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Kohle,

 

1) zusammenfassende Bezeichnung für alle kohlenstoffreichen festen Brennstoffe, die durch (thermische) Zersetzung (Verkohlung) organischer Stoffe entstanden sind (z. B. Holzkohle). Im engeren Sinn bezeichnet man als Kohle die brennbaren Überreste von Pflanzen und anderen organischen Substanzen, die über das Stadium des Torfs in langen geologischen Zeiträumen durch den Vorgang der Inkohlung in braune bis schwarze Sedimentgesteine verwandelt wurden. Von Kohle spricht man, wenn die brennbare Substanz mehr als 50 % ausmacht; einen geringeren Gehalt haben die Brandschiefer, mit Kohlesubstanz durchsetzte Schiefertone.

 

Entstehung

 

und Einteilung: Nach Art der organischen Ausgangsstoffe unterscheidet man Humus- und Sapropelkohle, zwischen denen aber Übergänge bestehen. Humuskohlen sind aus dem Lignin und der Cellulose von Pflanzen hervorgegangen, Sapropelkohlen (Bitumenkohle) aus den Eiweiß- und Fettstoffen des Faulschlamms. Die Humuskohlen machen über 80 % aller Kohlen aus.

 

Nach dem Inkohlungsgrad und anderen damit in Zusammenhang stehenden Merkmalen teilt man die Kohle in zwei Gruppen ein, Braunkohle und Steinkohle, diese wiederum in verschiedenen Arten. Bei der Weichbraunkohle (von Baumstümpfen und Baumstämmen durchsetzt) unterscheidet man erdige (weiche) und stückige Sorten, bei der Hartbraunkohle die schwarzbraune, dichte Mattbraunkohle und die schwarze, harte, durch muscheligen und glänzenden Querbruch charakterisierte Glanzbraunkohle (letztere wird in Bayern Pechkohle genannt). Die einzelnen Arten der Steinkohle (mit zunehmendem Inkohlungsgrad) sind: Flammkohle, Gasflammkohle, Gaskohle, Fettkohle, Esskohle, Magerkohle und Anthrazit. Im englischen Sprachgebrauch (ähnlich im französischen) werden Weich- und (zum Teil) Mattbraunkohle als Lignit (im deutschen Sprachgebrauch frühere Bezeichnung für den Xylit, die Holzsubstanz der Weichbraunkohle) bezeichnet, Glanzbraunkohle als subbituminöse Kohle, Steinkohle (außer Anthrazit) als bituminöse Kohle.

 

Die Sapropelkohlen entwickelten sich aus Faulschlamm (Sapropel) und faulschlammähnlichen Schlammablagerungen (Gyttja) nährstoffreicher Seen. Sie entstanden unter ständigem oder zeitweisem Sauerstoffabschluss und bilden meist nur flözförmige Einlagerungen in der Braun- oder Steinkohle. Zu diesen Sapropelkohlen gehören die blättrig-schiefrig ausgebildete Blätter-, Papier- oder Schieferkohle (Dysodil), die derbe, mattglänzende Kerzen- oder Kännelkohle, die aus reinen Algenablagerungen entstandene Bogheadkohle und der tiefschwarze, dichte, polierfähige Jet oder Gagat. Aus Wachs, Harz, Blatthäuten und Pollen, also schwer verweslichen Pflanzenbestandteilen, gingen die Liptolithe hervor. Ihr wichtigster Vertreter ist die Schwelkohle; sie tritt in der Form von Bänken oder Streifen in der Braunkohle auf. Die reinste Form der Liptolithe stellt die Wachskohle (Pyropissit) dar; sie bildet knollen- und nesterförmige Einlagerungen in Schwelkohlenflözen. Auch der Bernstein, ein fossiles Harz, kann hierzu gerechnet werden.

 

Bei mikroskopischer Untersuchung lassen sich unterschiedliche Gefügebestandteile unterscheiden, die Hinweise auf die Materialien geben, aus denen die Kohlen entstanden sind, und auch Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung (und damit die Eignung der Kohle zur technischen Verwendung) zulassen. Derartige Gefügebestandteile, die Mazerale, treten meist vergesellschaftet, in streifenförmigen Lagen angeordnet auf und bilden in unterschiedlicher Zusammensetzung die Streifenarten oder Mikrolithotypen. Kohle bildet mehr oder weniger dicke Schichten, die Flöze, die in Sedimentgesteinsschichten eingelagert sind; sie können bis über 50 m, bei Braunkohle bis über 100 m mächtig sein. Flöze, die für den Abbau von zu geringer Mächtigkeit sind, bezeichnet man als Schmitze, die durch tektonische Beanspruchung in der Steinkohle entstandenen Klüfte als Schlechten. Die Struktur der Kohle, eingelagerte Baumstümpfe und Wurzeln u. a. lassen erkennen, dass die meisten Kohlevorkommen aus waldreichen Flachmooren oder Sumpfwäldern sowie Riedmooren durch Vermoderung (Zersetzung der Pflanzenstoffe unter teilweisem Sauerstoffzutritt) und v. a. Vertorfung (Zersetzung unter anfänglichem Sauerstoffzutritt und späterem völligem Luftabschluss) hervorgegangen sind. Die Mächtigkeit der Kohlelager lässt auf eine üppige Vegetation, d. h. auch auf ein warmfeuchtes Klima (tropisch, subtropisch, seltener auch gemäßigt) schließen. Mächtige Torfschichten, wie sie den großen Kohlevorkommen zugrunde liegen, können nur entstanden sein, wenn die Moore über lange Zeit hinweg bei gleichem Grundwasserstand höher gewachsen sind; also muss sich der Untergrund ständig, rhythmisch oder zyklisch, gesenkt haben. Solche Senkungen sind typisch für die Vortiefen von Geosynklinalen; daher sind die Kohlenbecken oft gürtelartig ausgebildet. Man rechnet, dass die Bildung einer 1 m mächtigen Schicht Braunkohle etwa 2 500-5 000 Jahre beanspruchte, einer 1 m mächtigen Schicht Steinkohle etwa 10 000 Jahre (wegen der stärkeren Kompression).

 

Viele Kohlevorkommen (z. B. die des Ruhrgebiets) zeigen einen Wechsel von einzelnen Kohlenflözen und marinen Sedimenten (Sande, Tone). Diese paralischen Kohlen sind in Küstennähe entstanden; zeitweise war die Senkung des Landes so stark, dass das Meer die Moore überflutete; limnische Kohle nennt man dagegen die Kohle, die in Becken innerhalb eines Festlandes, ohne Einfluss des Meeres, gebildet wurden (z. B. die Steinkohle des Saarlandes). In tektonischen Gräben und Becken, wie im Rheinischen Braunkohlenrevier und im französischen Zentralmassiv (paläozoische Steinkohle), können, manchmal auch durch unterirdische Salzauslaugung bedingt, besonders mächtige Kohlevorkommen gebildet werden.

 

Alle Humuskohlen sind praktisch unter völligem Luftabschluss durch Vertorfung entstanden; man nennt sie auch autochthon, da die Moorpflanzen am Bildungsort der Kohle gewachsen sind, wie Wurzelböden und aufrecht stehende Baumstümpfe zeigen. Die Sapropelkohlen dagegen sind allochthone Bildungen; sie sind aus zusammengeschwemmtem Pflanzenmaterial entstanden (wirre Lagerung, viele Gerölle und Sandkörner). Da dieses lange Zeit der Luft ausgesetzt war, besteht es nur aus den widerstandsfähigeren Bestandteilen wie Sporen, Blatthäuten, Harzen und Wachs.

 

Kohlevorkommen sind über die ganze Erde verbreitet; sie entstanden v. a. im Jungpaläozoikum (Karbon, Perm) und im Tertiär, aber auch im Mesozoikum (z. B. Kreide). Die ältesten Kohlenbildungen stammen aus dem Präkambrium, so der aus Algen gebildete anthrazitische Schungit, die ältesten Kohlenflöze aus dem Oberdevon (Bäreninsel). Voraussetzung war die Entwicklung höherer Sporenpflanzen: in den oberkarbonischen Waldmooren v. a. baumförmige Farnpflanzen (Sigillarien u. a. Bärlappgewächse, Calamiten und Farne) sowie Samenfarne und Cordaites. Die Steinkohlenwälder der Südhalbkugel (Gondwana) zeigen den Einfluss der permokarbonischen Vereisung (Glossopterisflora). Torfbildner der tertiären Braunkohle waren Angiospermen-Koniferen-Mischwälder; an den feuchtesten Standorten u. a. Wasserfichten, Erlen und Farne.

 

Da die jungpaläozoischen Kohlen eine längere Bildungsperiode durchlaufen haben und meist von mächtigen Deckschichten überlagert wurden, handelt es sich bei ihnen meist um Steinkohle, bei den tertiären Kohlen dagegen meist um Braunkohle; es gibt aber auch karbonische Braunkohle (z. B. im Moskauer Becken) und tertiäre Steinkohle (z. B. in Japan, vulkanischer Einfluss). Die geringe Mächtigkeit der Deckschichten bei Braunkohle lässt meist den Tagebau zu, deren große Mächtigkeit bei Steinkohle erfordert in der Regel den Tiefbau (Ausnahme z. B. in Simbabwe). Mit den heute verfügbaren Verfahren ist Kohle (Steinkohle) technisch bis zu einer Tiefe von etwa 1 500 m abbaubar, jedoch nicht wirtschaftlich; mittlere Tiefe im Ruhrgebiet etwa 900 m. Um noch tiefer liegende Kohlen nutzen zu können, wendet man in Einzelfällen eine Untertagevergasung an. Seit über 20 Jahren wird in den USA mit staatlicher Förderung Untertagevergasung durchgeführt; jährlich werden dabei etwa 22 Mrd. m³ an Flözgas gewonnen. Auch in Deutschland findet im Ruhr- und im Saargebiet im Rahmen von Forschungsprojekten Untertagevergasung Anwendung. Die gesamten abbaubaren Kohlereserven der Welt werden auf 1 032 Mrd. t geschätzt, darunter 519,4 Mrd. t Steinkohle 1999 wurden auf der Erde insgesamt 3,5 Mrd. t Steinkohle (davon rd. 1,0 Mrd. t allein in China) und 843,5 Mio. t Braunkohle gefördert.

 

Zusammensetzung:

 

Die chemische Zusammensetzung der Kohle ist äußerst kompliziert. Bei der Steinkohle liegen nur 10 % des Kohlenstoffs frei vor; der Rest ist in einem Verbindungsgemisch enthalten, das v. a. aus aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen besteht, in denen außer Sauerstoff zum Teil auch Schwefel und Stickstoff chemisch gebunden sind. Bei Braunkohle bestehen die organischen Bestandteile aus dem Bitumenanteil (v. a. Harze und Wachse) sowie aus Huminstoffen. Daneben enthält jede Kohle anorganische unverbrennbare Ballaststoffe (Aschebestandteile, »Berge«): außer Tonmineralen und Quarzkörnern u. a. diagenetisch ausgeschiedene Carbonat- und Pyritkristalle (der Schwefelgehalt stammt zum Teil aus dem Eiweiß der Pflanzen, zum Teil von Schwefelbakterien) sowie Flözknollen (Coalballs) von Torfdolomit (Dolomit), Calcit und Kohleneisenstein (Siderit, in limnische Kohle). Gelegentlich sind Anteile von Metallen (Kupfer, Uran) vorhanden, von wirtschaftlicher Bedeutung kann Germanium sein. Das in den Kohlenflözen enthaltene Grubengas ist bei der Inkohlung frei geworden, die Kohlensäure größtenteils zugewandert (vulkanischen Ursprungs).

 

Wirtschaftliche Bedeutung:

 

Braunkohle, Steinkohle.

 

Literatur:

 

Rohstoff K. Eigenschaften, Gewinnung, Veredelung, bearb. v. F. Benthaus u. a. (1978);

 

Analytical methods for coal and coal products, hg. v. C. Karr, 3 Bde. (New York 1978/79);

 A. Buch: K. Grundstoff der Energie (1979);

 F. Kraus-Weysser: K. (1981);

 

Stach's textbook of coal petrology, begr. v. E. Stach (Berlin ³1982);

 M. Wolf: Torf u. K., in: Sedimente u. Sedimentgesteine, hg. v. H. Füchtbauer (⁴1988);