Kohle

Kohle
Geogenese
Gesteinsgruppe	Sedimentgesteine
Sedimentart	Biogenes Sediment
Stratigraphische Reichweite	Seit dem obersten Devon. In Deutschland vor allem während des Karbons (Ruhrkarbon) und Tertiärs (Braunkohlereviere Lausitz, Mitteldeutschland und Rheinisch).
Tektonisches Umfeld	Typisch in Sedimentbecken, assoziiert mit intramontanen Becken
Mineralbestand
Hauptgemengteile	Kohlenstoff
Nebengemengteile	Pyrit, Markasit, Siderit, Ankerit, Calcit, Dolomit, Tonminerale, Quarzdetritus
Konkretionen	Häufig Konkretionen aus Pyrit, Markasit, Ankerit, Siderit, Calcit und Dolomit
Physikalische Eigenschaften
Farbe	braun bis schwarz, matter Glanz, bei hohem Inkohlungsgrad annähernd metallischer Glanz
Gefüge
Schichtungsgefüge	Vor allem horizontale, zentimeter- bis metermächtige Schichtung
Fossilien
Fossilgehalt	Pflanzenmaterial wie Äste und Blätter, seltener Baumstämme. Bogheadkohle in erster Linie aus Pollen. Darüber hinaus Insekten

Kohle bezeichnet biogene Sedimentgesteine, die durch den Prozess der Inkohlung entstanden sind. Als wichtige Energieträger eng mit Kohlen verknüpft sind Erdöl und Erdgas. Seltener kann der Begriff Kohle in den Geowissenschaften auch für verkohlte Pflanzenreste benutzt werden. Die Bedeutung ergibt sich aus dem Kontext.

Genese

Am Beginn der Bildung von Kohle steht die Bildung und folgende Einbettung von Pflanzenmaterial oder Algen. Abgelagert wird das organische Material in Seen, Flüssen, Sümpfen und Deltas. Im offenen Meer wird keine Kohle gebildet.

Die Ablagerung der Organik geschieht unter anoxischen Verhältnissen, wodurch die Biomasse nach der Einbettung nicht oxidiert wird. Im ersten Schritt setzen Fäulnisprozesse mit Eisen- und Sulfatreduktion sowie Methanogenese ein. Diese Prozesse halten während der Diagenese an und sind die Quelle für Konkretionen aus Pyrit, Markasit, Siderit, Ankerit, Calcit und Dolomit. Gips kann tertiär im Laufe der Exhumierung entstehen.

Im Laufe der Diagenese durchläuft die entstehende Kohle verschiedene Stadien, deren Kohlenstoffkonzentration und Vitrinitreflektion mit steigender Temperatur (in Abhängigkeit von der Versenkungstiefe und dem thermischen Gradienten) zunehmen. In der Folge werden flüchtige Verbindungen wie CO₂ und Wasser ausgetrieben. Sobald alle Elektronenakzeptoren reduziert und flüchtigen Bestandteile entwichen sind, bleiben Kohlenstoff und geringe Mengen Wasser zurück. Am Ende dieses Prozesses steht Anthrazitkohle, die bei Erreichen metamorpher Verhältnisse zu Graphit umgewandelt werden kann.

Gefüge und Struktur

Im Gelände kann Kohle an ihrer geringen Dichte, der braunen bis schwarzen Farbe und bei hohem Inkohlungsgrad der schwarzen Strichfarbe erkannt werden. Sie können weich bis hart sein und enthalten weniger als 33% anorganische Materie. Sie ist kompakt und aus feinkörnigen Maceralen aufgebaut. Bei Humuskohlen können bis zur Klasse der Braunkohlen mit bloßem Auge Pflanzenfasern unterschieden werden.

Kohlen treten als wenige Zentimeter bis mehrere Meter mächtige Flöze in Wechselschichtung mit tonigen bis sandigen anorganischen Schichten auf. Im Liegenden der einzelnen Flöze kommen Wurzelböden vor, die bis in die liegende Schicht eindringen können. Im Profil ist diese Wechselschichtung für ein Kohlevorkommen charakteristisch und kann herangezogen werden, um mehrere Aufschlüsse eines Vorkommens miteinander zu korrelieren.

Fundorte und Vorkommen

Als Fundorte für Kohle kommen Beckenzentren mit langanhaltender Subsidenz und Detrituseintrag (Kohlen des Permokarbon im Raum Halle) genauso wie großräumige kontinentale Depressionen (Karbonkohle des Ruhrgebiets und Englands), ehemalige Deltas, Flüsse, Sümpfe und Seen in Frage.

Kohleflöze sind im Umkreis Münchens als Teil der Molasse aufgeschlossen, z. B. die Peitinger Pechkohle der Brackwassermolasse östlich von Peiting. Wirtschaftlich bedeutende oder ehemals bedeutende Vorkommen in Deutschland sind z. B. die Karbonkohle im Ruhegebiet und der Region Halle sowie tertiäre Braunkohlen westlich von Köln (Hambacher Braunkohletagebau) und im Gebiet der Altmark.

Klassifikation

Aufgeteilt werden können Kohlen in Humuskohlen, die aus in-situ-Ansammlungen von hölzernem Pflanzenmaterial entstehen (entstehen in Kohlesümpfen und aus Torf), und Sapropelkohlen, die aus Sporen, Algen, Pollen oder zerkleinertem Pflanzenmaterial entstehen (z. B. Kännelkohle und Bogheadkohle).

Klassifiert werden Kohlen anhand ihres Wassergehalts, ihrer Kohlenstoffkonzentration, ihres Brennwertes und der Vitrinitreflektivität. Es werden einige Klassen und Unterklassen mit je nach Quelle variierenden Namen unterschieden. Grob können Kohlen wie folgt eingeteilt werden:

Klasse	Kohlenstoffanteil (%)	Vitrinitreflektion	Brennwert (MJ/kg)	Wasseranteil (in %)
Torf	< 50	---	> 75	---
Braunkohle	50 - 60	0,3 - 0,42	12 - 16,3	55 - 75
Hartbraunkohle	60 - 75	0,42 - 0,5	19,3 - 26,8	15 - 30
Steinkohle	75 - 85	0,5 - 1,92	26,8 - 34	< 10
Anthrazit	87 - 92,5	1,92 - > 2,5	---	---

Im Kohlen-Handstück können unterschiedliche Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften unterschieden werden. Bei diesen Schichten handelt es sich um Lithotypen, die von bestimmten Mikrolithotypen aufgebaut werden, deren Grundlage eine Vergesellschaftung von Maceralen ist. Bei diesen Lithotypen handelt es sich um:

• Vitrain (Glanzkohle): helle, glasige Streifen, spröde, muscheliger Bruch, nicht abfärbend

• Clarain (Halbglanzkohle): sowohl helle als auch matte Streifen, feinstreifig, seidenartig, glatter Bruch

• Durain (Mattkohle): matte Streifen, hart, ohne Glanz

• Fusain (Faserkohle): holzkohleartig, weich zerreiblich, stark abfärbend

Lithotypen (makroskopisch)	Mikrolithotypen (mikroskopisch)	Wichtige Maceralgruppen
Vitrain	Vitrit	Vitrinite
Fusain	Fusit	Intertinite, besonders Fusinite
Durain	Durit	Liptinite und Intertinite
Clarain	Clarit	Vitrinite und Liptinite

Chemische Zusammensetzung

Die Hauptmasse von Kohle wird durch Kohlenstoff gebildet (> 50%). Daneben können bei der Sedimentation der Biomasse primär Quarzkörner, Tonminerale, Schwerminerale, Sulfate und Phosphate eingetragen worden sein. Durch die unter Genese angesprochenen diagenetischen Prozesse können Konkretionen aus Pyrit, Markasit, Siderit, Ankerit, Dolomit und Calcit gebildet werden.

Verwendung

Kohlen werden in erster Linie zur Energiegewinnung genutzt. Die bei der Verbrennung in Kraftwerken anfallenden Schlacken können als Zuschlagstoffe für Beton verwendet werden. Besonders reine Stein- und Anthrazitkohlen können in der chemischen Industrie z. B. zur Herstellung von Siliziumcarbid verarbeitet werden.

Außerdem kann Kohle zu Koks weiterverarbeitet werden, um Eisenoxide im Hochofen zu Eisen zu oxidieren und Stahl herzustellen.

Besonderheiten

In den liegenden und hangenden Schichten von Kohleflözen treten oft zahlreiche inkohlte Pflanzenreste und Abdrücke auf, gerade wenn es sich um feinkörnige Sedimente handelt. Innerhalb eines Flözes ist das Pflanzenmaterial zu Maceralen umgewandelt und Makrofossilien sind selten.

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Referenzen

Tucker, M. E. (1985): Einführung in die Sedimentpetrologie. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag (Seite 207-220)

Stow, D. A. V. (2008): Sedimentgesteine im Gelände. Spektrum Akademischer Verlag (Seite 198-207)

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Autor:innen

Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:

Hagen Hoemann

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