Gesundheit : Aus den Tiefen der Erde

Entstehen Erdöl und Erdgas durch chemische Prozesse? Erste Belege für eine umstrittene Theorie

Stefanie Schwarz

Seit Monaten steigt der Ölpreis. Während die Preise immer höher klettern, diskutieren Experten über die Ursachen. Hinzu kommen Stimmen, die vom Ende der Ölreserven in absehbarer Zeit sprechen. Nach Angaben der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover sollen die Vorräte noch 40 Jahre reichen, bei steigender Nachfrage sogar noch kürzer. Aber egal wie lange es tatsächlich dauert: der Rohstoff ist endlich und die Reserven werden eines Tages ausgeschöpft sein. Oder?

Glaubt man dem kürzlich mit 84 Jahren verstorbenen Astrophysiker Thomas Gold von der New Yorker Cornell-Universität, stellt sich dieses Szenario nicht ganz so bedrohlich dar. Der vielseitige Wissenschaftler war Anhänger der Idee von der „abiotischen“ Erdöl-Entstehung: Er vertrat die Theorie, dass Öl und Gas aus den Tiefen der Erde stammen und hier unter hohem Druck und Temperatur immer wieder neu aus Wasserstoff und Kohlenstoff entstehen. Aus der Tiefe strömen Öl und Gas zur Erdoberfläche und füllen die Lagerstätten auf – eine potenziell unerschöpfliche Quelle, wie Gold annahm.

Ein US-Forscherteam der Indiana-Universität in South Bend liefert nun erste Indizien für Golds Ideen. In über 100 Kilometern Tiefe könnte es demnach ungeahnte Erdgasquellen geben. Henry Scott und seine Kollegen gehen sogar noch weiter: Dieses Gas könnte die Vorstufe für Erdöl sein. In Laborversuchen stellte das Scott-Team die Temperatur- und Druckverhältnisse des Erdmantels nach, also für Tiefen über 100 Kilometern. Sie vermischten Eisenoxid und das Mineral Kalzit (Kalziumkarbonat) – Hauptbestandteil von Kalkstein und Marmor – mit destilliertem Wasser. Dieses Gemisch erhitzten die Forscher dann auf 500 bis 1500 Grad Celsius und das bei einem Druck zwischen fünf und elf Gigapascal, also mehrere tausend Mal höher als an der Erdoberfläche. Im Versuch wandelte sich der Kalkstein chemisch um und dabei entstand Methan, der Hauptbestandteil von Erdgas.

Die aktuellen Forschungsergebnisse heizen einem alten Konflikt neu ein. Seit Jahrzehnten streiten Geologen, ob Kohlenwasserstoffe durch die Verwesung von biologischem Material nahe der Oberfläche entstehen oder durch Prozesse tief im Inneren der Erde. Die gängige Meinung lautet bisher: Erdöl, Kohle und Erdgas entstehen aus Pflanzenresten und zwar in wenigen Kilometern Tiefe.

Gold hingegen vertrat die Meinung, dass Kohlenwasserstoffe ohne den Einfluss von organischen Substanzen gebildet wurden. Das Gas Methan wurde demnach schon in der Frühphase des Planeten vor 4,5 Milliarden Jahren in der Erde eingeschlossen. Chemische Prozesse verwandelten es in Kohle oder Öl. Danach strömten die Kohlenwasserstoffe durch die Erdkruste nach oben und sammelten sich in Reservoiren wenige Kilometer unter der Erdoberfläche.

Aber die Ideen des Astrophysikers stoßen auf Widerstand. „Erdöl enthält die Substanzen Pristan und Phytan, beides Abbauprodukte des grünen Pflanzenfarbstoffs Chlorophyll“, sagt Ralf Littke von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen. Für ihn ein eindeutiger Hinweis, dass Pflanzenreste das Erdöl bildeten. Aber auch dafür hatte Gold ein Gegenargument: In mehreren Kilometern Tiefe leben Mikroben, die sich von Erdöl oder anderen Kohlenwasserstoffen ernähren und so ihre Spuren im Erdöl hinterlassen.

Der wissenschaftliche Streit geht ursprünglich auf einen alten Ost-West-Konflikt zurück. Bereits zwischen 1950 und 1970 entwickelten russische Geologen eine eigene Theorie. Nicht-biologische Prozesse tief im Erdinneren produzieren demnach Kohlenwasserstoffe. Die westlichen Wissenschaftler hingegen hielten an ihrer Ansicht fest: nur Biomasse führt zu fossilen Brennstoffen.

In den vergangenen Jahren hat sich diese orthodoxe Meinung gelockert, zumindest in Sachen Erdgas. „Generell ist es möglich, dass Methan im Erdmantel entsteht, auch ohne verwesende Lebewesen“, sagt der Erdgas-Experte Peter Gerling von der BGR. Die Mengen seien aber verschwindend gering und bei großen Lagerstätten wie zum Beispiel in Sibirien spiele das keine Rolle. Für den Zusammenhang zwischen Pflanzenresten und Erdgas spricht Littke zufolge ein weiteres Argument: das Gewicht der Kohlenstoffatome. Diese seien nämlich unterschiedlich schwer. Im Erdmantel und in der Atmosphäre gibt es demnach hauptsächlich schwere Kohlenstoffatome. Pflanzen verwerten bei der Photosynthese aber bevorzugt die Kohlenstoffdioxid-Moleküle aus der Luft, die mit einem leichten Atom ausgestattet sind. „Im Erdgas findet man genau wie in Pflanzen überwiegend leichten Kohlenstoff“, sagt der Geologe Littke.

Inzwischen gibt es jedoch Hinweise, dass das Gas in einigen Quellen auch aus großen Tiefen stammt. „In einer chinesischen Lagerstätte haben Forscher viel Methan mit schweren Kohlenstoff-Atomen entdeckt“, sagt Littke. Und das komme vermutlich aus dem Erdmantel.

In einem Punkt widersprechen die Vertreter der Bio-Kohlenwasserstoffe den Spekulationen Golds: Erdöl werde in großen Tiefen nicht gebildet. In 1500 bis 3000 Metern Tiefe sind solche Verbindungen nämlich am stabilsten, also genau dort, wo es 80 bis 100 Grad heiß ist. „Erdöl zerfällt bei einer Temperatur über 110 Grad Celsius“, sagt Norbert Volkmann vom Lehrstuhl für Brennstoffgeologie an der Technischen Universität Freiberg. Es sei daher unwahrscheinlich, dass Erdöl aus großen Tiefen unterhalb von 3000 Metern aufsteige.

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