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Kohle

Regionen in Europa, in denen die traditionelle Kohle gut durch Geothermie substituiert werden kann. Quelle: GRC.

Kohle (von altgerm. kula, althochdeutsch kolo, mittelhochdeutsch Kul) ist ein schwarzes oder bräunlich-schwarzes, festes Sedimentgestein, das durch Inkohlung pflanzlicher Biomasse entsteht. Sie besteht überwiegend aus dem chemischen Element Kohlenstoff und komplexen Kohlenstoffverbindungen.

Kohle ist auf allen Kontinenten vorhanden. Ihre erdgeschichtliche Hauptentstehungszeit war das Oberkarbon (Pennsylvanium) und die entsprechende Kohle liegt zumeist als Steinkohle vor. Daneben gibt es auch noch jüngere Steinkohlen etwa im Jura und der Kreide Westkanadas. In Bezug auf Mitteleuropa ist auch das „Tertiär“ ein bedeutender Kohlebildungszeitraum. Diese Kohle liegt jedoch weit überwiegend als Braunkohle vor.

Verwendet wird Kohle hauptsächlich als Träger fossiler Energie. Bei ihrer Verbrennung wird Wärme freigesetzt, die zum Heizen genutzt werden kann. Kohleverbrennung ist weltweit eine der meistverbreiteten Techniken zur Erzeugung elektrischer Energie. Sie ist ebenso als Ausgangsstoff bei der Koks- und Graphitherstellung sowie der Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe und der Eisenverhüttung von Bedeutung.

Entstehung

Das Ausgangsmaterial von Kohle ist hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs. Typische Kohlebildung (Humuskohle, siehe Allgemeines zur Klassifizierung: Kohlenarten) nimmt ihren Anfang in ausgedehnten Sumpfwäldern von Tiefebenen. Die Bäume binden mittels Photosynthese Kohlendioxid aus der Luft und wandeln es in das Kohlenhydrat Zellulose und andere organische Verbindungen um. Nach dem Absterben einzelner Bäume versinken diese im Sumpf und werden so dem normalen aeroben Zersetzungsprozess entzogen – es entsteht zunächst Torf.

Entscheidend dafür, ob aus dem Torf Kohle wird, ist die weitere geologische Geschichte der betreffenden Region. Die Erdkruste erfährt im Bereich von Tiefebenen üblicherweise eine tektonische Absenkung (Subsidenz, siehe auch Sedimentbecken). Hält diese Absenkung über geologische Zeiträume hinweg (also viele dutzend Millionen Jahre) an, werden die torfigen Sumpfsedimente, unter dann oft anderen Umweltbedingungen (u. a. auch lang anhaltende Meeresbedeckung), fortwährend mit Sedimenten überlagert und zugleich in die tiefere obere Erdkruste versenkt. Dabei steigen mit zunehmender Versenkungstiefe sowohl der Umgebungsdruck als auch die Umgebungstemperatur. Dies verursacht die sogenannte Inkohlung der torfigen Sedimente. Der Druck presst das Wasser aus, und die Temperaturzunahme bewirkt die chemische Umwandlung der organischen Verbindungen, im Zuge derer eine Anreicherung von Kohlenstoff erfolgt. Dabei entsteht zunächst Braunkohle. Mit zunehmender Versenkung intensiviert sich die Inkohlung. Aus Braunkohle wird Steinkohle und schließlich Anthrazit. Deshalb ist die Qualität von Kohle oft umso besser, je tiefer sie in der Erde liegt und je älter sie ist.

Die heute (nicht selten nurmehr wirtschaftshistorisch) bedeutendsten Steinkohlelagerstätten entstanden im Oberkarbon vor etwa 323 bis 299 Millionen Jahren. Das wichtigste Ausgangsmaterial des entsprechenden Torfs bestand im frühen Oberkarbon zu 60 bis 80 % in baumartigen Bärlapppflanzen. Deren Stämme waren noch kaum aus Holz, hatten dafür aber ein sehr dickes Periderm (Borke). Im mittleren Oberkarbon der Appalachen dominierten die stark verholzenden Cordaiten. Im späten Oberkarbon Euramerikas herrschten wiederum schwach verholzende Baumfarne aus der Ordnung Marattiales vor. Die wirtschaftlich wichtigen Braunkohlelagerstätten Mitteleuropas (Niederrhein, Mitteldeutschland, Niederlausitz, Egergraben) sind im „Tertiär“ vor 66 bis 2,6 Millionen Jahren entstanden und damit wesentlich jünger.

Je nach paläogeographischer Position des Bildungsraumes unterscheidet man zwischen palustrischen (oder limnischen) und paralischen Kohlebildungen. Unter palustrisch/limnisch versteht man Kohlebildungen in Feuchtgebieten nahe Binnengewässern. Paralisch bedeutet, dass das Kohlelager auf Moorbildungen in einer Küstenebene zurückgeht. In die einzelnen Kohleflöze sind dann immer wieder marine Sedimente eingeschaltet, die auf kurzzeitige transgressive Phasen zurückgehen. Haben Kohlelagerstätten ihren Ursprung in palustrischen Bildungsräumen innerhalb von Becken in gebirgigen Regionen, kann man speziell von intramontanen Kohlebildungen sprechen.

Neue Untersuchungen legen einen engen Zusammenhang nahe zwischen der Bildung der enorm ergiebigen karbonischen Kohlelagerstätten und der Evolution von Weißfäule, das heißt von Pilzarten, die in der Lage waren, Lignin, einen Hauptbestandteil von Holz, abzubauen. Molekulargenetische Verwandtschaftsanalysen in Verbindung mit der Methode der Molekularen Uhr ergaben, dass die Weißfäule wahrscheinlich erst am Ende des Karbons oder im frühen Perm entstand.

Bedeutung für die Geothermie

Petrophysikalisch gesehen ist Kohle ein Gestein mit exptrem nierdriger Wärmeleitfähigkeit. Die Kohlflöze wirken wie isolierende Schichten und stören den Wärmefluss von unten nach oben. Unterhalb von Kohleflözen kommt es daher zu eine positiven Wärmeanomalie, die sich wirschaftlich Nutzen lässt, man muss weniger tief bohren als andernorts.

Eien Bedeutung für die Geothermie hat die Kohle für die Geothermie auch dadurch, dass sie als fossile Energie weltweit substituiert werden muss. Vielfach ist hier die Geothermie die naheliegendste Alternative.

zuletzt bearbeitet Januar 2020