Lexikon der Geowissenschaften: Inkohlung
Inkohlung, Bildung von Kohle durch die Diagenese von pflanzlicher Substanz zu Torf und fortschreitend (mit zunehmendem Inkohlungsgrad) über Braunkohle, Steinkohle, Anthrazit zu Meta-Anthrazit (Inkohlungsreihe, Abb. 1 ) unter teilweisem und bis vollständigem Sauerstoffabschluß (erst Wasser-, später Sedimentbedeckung). Hierbei erfolgt der Verlust von Wasser, Kohlendioxid, verschiedenen sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen und Methan, was zur relativen Anreicherung von Kohlenstoff ( Abb. 2 ) und damit zur Erhöhung des Brennwertes sowie, infolge von Volumenschwund bis auf 1/10 des Ausgangsvolumens ( Abb. 3 ) und zunehmender Entstehung und interner Ordnung von Makromolekülen, zur Verdichtung der Kohle führt.
Es lassen sich eine biochemische Phase (Vertorfung) und eine geochemische Phase (eigentliche Kohlenbildung) der Inkohlung unterscheiden. In der biochemischen Phase wandeln aerobe, später anaerobe Bakterien und niedere Pilze in mehreren Schritten Zellulose und Lignin in Huminstoffe um, wobei tierische Organismen (Ameisen, Regenwürmer) durch mechanische Zerkleinerung der Pflanzenreste wichtige Vorarbeit leisten. Die biochemische Phase wird durch Verschlechterung der mikrobiologischen Lebensbedingungen infolge zunehmender Beckenabsenkung und damit verbundener Sedimentbedeckung sowie ansteigenden Temperaturen durch die geochemische Phase abgelöst. Die Sedimentauflast führt am Anfang der geochemischen Phase zur Reduktion des Porenraumes und zu Wasserverlust (Druckentwässerung), kennzeichnend schon für den Übergang von Torf zu Weichbraunkohle und für fortschreitende Inkohlung innerhalb des Weichbraunkohlenstadiums. Die chemischen Prozesse werden von der Stärke und (nachgeordnet) der Dauer der mit der Versenkung einsetzenden Wärmezufuhr gesteuert. Andere Parameter wie Druck sind vernachlässigbar. Die Prozesse entsprechen der Diagenese bei den anorganischen Sedimenten. In allererster Linie ist die mit der Tiefe zunehmende Erdwärme für steigende Inkohlung verantwortlich (Hiltsche Regel). Der geothermische Gradient bestimmt dabei den erreichten Inkohlungsgrad im Verhältnis zur Versenkungstiefe. Aus vulkanischen Aktivitäten stammende Wärme trägt nur selten zur Inkohlungssteigerung bei. Meist entsteht im Kontakt zu heißen vulkanischen Gesteinen der sog. Naturkoks.
In der geochemischen Inkohlungsphase wird der Abbau von Zellulose und Lignin im Verlauf des Braunkohlenstadiums abgeschlossen. Dabei werden lipoide (Lipide) Stoffe (Wachse) und Harze zunehmend in die Umwandlung der chemischen Verbindungen einbezogen. Die weiteren chemischen Reaktionen, verbunden mit der zunehmenden Abspaltung erheblicher Gasmengen ( Abb. 3 ), sind durch strukturelle Prozesse wie Kondensation, Polymerisation und v.a. Aromatisierung gekennzeichnet, so daß, wenn am Ende der Inkohlung, im Meta-Anthrazit-Stadium, auch das Ende des amorphen Stadiums erreicht ist, die vorhandenen Ringstrukturen bei weiterer Wärmezufuhr und nun auch erheblicher Drucksteigerung die metamorphe Umwandlung mit Mineralisation des Kohlenstoffs in den aus reinen Kohlenstoff-Sechserringen bestehenden Graphit erfahren. [HFl]
Inkohlung 1: Mächtigkeitsverhältnisse bei der Entwicklung vom Torf bis zum Anthrazit. Von oben nach unten nimmt der Kohlenstoffgehalt zu, die flüchtigen Bestandteile hingegen ab. Inkohlung 1:
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Inkohlung 2: Beziehungen zwischen Zufallsreflexion, einer Art der Vitrinit-Reflexion, und flüchtigen Bestandteilen bzw. Auftreten von Öl und Gas bei steigendem Inkohlungsgrad mit den in Deutschland gebräuchlichen Inkohlungsstufen (waf = wasser- und aschefrei). Inkohlung 2:
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Inkohlung 3: Anstieg des Kohlenstoffgehaltes (C) bei Abnahme der flüchtigen Bestandteile mit steigendem Inkohlungsgrad ( = steigende Zufallsreflexion bzw. Vitrinit-Reflexion) (waf = wasser- und aschefrei, H = Wasserstoff). Inkohlung 3:
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