coal rock (Kohlegestein)

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Inkohlung / Kohle / Braunkohle / Steinkohle

Verschiedene Mineral ähnliche Varietäten (keine anerkannten Mineralien) finden sich unter Kohle

Inkohlung

Die Bildung von Kohle basiert auf der Anreicherung von Kohlenstoff (C) in den organischen Molekülen einer Pflanze. Man bezeichnet diesen Prozess als Inkohlung . Die Inkohlungsvorgänge werden in drei verschiedene Prozesse, den mikrobiologischen-, den chemischen- und den physikalischen Prozess unterteilt.

Mikrobiologischer Prozess

Um die vollständige Zersetzung von Pflanzenteilen durch Bakterien zu unterbinden, muss Inkohlung in einem sauerstoffarmen Milieu stattfinden. Eine solche Umgebung entsteht beim Versinken von Pflanzenteilen in einem stehenden Gewässer. Durch Ablagerung von Schlamm bzw. Sand wird ein weiterer Zutritt von Sauerstoff verhindert. Nun beginnen anaerobe Bakterien mit der stofflichen Veränderung; begünstigt vom sauerstoffarmen Milieu entstehen Huminsäureverbindungen, die wiederum Polymerverbindungen aufbauen. In dieser Phase können Inkohlungsvorgänge durch feine Milieuveränderungen gestört werden. So bewirken eine Erhöhung des pH-Wertes bzw. des Sauerstoffgehaltes das Wiedereinsetzen der zersetzenden Tätigkeit durch Mikroorganismen.

Chemischer Prozess

Innerhalb der pflanzlichen Substanzen (Zellulose, Lignin) sowie der umgebenden Lösung kommt es in Folge von Huminsäurebildung zur Polymerisation und zur Senkung des pH-Wertes. Schließlich bilden sich sehr saure, braun gefärbte Huminsubstanzen. Die mikrobiologischen und chemischen Prozesse, die zur Inkohlung führen, bezeichnet man gemeinhin als Vertorfung.

Physikalischer Prozess

Durch überlagernde Gesteinsschichten erhöht sich auch der Druck, denen die Pflanzenansammlung ausgesetzt ist. Es kommt zur Abnahme der Porosität und damit zur Veränderung der Struktur innerhalb des Pflanzenkörpers. Zelluläre Wässer werden durch erhöhten Druck herausgepresst; mit zunehmender Tiefe nimmt auch die Temperatur entsprechend der geothermischen Tiefenstufe zu (z.B. 30°/km in Mitteleuropa). Dabei ist zu bemerken, dass die Kohlenstoffanreicherung umso mehr zunimmt, je länger hohe Drücke und Temperaturen auf die Kohleschichten einwirken können. Druck , Temperatur und Zeit sind also die entscheidenden Faktoren für die Kohlenstoffanreicherung in pflanzlichen Molekülen.

Inkohlung ist also ein Vorgang, bei dem aus Holz durch Erhöhung von Druck und Temperatur kohlenstoffhaltige Gesteine entstehen. Man unterscheidet die einzelnen Produkte nach ihrem C-Gehalt:

Holz (C = 50 %) -> Torf (C = 60 %) -> Braunkohle (C = 70 %) -> Steinkohle (C = 80 %) -> Anthrazit (C = 90 %) -> Graphit (C = 100 %)

Eine Anhäufung abgestorbener Pflanzen in einem saurem Milieu wird als Torf bezeichnet. Vertorfungsprozesse sind alle mikrobiologischen und chemischen Prozesse, denen Pflanzensubstanzen ausgesetzt sind.

Wenn Torf durch Druck- bzw. Temperaturerhöhung diagenetisch verändert wird und zudem eine C-Anreicherung erfährt, bildet sich Braunkohle. Im Vergleich zu Torf ist Braunkohle viel dichter und härter. Braunkohlen werden nach steigendem C-Gehalt eingeteilt:

Weichbraunkohle -> Hartbraunkohle -> Mattbraunkohle -> Glanzbraunkohle

Kohlenstoffanreicherungen von über 80% sind auf geothermische Vorgänge zurückzuführen; besonders Temperaturerhöhungen entsprechend dem geothermischen Gradienten sind für die Reifung der Kohle verantwortlich. Bei Steinkohle spielt der Überlagerungsdruck eine entscheidende Rolle. Steinkohlen werden nach der Abnahme von flüchtigen Bestandteilen (Gasen) klassifiziert in:

Flammkohle (40-43 %) -> Gasflammkohle (35-40 %) -> Gaskohle (28-35 %) -> Fettkohle (19-28 %) -> Esskohle (14-19 %) -> Magerkohle (10-14 %) -> Anthrazit (<10 %)

Den höchsten Kohlenstoffgehalt der brennbaren Gesteine aus der Inkohlungsreihe hat der Anthrazit (>90 %); er ist härter als Steinkohle und weist eine beinahe metallischen Glanz auf. Reinen, unbrennbaren Kohlenstoff von tiefschwarzer Farbe bezeichnet man als Graphit.

Kohlearten, deren Bestandteile und Brennwerte

Alle Angaben Wasser- und aschefrei
* Mittlerer Heizwert 2007 geförderter Steinkohle: 30Mj/kg; Braunkohle 9 Mj/kg
** Graphit stellt das Ende der Inkohlung dar und zählt nicht zu den Kohlen

Steinkohle Steinkohle, Zeche Ewald, Gelsenkirchen, 20cmx32cm deutlich sind die Schichtungen von Glanz, und Mattkohle erkennbar. Copyright: Grenzton; Contribution: Grenzton Encyclopedia: Karbon, Steinkohle Image: 1151879668 License: Usage for Mineralienatlas project only Original size - Additional info - Insert picture into forum - Discussion

Steinkohle

Steinkohle, Zeche Ewald, Gelsenkirchen, 20cmx32cm deutlich sind die Schichtungen von Glanz, und Mattkohle erkennbar.

Grenzton

Die Steinkohle

Steinkohlenentstehung im Permkarbon

Die einzelnen Steinkohlenarten können faziell - nach ihrem Ablagerungsraum - gegliedert werden. Während die typischen Pflanzengesellschaften in den Waldmooren (Calamiten, Pteridospermen, Gymnospermen) nach der Diagenese (und den entsprechenden geologisch-physikalischen Bedingungen) zur Entstehung von Glanzkohle (Vitrit, Fusit) führen, weisen Vorkommen an Mattkohle (Clarit, Durit) auf einen Sumpfwald als Ablagerungsbereich hin. Gelegentlich treten auch subaquatische Kohlenbildungen durch Algen auf. Diese Kohlen werden als Cannel- und Bogheadkohlen bezeichnet.

Die Braunkohle

Die Braunkohlenlagerstätten entstanden in Landschaften aus Sumpfmooren mit offenen Wasserflächen, Grasmooren, Bruchwaldmooren und Wäldern. Für die Entstehung eines bis zu 100m mächtigen Braunkohlenflözes (z.B. im Geiseltal bei Halle/Saale) wird ein Zeitraum von 125.000 - 250.000 Jahren angenommen. Die deutschen Braunkohlenlagerstätten sind ausnahmslos tertiären Alters.

Braunkohle hat aufgrund ihres höheren Wassergehaltes einen niedrigeren Heizwert als Steinkohle. Zwei Arten von Braunkohlen werden unterschieden:

Weichbraunkohle: 45-65 % Wassergehalt, Energieinhalt: 1800 - 3000 kcal/kg Hartbraunkohle: 20-30 % Wassergehalt, Energieinhalt: bis ca. 6400kcal/kg

Weichbraunkohlen entstehen ausschließlich durch biochemische Prozesse. Hartbraunkohlen entstehen durch einen “Inkohlung“ genannten geochemischen Prozeß bei höheren Temperaturen.

Die deutschen Braunkohlenvorkommen konzentrieren sich in sechs Revieren:

• Rheinisches Revier (Kölner Bucht)
• Hessisches Revier (südl. Kassel)
• Bayerisches Revier (in der Oberpfalz)
• Helmstedter Revier
• Mitteldeutsches Revier (Halle - Leipzig)
• Lausitzer Revier

Flözmächtigkeiten

• Rheinland Ø 30-40 m, auch bis 100 m
• Mitteldeutschland 8-12 m, in Kessellagen > 30 m
• Lausitz 8-15 m
• Helmstedt 2 Flöze m. zusammen 32 m

Die Braunkohlenlagerstätte in der Niederrheinischen Bucht wird von der Rheinbraun AG ausgebeutet. In vier Tagebauen (Fortuna/Bergheim, Garzweiler, Hambach, Zukunft/Inden) werden jährlich bis zu 120 Mio. t Braunkohle abgebaut. 85 % der Förderung werden verstromt, 15 % werden zu Briketts, Braunkohlenstaub, Wirbelschichtkohle und Koks verarbeitet.

In Deutschland wurden 1997 insgesamt in allen sechs Revieren (Rheinland, Helmstedt, Hessen, Bayern, Lausitz, Mitteldeutsches Revier) 187,2 Mio. t Braunkohle gefördert (ca. 19 % der Weltförderung). 1990 waren es noch 356,5 Mio. t. Seit 1989 wurde die Förderung im Lausitzer und Mitteldeutschen Revier um mehr als 50 % zurückgenommen.
Braunkohle hatte 1995 in der Bundesrepublik Deutschland einen Anteil von 13 % am gesamten Primärenergieverbrauch (Steinkohle 15 %).

Die geologischen Braunkohlenressourcen der Bundesrepublik Deutschland betragen 102 Mrd. t. Die technisch und wirtschaftlich gewinnbaren Reserven betragen 56 Mrd. t. Die weltweiten geologischen Ressourcen belaufen sich auf 5.155 Mrd. t Braunkohle, die technisch und wirtschaftlich gewinnbaren Reserven 517 Mrd. t.

Quellangaben

• Quelle: KLAUS (1987) Einführung in die Paläobotanik Bd. 1-2
• McSchuerf und geomueller
• Auszüge mit freundlicher Genehmigung von "GeoDienst"
• http://www.gvst.de/site/bildungsmedien/Kohleheft.pdf
• Grenzton

Weblinks

• Informationen zur Kännelkohle

Einordnung

• Kategorie/Petrographie