Umweltgeologie: Begriffe, Prozesse und fossile Brennstoffe

Umweltgeologie

1. Begriffe und Definitionen

1. a) eine Ressource buchen.
2. b) Mineral Deposit: Eine Ansammlung getrennter Minerale und Konzentrate, die aus MENA- und Gangart besteht.
3. c) Nicht erneuerbare Energien: Energiequellen, deren Erneuerung weit über die Zeitspanne unserer Spezies auf dem Planeten hinausgeht.
4. d) Mena: Mena ist der Teil der Lagerstätte, der als verwertbar gilt.
5. e) Lithosphärenplatte: Jedes Fragment der Lithosphäre, das sich horizontal relativ zueinander bewegt. Diese Bewegung wird durch Mantelkonvektionsströme angetrieben, die durch Hitze aus dem Erdkern verursacht werden.
6. f) Diapir / Kuppel (Salz): Salzmasse, die zwischen Schichten eingeklemmt gefunden wird und wegen ihrer geringeren Dichte tendenziell aufsteigt. Dies führt zu Instabilität in dem Gebiet und kann Risiken verursachen, z. B. Schäden an Gebäuden und Straßen sowie Subsidenz durch Auflösen des Salzes.
7. g) Chemische Verwitterung: Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid und andere Stoffe verursachen chemische Reaktionen in den Mineralen der Gesteine, die zur Zersetzung derselben führen. Einerseits werden lösliche Stoffe und Wertstoffe in Lösung transportiert und ausgefällt, andererseits wird die Gesteinsoberfläche chemisch mehr oder weniger stark verändert.
8. h) Hot Spot: In Spanien ist Vulkanismus auf der Halbinsel in Bereichen wie Girona, Ciudad Real und Almería gelegentlich bemerkbar, während auf den Kanarischen Inseln vulkanische Aktivität deutlich und häufiger ist, bedingt durch das Vorhandensein eines Hot Spots.
9. i) Welle Q: Längs- oder Kompressionswellen; dabei wird der Boden abwechselnd in Richtung der Fortpflanzung komprimiert und gedehnt.
10. j) Gelivación / Gelifracción (Frostsprengung): Gefrieren von Wasser, das in Rissen eingeschlossen ist. Durch Volumenzunahme des Eises entstehen Keilwirkungen, die Risse bis zur Spaltung von Felsen erweitern. Lockere Materialien sammeln sich als Ablagerungen am Fuß von Bergen und bilden Geröll oder Blockschutt. Gelifraktion findet in kalten Gebieten statt und trägt zur periglazialen Modellierung bei.
11. k) Termoklase / Thermoklastik: Haarrisse im Gestein als Folge plötzlicher Temperaturschwankungen.

2. Unterschiede zwischen internen und externen Prozessen

a) Interne und externe geologische Prozesse: Intern: Interne Prozesse werden durch Energie aus dem Erdinneren verursacht. Sie haben ihren Ursprung im Inneren der Erde und wirken oft an der Erdkruste. Extern: Externe Prozesse werden durch die kombinierte Wirkung von Sonnenenergie (Wärme) und Gravitation angetrieben. Diese Prozesse formen die Oberfläche durch Abtragung und Umlagerung (Gletscher, Flüsse, Wind etc.) und liefern die potenzielle Energie, die die Schwerkraft wirken lässt.

b) Ränder: konstruktiv und destruktiv

Konstruktive Ränder: Kanten sind divergierend, trennen sich und bilden Rücken. Unterseeische Rücken begrenzen ein Rift, in dem Material aus dem oberen Mantel aufsteigt und ozeanische Lithosphäre bildet. Durch teilweise Abschmelzung des oberen Mantels (Peridotit) entsteht neues Material, das in Kontakt mit Meerwasser verfestigt. So erweitern sich Ozeane und Kontinente gehen auseinander.

Destruktive Ränder: Bei destruktiven Rändern trifft kontinentale Lithosphäre auf ozeanische Lithosphäre; meist subduziert die dichtere ozeanische Platte unter die kontinentale Platte. Dadurch entsteht ein Tiefseegraben an der Konvergenz der Platten, in dem Sedimente vom Kontinent akkumulieren. Subduktion ist ein Kreislauf von Entstehung und Zerstörung ozeanischer Lithosphäre: an Rücken entsteht neue Kruste, in Subduktionszonen wird Lithosphäre zerstört.

c) Rutschen und Kriechen

Erdrutsch: In Regenzeiten erhöht infiltriertes Wasser das Gewicht bestimmter Gesteinsschichten und verringert die interne Reibung; dadurch können obere Schichten auf unteren abgleiten. Erdrutsche können langsam oder schnell erfolgen und benötigen eine Startfläche, z. B. die Trennfläche zwischen zwei Schichten.

Kriechen: Eine sehr langsame, schwerkraftbedingt gerichtete Bewegung der oberflächennahen Schicht, bedingt durch wiederholte Ausdehnung (z. B. durch Erwärmung) und Zusammenziehen (Abkühlung) sowie die Schwerkraft. Es betrifft vor allem die oberste Bodenschicht.

3. Fossile Brennstoffe: Herkunft, Arten und Anwendungen

- Kohle: Kohlelagerstätten entstanden durch Ablagerung und Begrabung pflanzlicher Überreste in Sümpfen und Mooren (z. B. Karbon, teilweise Trias und Jura) unter anaeroben Bedingungen. Durch anaerobe Zersetzung, Druck und Temperatur während der Beerdigung wurden Cellulose und Lignin in Kohlenstoff umgewandelt, wobei Gase wie Kohlendioxid und Methan entstehen können. Methan kann sich in Spalten der Gesteine ansammeln und als Grubengas bei Bergwerksarbeiten Explosionen verursachen. Nutzung: vor allem Stromerzeugung in Kraftwerken, Heizen, Einsatz in der Eisen- und Stahlindustrie (z. B. Koks), sowie als Rohstoff für die Chemie (z. B. Produktion von Stadtgas, Kunststoffen, synthetischen Fasern).

- Öl: Öl ist heute eine der wichtigsten Energiequellen. Es bildet sich durch Anhäufung organischer Stoffe aus Phytoplankton und Zooplankton in marinen Sedimentbecken unter anaeroben Bedingungen. In einigen relativ geschlossenen Meeresbecken (z. B. Rotes Meer) führt die Begrabung zu einem faulschlammähnlichen Sediment, das reich an organischem Material ist. Unter anhaltender anaerober Zersetzung sowie steigendem Druck und Temperatur während der Begrabung entsteht schließlich ein ölreiches Fluid mit vielen Kohlenwasserstoffen.

- Erdgas: Erdgas bildet sich oft zusammen mit Öl und sammelt sich oberhalb des Öls, da es eine geringere Dichte hat. Es wird ebenfalls durch Bohrungen oder von Plattformen gefördert; seine Entfernung ist oft einfacher als bei Öl. Erdgas ist eine Mischung aus Gasen (hauptsächlich Methan, daneben Ethan, Propan, Butan) und wird meist durch Pipelines transportiert. Anwendung: Strom- und Wärmeerzeugung, Heizen, Industrie.

4. Zusammenfassung: Plattentektonik und Dynamik der Lithosphäre

Die Theorie der Plattentektonik erklärt die Dynamik der Lithosphäre durch das Zusammenwirken interner Prozesse (z. B. Mantelkonvektion, Plattenbewegungen, Vulkanismus, Erdbeben) und externer Prozesse (Solarenergie, Gravitation), die die Oberfläche formen. Interne Kräfte erzeugen und zerstören Lithosphäre (z. B. Rücken und Subduktion), während externe Kräfte Erosion, Transport und Sedimentation betreiben. Diagramme und schematische Darstellungen helfen, diese Prozesse räumlich und zeitlich zu veranschaulichen.

5. Umweltprobleme: Kernkraftwerk vs. thermisches Kraftwerk

Bezüglich des radioaktiven Abfalls ist zu beachten, dass einige Stoffe, beispielsweise Plutonium, über sehr lange Zeiten (bis zu 10.000 Jahre oder länger) radioaktiv bleiben und daher eine Gefährdung für die Bevölkerung darstellen können. Kurzfristig werden sie in Behältern in den Abklingbecken der Kernkraftwerke aufbewahrt. Für die Endlagerung werden unter anderem stabile unterirdische Bereiche auf dem Kontinent oder im Ozean in Betracht gezogen. Kontinentale Endlager sind meist in großer Tiefe (zwischen ca. 300 und 1.000 m) in sehr stabilen geologischen Strukturen vorgesehen, damit langfristig weniger aktive Überwachung nötig wäre. Derzeit gibt es jedoch keine ideale, weltweit akzeptierte Lösung zur vollständigen Neutralisation von Atommüll (es gab sogar Vorschläge wie den Abschuss in den Weltraum), weshalb die Erzeugung von Atommüll und das Risiko von Unfällen von Kritikern als Hauptprobleme der Kernenergie angeführt werden.

Die Nutzung fossiler Brennstoffe ist unweigerlich mit der Produktion gasförmiger Emissionen verbunden, die die Atmosphäre verschmutzen und bekannte Umweltprobleme (z. B. Klimawandel, Luftverschmutzung) verursachen. Darüber hinaus entstehen feste und flüssige Abfälle, die in verschiedenen Teilen der Geosphäre deponiert werden. Obwohl diese Abfälle andersartig sind, fehlt ihnen in vielen Fällen eine natürliche schnelle Zersetzung, so dass sie relativ leicht konzentriert und gesammelt werden können, wenn auch mit energetischen Kosten für Sammlung und Transport. Moderne Gesellschaften erzeugen täglich Millionen Tonnen Abfälle; je nach Abbaurate oder Verwitterung und den damit verbundenen Gefahren stellt dies eine Herausforderung für das Prinzip der nachhaltigen Emission dar.