Eschershausen. Die übrigen 15 Abbaugebiete sind in den 1950er und 1960er Jahren aus wirtschaftlichen Gründen geschlossen worden.

Asphaltsee in Trinidad
Asphaltsee in Trinidad

Der Asphaltsee in Trinidad nach einem Bild von 1890 in Popular Science Monthly, Vol. 58

Public Domain
La Brea Teergruben
La Brea Teergruben

Aufsteigende Blase im Asphalt der La Brea Teergruben (La Brea tar pits) in Los Angeles, California, USA

Daniel Schwen
Asphalt-See McKittrick
Asphalt-See McKittrick

Eine Asphaltblase im McKittrick Teersee (McKittrick Tar or Oil Seeps and McKittrick Brea Pits), Kern County, Süd-Kalifornien, USA.

Lldenke

Ölschiefer

Der ursprünglich bergmännische Begriff des „Ölschiefers“ ist weder geologisch-petrographisch noch chemisch exakt definiert. Nach TAYLOR et al. (1998) ist jedes Sedimentgestein ein „Ölschiefer“ (bzw. oil shale), das hohe Anteile „unreifer“ organischer Substanz mit einem hohen Kohlenwasserstoffpotential enthält. TISSOT& WELTE(1984) beschreiben Sedimentgesteine, die durch Pyrolyse industriell nutzbare Mengen Öl liefern, als „Ölschiefer“. Eine Klassifikation erfolgt nach dem Typ und der Herkunft des organischen Materials, das in ein komplexes System von Maceralen eingeteilt wird.

Ölschiefer-Klassifizierung (nach HUTTON, 1987-1991)

Terrestrische Ölschiefer

Kännelkohle (cannel coal)

Lakustrine Ölschiefer (Gewässerböden)

Lamosit
Torbanit (boghead coal)

Marine Ölschiefer (Meeresböden)

Kuckersit
Tasmanit
Marinit

Kännelkohle (engl. Cannel coal oder candle coal) ist aufgrund ihrer Morphologie und wegen ihres geringen Mineralgehaltes eine Art kohlenwasserstoffreiche braune bis schwarze Kohle, welche jedoch aufgrund ihres schieferigen Gefüges und ihrer Zusammensetzung aus organischen Bestandteilen als terrestrischer Ölschiefer definiert wird. (HUTTON, (1987), DYNI (2006), SPEIGHT (2012), HAN et al. (1999). Sie besteht aus Harzen, Sporen, Wachsen, cutinartigen und korkigen Materialien, welche von terrestrischen vaskularen Pflanzen stammen sowie aus wechselnden Anteilen von Vitrinit und Inertinit .

Die Kännelkohle ist eine Abart der Mattkohle (Durit, eine harte, aber nur matt glänzende, liptinitreiche Humuskohle), die neben Glanzkohle (Vitrit, eine vitrinitreiche Humuskohle) und Faserkohle (Fusit, weicher, besteht zu einem hohen Anteil aus Fusinit) an dem streifenartigen Aufbau der Kohlenflöze beteiligt ist. Im Vergleich mit der tiefschwarz-glänzenden, sehr harten und spröden Glanzkohle ist die Mattkohle mitunter seidenglänzend (matt), ebenfalls sehr hart und zäh, aber auch tiefschwarz. Sie besteht aus einer schwarzen, undurchsichtigen Grundmasse, in der Pflanzengewebeteile, insbesondere Sporen und Harz- oder Bitumenkörper, eingebettet sind. Ist die Mattkohle nur oder fast nur aus Mikrosporen und Pollen aufgebaut, so liegt Kännelkohle vor. Diese hat einen außergewöhnlich hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, bzw. sie ist reich an schweren Kohlenwasserstoffen.

Lakustrine Ölschiefer sind Lamosit und Torbanit . Lamost ist ein blassbrauner bis graubrauner Ölschiefer, dessen Hauptbestandteil Lamalginit ist, welher von lakustrinen planktonischen Algen stammt. Torbanit, benannt nach Torbane Hill bei Bathgate in Schottland, ist ein schwarzer Ölschiefer dessen organischer Hauptbestandteil Telalginit ist, welcher von lipidreichen Botryococcus und verwandten Algenformen stammt. Torbanit wird auch als Boghead-Kohle bezeichnet.

Marine Ölschiefer sind Kuckersite, Tasmanite und Marinit. Kuckersit (s.u.) ist ein hellbrauner Ölschiefer, dessen Hauptbestandteil Telalginit ist, welcher von grünen Algen Gloeocapsomorpha prisca stammt. Tasmanit, benannt nach Tasmanien, ist ein brauner bis schwarzer Ölschiefer, dessen Hauptbestandteil Telalginit von unicellularen tasmanitiden Algen marinen (subtidalen) Ursprungs ist. Marinit ist ein grauer bis dunkelgrauer Ölschiefer marinen Ursprungs, dessen Hauptbestandteile Lamalginit und Bituminit sind, welche von marinem Phytoplankton mit unterschiedlichen Anteilen Bitumen, Telalginit und Vitrinit sind.


Als Ölschiefer werden dunkelgraue bis schwarze, tonig und mergelige Schiefertone bezeichnet, die Bitumen, Kerogene und/oder schwerflüchtige Öle enthalten, aus welchen durch Erhitzen auf 340 bis 530 °C und anschließender Kondensation Schwelöl gewonnen werden kann.

Bei Ölschiefer handelt sich nicht um Schiefer im petrographischen Sinne, sondern um geschichtete, aber nicht geschieferte Sedimentgesteine. Die Kerogene bilden sich unter Sauerstoffabschluss aus abgestorbenem Plankton, Meerwasser- und Süßwasseralgen sowie Bakterien. Bei chromatographischen Untersuchungen lassen sich Aminosäuren und Chlorophyll-Abbauprodukte feststellen. Unter bestimmten geologischen Bedingungen können sich aus Ölschiefern im Laufe der Erdgeschichte durch zunehmende Überlagerung und Temperaturerhöhung Erdölmuttergesteine bilden.

Ölschiefer können sich aus Kleinstlebewesen (Algen, Plankton und Bakterien) bilden, die ursprünglich in Sümpfen, Süß- und Salzwasserseen sowie in flachmarinen, subtidalen Bereichen abgelagert wurden, wenn diese nach dem Absterben auf einen schlecht durchlüfteten, sauerstoffarmen See- oder Meeresboden sinken. Unter Sauerstoffabschluss konnte die organische Biomasse nicht verwesen, sondern durchlief einen biochemischen Fäulnis- und Umbauprozess. Die organische Substanz wurde dabei in ihre Bestandteile (Proteine, Fette und Kohlehydrate mit geringen Anteilen von Schwefel und Stickstoff) aufgespalten, aus denen sich im Laufe der Erdgeschichte Kerogene als Vorstufe von Erdöl bilden können. Im Gegensatz zum Erdöl wurden beim Ölschiefer noch nicht alle Stufen des Bitumenbildungsprozess durchlaufen und er wird daher als unreifes Erdölmuttergestein bezeichnet. (wikipedia).

Die meisten Ölschiefer entstanden während des mittleren Kambriums, den frühen und mittleren Ordovicium, spätem Devon und spätem Jura sowie in paläozenen Zeiträumen aus Kleinstlebewesen (Algen, Plankton und Bakterien), die ursprünglich in Seen, Sümpfen, Süß- und Salzwasserseen sowie in flachmarinen, subtidalen Bereichen abgelagert wurden, wenn diese nach dem Absterben auf einen schlecht durchlüfteten, sauerstoffarmen See- oder Meeresboden sinken.

Es gibt weltweit etwa 600 Ölschiefer-Vorkommen von wirtschaftlicher Bedeutung. Ölschiefer gehört zu den sogenannten „unkonventionellen Vorkommen", deren Ausbeutung aufgrund sehr hoher Förderkosten jedoch (noch) nicht lohnend ist.

Die größten Ölschiefer-Lagerstätten finden sich in den Resten großer Seen wie z.Bsp. der Green River Formation in Wyoming und Utah, USA. Ein in Deutschland bekanntes Beispiel für stark kohlenstoffhaltige Sedimente ist der Ölschiefer aus dem Schwarzen Jura (früher Lias Epsilon), der in Süddeutschland des öfteren an der Oberfläche ansteht und auch im Nordseebereich wichtiges Erdölmuttergestein ist.

Weltweit gibt es in 40 Ländern eine große Anzahl von Ölschiefer-Lagerstätten aus verschiedenen Erdzeitaltern. Die deutsche Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) schätzt die Menge der weltweiten Ölschiefer-Ressourcen aktuell auf 97 Gigatonnen (Datenstand: Ende 2011), wobei festgestellt werden muss, dass die Abschätzung der Ressourcen seit 2009 (119 GT) mehrfach (2011: 112 GT) nach unten korrigiert werden musste. Eine Abschätzung des förderbaren Ressourcen ist aufgrund der fehlenden und vagen Datenlage sowie der unterschiedlichen Energiegehalte der einzelnen Vorkommen in vielen Ländern nach Angaben der BGR und des USGS nicht möglich. Die größten Vorkommen befinden sich in den USA (73 %), gefolgt von Russland (10 %) und Brasilien, Italien und der Republik Kongo (zusammen 9 %). Das größte Vorkommen befindet sich im Gebiet der Green River Formation in den USA.

In Deutschland wurde Ölschiefer in den letzten Jahren des Zweiten Weltkrieges in einem größeren Umfang abgebaut. Gegenwärtig wird Ölschiefer lediglich bei Dormettingen in Baden-Württemberg von einem Zementwerk gewonnen und vor Ort zur Stromerzeugung verwendet. Nach Angaben der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) ist die energetische Nutzung nur deshalb wirtschaftlich, weil der gebrannte Ölschiefer als Ausgangsprodukt für spezieller Portlandzemente verwendet wird.

Im südöstlichen Niedersachsen im Bereich von Schandelah nahe Braunschweig gibt es ein Vorkommen von ca. 2 Mrd. Tonnen bei einem Ölgehalt von weniger als 10 %. Auch dieses Vorkommen erschließt Sedimentgesteine des Lias.

Im südlichen Emsland in der Region um Salzbergen findet man Ölschiefer. Dieser war Anlass, 1860 die Raffinerie Salzbergen zu gründen. Die Ölschieferverarbeitung wurde jedoch 1861 aufgegeben. Als spätere Erdölraffinerie und heutige Schmierstoffraffinerie existiert sie noch.

Die Grube Messel ist ein Beispiel eines Ölschiefervorkommens mit einem bedeutenden Fossilienvorkommen. Anders als die nachfolgenden Beispiele fand die Bildung hier in einem Maarsee statt, also unter Süßwasserbedingungen. Die Fossilien dieser Fossillagerstätte gehören in die Zeit des Eozäns.

Die größten europäischen Vorkommen befinden sich in Russland. Hier wurden im Olenjok (Sacha)-Becken, im Baltischen Ölschiefer-Becken bei St. Petersburg, im Wolga-Becken und im Wytschegodski-Becken Ölschiefer abgebaut und bis 2005 nach Estland zum Verstromen exportiert.

In Estland befindet sich bei Narva sowie bei Kohtla-Järve das bedeutendste Vorkommen von Kukersit. Kukersit, benannt nach dem ehemaligen deutschbaltischen Gut Kukruse (deutsch Kuckers), ist eine marine Gyttja. Dieses fossilreiche Tonmergelsediment wechsellagert mit Einschaltungen aus Kalk, der ebenfalls Fossilien aus dem Ordovizium enthält. Estland deckt derzeit über 90 % seines Strombedarfs aus der Verbrennung von Ölschiefer.

In Italien, auf der Insel Sizilien sind große Vorkommen von Ölschiefer bekannt. In Tirol gibt es Ölschiefervorkommen im Raum Scharnitz bis Reith bei Seefeld und im Bereich des Achensees im Bächental. Die Ölschiefervorkommen im Bereich des Achensees werden nach wie vor ausgebeutet und in Pertisau zu Tiroler Steinöl verarbeitet. Dieses findet bei der Produktion von speziellen Kosmetika und medizinischen Produkten Anwendung.

Ölschiefer
Ölschiefer

Ölschiefer am Cliff von Kimmeridge Bay, Isle of Purbeck, Dorset, England

David Squire
Kännelkohle
Kännelkohle

Kännelkohle, eine Varietät von Ölschiefer;
Pennsylvanian, NE Ohio, USA

Mark A. Wilson
Ölschiefer
Ölschiefer

laminierte Lagen; Wallgau, Oberbayern, Bayern, Deutschland. Breite etwa 10 cm

Alfred01
Lamosit -  Green River Formation
Lamosit - Green River Formation

Lamosit, eine Varietät von Ölschiefer aus der Mahagony-Zone der Green River Formation, Colorado

Georghial
Marinit - Jordanischer Ölschiefer
Marinit - Jordanischer Ölschiefer

Jordanischer Ölschiefer von El Lajjun

Ain Anepaio

Kleinere, teilweise historisch genutzte Ölschiefervorkommen sind aus Rumänien (Anina-Mine), Großbritannien in verschiedenen Vorkommen in Schottland, Frankreich (Autun, Sévérac-le-Château), Schweiz (Meride), Schweden (Kvarntorp).

In den USA befindet sich die mit großem Abstand größte Ölschieferlagerstätten der Welt; die eozäne Green-River-Formation, die sich über Teile der Bundesstaaten in Utah, Colorado und Wyoming erstreckt. Der Amerikanische Geologische Dienst (USGS) gibt die vermutete Menge an Schieferöl in der Green-River-Formation mit rund 4,29 Billionen Barrel an, wobei davon auf das Greater Green River Basin 1,44 Billionen Barrel, auf das Uinta-Basin 1,32 Billionen Barrel sowie auf die größte Lagerstätte, das Piceance Basin, 1,53 Billionen Barrel entfallen. Die tatsächlich förderbare Menge Schieferöl in der Green-River-Formation kann derzeit nicht abgeschätzt werden, da nach Angaben des USGS bisher noch keine Methode entwickelt wurde, das Öl aus der Green-River-Formation kostendeckend zu fördern.

Größere Vorkommen von Ölschiefer werden derzeitig in Brasilien, China, Canada, Israel, Jordanien, Libyen, Marokko, Syrien und Thailand erkundet und abgebaut. 2010 wurde bekannt, dass in Anatolien (Türkei) ein größeres Ölschiefer-Vorkommen entdeckt wurde. In Südamerika, insbesondere in Patagonien (Argentinien) wurde in der Vaca Muerta-Formation ein großes Vorkommen von Ölschiefer erbohrt, welches zu den größten Lagerstätten zählt, die in den letzten drei Jahrzehnten entdeckt wurde.


Kuckersit

Kuckersit oder Kukersit (nach dem Dorf Kukruse, dt. Kuckers) ist ein rotbraunes Sedimentgestein aus dem Ordovizium von Estland und Nordwest-Russland, das aufgrund seines hohen Ölgehalts brennbar ist und zu den Ölschiefern gerechnet wird.

Kuckersit ist ein schiefriges, überwiegend feinkörniges Gestein von hell- bis dunkelbrauner Farbe. An manchen Stellen sind unregelmäßige schwarze Linsen von bituminösem Material erkennbar. Das Gestein ist reich an Öl, der Ölgehalt kann bis zu 46 % des Gesteins ausmachen und ist damit weltweit einer der höchsten Ölgehalte in Ölschiefern. Neben organischen Stoffen kommen Silikate und Alumosilikate vor sowie ein für einen Ölschiefer hoher Kalkgehalt.

Im Ordovizium waren weite Teile des Kontinentalbereichs überflutet. In Mittel- und Nordeuropa entstanden Kalkablagerungen in flachen Meeren, so auch im Baltikum. Im Gebiet des heutigen Kuckersits wurden große Menge von Blaualgen der Art Gloeocapsomorpha prisca im Flachmeer abgelagert, es bildete sich eine marine Gyttja. Aufgrund von Vergleichen mit gleichartigen modernen Ablagerungen wird eine Tiefe von nicht mehr als vier Metern für den Meeresbereich angenommen, in dem der Kuckersit entstand. Kuckersit kommt flächenhaft verbreitet an der Ostspitze des Finnischen Meerbusens als vielfach wiederholte Einschaltung in Kalksteinen der Kõrgekallas- und Viivikonna-Formation des Mittleren Ordoviziums von Estland und Russland vor. In diesen 20 bis 30 m mächtigen Kalksteinfolgen wurden bis zu 50 Einzelschichten von Kuckersit und Kuckersit-ähnlichen Gesteinen gezählt, die wenige Zentimeter bis maximal zwei bis drei Meter Mächtigkeit aufweisen. Über dem im unteren Teil dieser Abfolge in Estland und Russland aufgeschlossenen Hauptvorkommen, das den größten Teil der Abbautätigkeiten auf sich zieht, existiert im oberen Teil der Abfolge das so genannte Tapa-Lager, welches vor allem südlich von Tapa in Estland vorkommt. Kuckersit kommt flächenhaft verbreitet an der Ostspitze des Finnischen Meerbusens als vielfach wiederholte Einschaltung in Kalksteinen der Kõrgekallas- und Viivikonna-Formation des Mittleren Ordoviziums von Estland und Russland vor. In diesen 20 bis 30 m mächtigen Kalksteinfolgen wurden bis zu 50 Einzelschichten von Kuckersit und Kuckersit-ähnlichen Gesteinen gezählt, die wenige Zentimeter bis maximal zwei bis drei Meter Mächtigkeit aufweisen. Über dem im unteren Teil dieser Abfolge in Estland und Russland aufgeschlossenen Hauptvorkommen, das den größten Teil der Abbautätigkeiten auf sich zieht, existiert im oberen Teil der Abfolge das so genannte Tapa-Lager, welches vor allem südlich von Tapa in Estland vorkommt.

Das Gestein ist über mehr als 90 Kilometer von Tallinn bis Sankt Petersburg aufgeschlossen, alleine in Estland beträgt die Fläche seines Verbreitungsgebietes mehr als 50.000 km2. Die Gesteinsschichten fallen flach nach Südwesten ein und sind durch Bohrungen bis etwa 60 Kilometer südlich der Küste nachgewiesen. Die Gesamtvorräte in Estland werden je nach Quelle auf etwa 6 bis 21 Milliarden Tonnen geschätzt.

Der Ölschiefer war den Bewohnern am Finnischen Meerbusen schon lange bekannt und wurde von ihnen als Brennstoff verwendet. Die erste große Anlage zur Gewinnung von Öl aus Kuckersit wurde 1924 in Kohtla-Järve in Betrieb genommen. Bis 1940 wurden vor allem Diesel und Schmierstoffe erzeugt sowie Holzschutzmittel und Bitumen aus Schieferöl. Zu dieser Zeit wurden fast 10 % der estnischen Exporterlöse aus Schieferöl erzielt. Heute deckt Kuckersit 62 % des Ölbedarfs von Estland und ist vor allem im Bereich der Energieversorgung von Bedeutung. Ende der 1990er Jahre bestanden noch sechs Bergwerke bis 80 m Tiefe und vier Tagebaue. Größere Vorkommen sind vor allem noch westlich von Kohtla-Järve nachgewiesen, die jedoch noch nicht abgebaut wurden (Stand 1999). In Russland ist Kuckersit ebenfalls abgebaut worden, jedoch nicht in so großem Ausmaß wie in Estland. Auch heute bestehen noch Abbaustellen zwischen St. Petersburg und der estnischen Grenze.

Kuckersit
Kuckersit

Ölschiefer-Varietät Kuckersit von Estland (ordovizisch)

Mark A. Wilson
Ölschiefer-Bergbau
Ölschiefer-Bergbau

Ölschiefer-Bergbau in Põhja-Kiviõli nahe Kohtla-Järve, Estland

Mark A. Wilson

Die weltgrößten Ölschieferlagerstätten


USA

Die Green-River-Formation enthält weltweit die größten Vorkommen an Ölschiefer. Die Menge des enthaltenen Schieferöls wird auf 213 Mrd. Tonnen geschätzt (USGS Scientific Investigations Report 2005–5294).

Die Green-River-Formation ist eine eozäne Schichtenfolge aus den Ablagerungen einer Abfolge intermontaner Seen. Sie ist nach dem Green River benannt, einem Nebenfluss des Colorado Rivers in den Vereinigten Staaten. Sie besteht aus den Ablagerungen ursprünglich miteinander in Verbindung stehender großflächiger Seen. Das Ablagerungsgebiet der Formation umfasste mehrere Becken, die die im Nordosten des Bundesstaates Utah gelegenen Uinta Mountains umgürten:

  • das Fossil-Becken im Südwesten Wyomings, in dem ursprünglich der Fossil Lake ausgebildet war
  • das flächenmäßig größere Green-River-Becken und das Washakie-Becken ebenfalls im Südwesten von Wyoming, am unmittelbaren Nordrand der Uintas; hier bestand derLake Gosiute
  • das Uinta-Becken im nordöstlichen Utah und das Piceance-Creek-Becken im nordwestlichen Colorado mit dem alle anderen an Größe übertreffenden Lake Uinta.

Insgesamt bedeckt die Green-River-Formation mehr als 65.000 km² und ist durchschnittlich 600 m mächtig. Im östlichen Verbreitungsgebiet im ehemaligen Lake Uinta erreicht sie mit über 2150 m ihre maximale Dicke. Lithologisch sind diese festländischen Seesedimente recht vielseitig – es wechseln Sandsteine, Tonsteine, Siltsteine, Ölschiefer, Kohleflöze, salzführende Evaporitlagen sowie eine Vielzahl von limnischen Kalken und Dolomiten miteinander ab. Zwischengeschaltete vulkanische Aschelagen aus dem weiter nördlich, in der Nähe von Yellowstone gelegenen Absaroka Volcanic Field sowie dem südöstlich gelegenen San Juan Volcanic Field bilden datierbare Referenzlagen innerhalb der sedimentären Abfolge. Die gesamte Formation kann in 14 Untereinheiten aufgegliedert werden, von denen sechs im Bereich des Lake Uinta, fünf im Lake Gosiute und drei im Fossil Lake lokalisiert sind. Häufig wird die Sedimentabfolge von Ablagerungen fluviatilen Ursprungs unterbrochen, die im unteren Bereich der Wasatch-Formation zugeschrieben werden können, im oberen Bereich hingegen der Bridger-Formation.

Sie zeigen auf, dass die Seen nicht durchgängig bestanden, sondern zeitweise trocken fielen. Ursache für die Bildung dieser intermontanen Gebirgsseen war die weiter im Westen bereits während der Oberkreide stattfindende Sevier Gebirgsbildung sowie anschließend das blockartige Aufsteigen der Rocky Mountains während der Laramischen Gebirgsbildung im Paläogen. Dies begründet den aus allen Richtungen erfolgenden Sedimenteintrag in die Teilbecken – durch das allmähliche Auftauchen der zentralen Uintas wurden die Sedimente in nördliche, östliche und südliche Richtung geschüttet.

Ölschiefer  - Piceance Basin
Ölschiefer - Piceance Basin

Piceance Basin Green River Formation W Colorado

USGS Public Domain
Uinta Mountains in Utah
Uinta Mountains in Utah

Blick nach Süden Richtung Kings Peak von oberhalb des Henry Fork Beckens. Gren River Formation, Uinta Mountais, Utah

Hyrum K. Wright

Von Norden erfolgte der Eintrag in das Green-River-Becken durch die entstehenden Wind River Mountains im westlichen Wyoming. Die Front Range, die Park Range und die Sawatch Range der Colorado Rockies lieferten den Teilbecken ihre Sedimentfracht aus dem Osten. Die Aufwölbung des Uncompahgre Plateaus und der San Juan Mountains brachten Sedimentschüttungen aus dem Süden. Weiter im Westen schließlich lagen die Wasatch Mountains Utahs und die Höhenzüge des östlichen Idaho.

Das Piceance-Becken ist eine geologische Struktur im NW von Colorado. Sie ist aus Formationen vom Kambrium bis zu Holozän aufgebaut; die mächtigsten Teile wurden jedoch in der Kreidezeit gebildet. Das Piceance-Becken enthält die recihsten und mächtigsten Ölschiefer-Lagerstätten der Welt; die Reserven werden auf 1.525 Trillionen Barrel geschätzt.

Der Green River Ölschiefer ist vom Typus Lamosit mit dem Hauptbestandteil LAmalginit, welcher von lakustrinen planktonischen Algen stammt.


Brasilien

Paraiba
Paraiba

Paraiba-Tal, São Paulo, Brasilien

Rodrigo Soldon

In Brasilien gibt es neun signifikante Ölschiefer-Lagerstätten. Die wegen ihrer Größe, Lage und Qualität wirtschaftlich interessantesten sind das Paraiba-Tal und die Irati-Formation. Beide zusammen enthalten ca. 1,4 Mrd Barrel (223 Mrd l) in situ Öl; die Ressourcen sind mehr als 3 Mrd Barrel. Wenngleich die Irati-Formation die kleinere der Lagerstätten ist (ca. 600 mio Barrel im Vergleich zum Paraiba-Tal mit 800 mio Barrel), dürfte Irati einen längere Ausbeutungserwartung haben.

Die Irati-Formation setzt sich aus zwei Ölschiefer-Betten zusammen, welche durch ca. 12 m Kalkstein und Schiefer getrennt sind. Die obere Schicht ist 9 m mächtig; das untere dünnere Bett mit 4 m ist jedoch wertvoller, weil sein Ölgehalt mit 12% höher ist als der der oberen Schicht mit 7%.

Die Irati-Formation ist eine sehr dunkelgraue bis schwarze, feinkörnige und laminierte Lagerstätte. Etwa 60-70 & des Schiefers besteht aus Tonmineralen und 30-40 % aus organischem Material. Zur Entstehung des Irati-Ölschiefers besteht kein Konsens. Einer Theorie zufolge stammt das organische Material im Ölschiefer von Algen, welche in einer lakustrinen Umgebung mit einer Salinität zwischen Frisch- bis Brackwasser abgelagert wurden. Einer andere Theorie zufolge wurden die organischen Sedimente wahrscheinlich in einer flachen eingeschränkten marinen Umgebung abgelagert. Nach HUTTON's Klassifizierung entstand der Irati-Ölschiefer aus einer marinen Quelle.


Ölschieferlagerstätte Grube Messel

Der Messeler Ölschiefer bildete sich im Eozän vor rund 47 Ma. Eine Forschungsbohrung im Herbst des Jahres 2001 ergab, dass sich im Explosionstrichter eines Vulkanausbruches ein bis zu 300 Meter tiefer See, ein Maar, bildete, das durch Sedimentation wieder aufgefüllt wurde.

Der Ölschiefer wurde in einer Stärke von bis zu 150 Metern abgelagert. Das lässt auf eine Zeitspanne von rund 1,5 Millionen Jahren schließen, während der dieser See bestanden haben muss. Die sehr große Tiefe im Verhältnis zur kleinen Oberfläche erlaubte einen Wasseraustausch durch Konvektion nur in den oberen Wasserschichten, was in der Tiefe zu Sauerstoffmangel führte. In dem subtropischen bis tropischen See konservierten sich deshalb in tiefer gelegenen Wasserschichten und im Schlamm des Sees tote Tiere und Pflanzen, die auf den Grund sanken und versteinerten.

In der Grube Messel wurde von 1859 bis 1970 bituminöser Tonstein, Eisenerz und Braunkohle abgebaut und der Tonstein zur Gewinnung von Erdölprodukten verschwelt. Umgangssprachlich werden diese Sedimente auch als Ölschiefer bezeichnet. Die Grube gehörte ab 1923 zu der A. Riebeck'sche Montanwerke AG. Für die Förderung der Bergbauprodukte aus der Grube und der festen Produkte der Verschwelung auf Halden bestanden verschiedene Bahnsysteme.

Ölschiefer-Lagerstätte Grube Messel
Ölschiefer-Lagerstätte Grube Messel

Die aufgelassene Grube Messel im Jahr 2006

Fritz Geller-Grimm
Ölschiefer
Ölschiefer

Ölschiefer der Lagerstätte Grube Messel

Fritz Geller-Grimm
Ölschiefer
Ölschiefer

Ölschiefer mit Fossil aus der Grube Messel bei Darmstadt

fafner

Posidonienschiefer in Holzmaden

Jura-Ölschiefer
Jura-Ölschiefer

Jura-Ölschiefer aus Holzmaden

Knowme

Der Posidonienschiefer oder Schwäbischer Ölschiefer ist ein asphaltgrauer bis tiefschwarzer bituminöser Plattenkalk aus dem Unterjura, der sich über weite Gebiete Mittel- und Nordwesteuropas erstreckt. Der Begriff „Posidonienschiefer“ ist irreführend, da das Gestein weder Fossilien von Posidonien, eine Gattung ausgestorbener Muscheln, enthält, noch im petrographischen Sinne ein Schiefer ist. Die scheinbare Schieferung ist eine sehr fein laminierte Schichtung des Sediments. Das Gestein ist nach einer häufig darin vorkommenden Muschel benannt, die früher den Namen Posidonia bronni trug. Vor ca. 175 Ma im Schwarzen Jura (bisher Lias Epsilon) erstreckte sich über ein weites Gebiet das Jurameer, ein Nebenmeer der großen Tethys. Es entstand im Toarcium bei der Trennung Amerikas (inklusive Grönland, Laurentia) von Europa (Baltica) und Afrika aus dem vormaligen Superkontinent Pangaea (wohl ab etwa 183 Mio. Jahren), denn durch diese Bewegungen sanken Bereiche Mittel- und Westeuropas ab und gerieten unter Flachwasserbedeckung. Dieses Jura-Flachmeer mit etlichen Inseln – dem europäischen Archipel – war anfangs brackig. Das Klima war geprägt von Sommermonsun und Wintertrockenheit durch Passatwind, was für starke jahreszeitliche Schwankungen des Sauerstoffgehalts im Meerwasser sorgte. Deshalb zersetzte sich totes Gewebe nur sehr langsam. Durch die eingeschwemmten Tone und Kalke wurden die toten Tiere bald überdeckt und konserviert. Im Laufe von Jahrmillionen verfestigte sich der Schlamm. So wurde aus dem Jahreszeitenwechel im Jurameer eine versteinerte Schichtenfolge.

Die Juraschieferplatten werden unter der Handelsbezeichnung Holzmadener Ölschiefer oder Jura Ölschiefer zu Tisch-, Abdeckplatten, Wand- und Kaminverkleidungen, Treppenstufen und Bodenplatten etc. verarbeitet.

Das Gestein enthält wie die Ölschiefer bituminöse Bestandteile - es brennt daher gut - und „schwitzt“ beim Erwärmen Schieferöl aus. Aus diesem Ölschiefer kann auch eine Sorte des Steinöls Ichthyol gewonnen werden.

Gegen Ende des Zweiten Weltkriegs versuchten die Nationalsozialisten im Raum Balingen mittels des sogenannten Unternehmens "Wüste" aus den Ölschiefervorkommen der Schwäbischen Alb Mineralöl für Panzer und Flugzeuge zu gewinnen, was aber nicht den gewünschten Erfolg brachte. Das Öl war so minderwertig, dass es nur in speziellen Motoren verbrannt werden konnte. Außerdem war das angewendete Meilerverfahren ineffizient. Um eine Tonne Öl zu gewinnen, benötigte man 35 t Schiefer. Bis Kriegsende wurden trotzdem rund 1500 t Öl gewonnen. Der Abbau des Schiefers wurde durch Häftlinge des KZ Bisingen in Zwangsarbeit geleistet. Es wurden zehn Ölschieferwerke gebaut, und sieben Konzentrationslager für Arbeitskräfte. Etwa 3500 Häftlinge kamen im Ölschieferabbau zu Tode. Der Gedenkweg Eckerwald erinnert daran.

In Dotternhausen wird der Posidonienschiefer in einem Zementwerk sowohl als Energiequelle zum Brennen des Zements genutzt, als auch der gemahlene und gebrannte Ölschiefer als Zuschlag für den Zement verwendet. Der Posidonienschiefer ist auch Erdölmuttergestein mancher der französischen und niedersächsischen Ölvorkommen.


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  • Widdel, F., 2004; Mikroorganismen des Meeres - Katalysatoren globaler Stoffkreisläufe
  • Zehnder, A.J.B., 1988; Biology of anerobic microorganisms
  • http://de.wikipedia.org/wiki/Anoxisch


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