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Forschungsarbeit gewinnt durch Austausch

28.04.2017

Forschen, untersuchen, beraten und sich mit anderen Wissenschaftlern austauschen – der Geochemiker Niels Giroud erzählt über seine Arbeit bei der Nagra.

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Erdöl ist nicht gleich Erdöl & Erdgas nicht gleich Erdgas!

25.04.2017

In den Tiefen der Meere und Seen gelangt an totes, organisches Material kaum Sauerstoff. Als Folge davon können abgestorbene Pflanzen und Organismen nicht verwesen. Sand und Ton, welche sich dazu mischen lassen Faulschlamm entstehen. Mit fortschreitender Sedimentation gelangt das Erdöl-Muttergestein in die Tiefe, wobei Druck und Temperatur zunehmen. In 1500 bis 4000 Metern Tiefe, bei Temperaturen zwischen 80 und 150 ℃ herrschen dann ideale Bedingungen für die Entstehung von Erdöl und Erdgas. Die Bindungen der grossen Kohlenwassterstoff-Moleküle brechen auf und es entstehen kleinere Moleküle, die Erdöl-Kohlenwasserstoffe. So wird aus fester Substanz zähflüssiges Öl.

Entstehung von Erdöl und Erdgas; © EnBW Energie Baden-Württemberg
Entstehung von Erdöl und Erdgas; © EnBW Energie Baden-Württemberg

Erdöl/Erdgas entsteht

Der hohe Druck in der Tiefe drückt das Öl aus dem Muttergestein heraus. Es gelangt in die nächste, poröse Gesteinsschicht. Weil es leichter ist als Wasser, wandert es in den Porengängen, zum Beispiel in Sandstein nach oben, bis es in einer „Erdöl-Falle“ gefangen wird. Eine undurchlässige Schicht, zum Beispiel Ton oder Salz, verhindert ein weiteres Aufsteigen. Dabei sammeln sich in einer Art Kuppel immer mehr Erdöltröpfchen – eine Lagerstätte entsteht.

Erdöl-Lagerstätten

Konventionelles- und unkonventionelles Erdöl/Erdgas

Auf Grund des Lagerstättentyps und Reifegrades der entstandenen Kohlenwasserstoffe wird zwischen konventionellem – und unkonventionellem Erdöl oder Erdgas unterschieden.

Konventionelle und unkonventionelle Erdöl/Erdgas Vorkommen; © BGR-Studie
Konventionelle und unkonventionelle Erdöl/Erdgas Vorkommen; © BGR-Studie

Konventionelles Erdöl/Erdgas

Der grösste Teil des z. Z. geförderten Erdöls wird konventionell gefördert. Kennzeichnend ist eine geographisch günstige Lage bei geringer Viskosität, was die Förderung verhältnismässig einfach, rasch und billig macht.

Diese Art der Erdölgewinnung ist nicht umweltfreundlich, da grosse Mengen Treibhausgasemissionen entstehen.

Unkonventionelles Erdöl/Erdgas

Der Begriff unkonventionelles Erdöl oder Erdgas bezieht sich auf nicht herkömmliche Förder-Verfahren, denn unkonventionelle Lagerstätten befinden sich in geringporösen und undurchlässigen Gesteinen und enthalten zähes, bitumenartiges Öl. Die Förderung erfolgt unter hohem technischem und energetischem Aufwand. Wenn die Sande oder Schiefergestein in grosser Tiefe sind und nicht im Tagebau abgebaut werden können, nutzt man die Hydraulic Fracturing oder „Fracking“ Methode.

Diese Methode ist sehr umstritten, da zur Lösung des Erdöls oder Erdgases, Wasser mit Chemikalien unter hohen Drücken in die Gesteinsschichten eingeschossen werden um sie zu „Cracken“. Die Lösungskomponenten sind biologisch nicht abbaubar und verschmutzen für immer die Grundwasserschichten.

Zum unkonventionellen Erdöl oder Erdgas werden verschiedene Lagerstättentypen gezählt:

  • Ölschiefer: Es ist ein tonhaltiges, mit organischem Material angereichertes Sedimentgestein, bei dem es sich um Kerogen, dem Vorstufenprodukt von Erdöl, handelt. Man spricht deshalb von unausgereiftem Erdölmuttergestein.

    Ölschiefer in Kimmeridge Bay; ©CC BY-SA 2.0
    Ölschiefer in Kimmeridge Bay; © CC BY-SA 2.0
  • Öl- oder Teersand: Sandstein angereichert mit zähflüssigen Schwerölen, die im Tagbau gefördert werden. Der Abbau und die Verarbeitung zu synthetischem Rohöl ist aufwändig in Bezug auf Zeit, Technik und Energie, zudem verbraucht und belastet es viel Land.

    Teersand California; © CC BY 2.0
    Teersand California; © CC BY 2.0
  • Tiefseeöl: Wo grosse Deltas ins Meer mündeten, konnte sich unter geologisch günstigen Bedingungen in etwa 200 – 600 m Tiefe Erdöl bilden. Die Vorkommen beschränken sich auf wenige Standorte, von denen die grössten vor den Küsten von Brasilien, Angola, Indonesien, Nigeria und am Mississipi-Delta liegen.
  • Polares Öl: Klimatische Bedingungen machen die Erdölförderung nördlich und südlich des 66 Breitengrades, v. a. in Alaska und Sibirien sehr teuer und aufwändig und zudem ist es ökologisch problematisch.
  • Erdöl aus Kohle: Kohle wird viel länger zur Verfügung stehen als Erdöl und die Vorkommen sind weltweit besser verteilt. So erscheint es verlockend, daraus synthetisches Erdöl herzustellen. Dies geschieht mittels Hochdruckhydrierung und Kohleverflüssigung nach dem Fischer-Tropsch Verfahren, welche seit dem frühen 20. Jahrhundert bekannt.
  • Flüssiggas und Kondensat: Beide bestehen aus kurzen Kohlenwasserstoffketten im Übergangsbereich zu Erdgas wie z. B. Butan und Propan. Da die Zustandsform druckabhängig ist, ist eine Abgrenzung zum Erdgas nicht eindeutig und die Fördercharakteristik sehr ähnlich.

>> Entstehung von Erdöl
>> Motor der Gesellschaft
>> Gasland von Josh Fox


Gold und radioaktive Abfälle in Tschechien

20.04.2017

Was haben eine Goldmine und radioaktive Abfälle miteinander zu tun? Im Falle des Felslabors Josef sehr viel.

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Nein, ich suchte kein Osterei sondern ein ≪Lebacher≫ Ei!

18.04.2017

In vielen Religionen symbolisiert das Ei neues Leben oder Wiedergeburt. Im alten Ägypten, in Phönizien und in Persien galt das Ei als Ursprung der Welt; alles Leben schlüpfte aus dem mystischen Ei, das vom Himmel fiel. Im alten Rom und in Griechenland wurden während der Frühlingsfeste Eier bemalt oder gefärbt und als Geschenke an Freunde übergeben. Griechische und ägyptische Tempel wurden während der Frühlingsfesttage mit Eiern geschmückt und die Tag- und Nachtgleiche im Frühling markierte den Beginn des neuen Jahres.

Ostereier, © Gytha69 / CC BY 2.0 Lebacher Ei, © LoKiLeCh / CC BY-SA 3.0

v.l.n.r.: Ostereier; „Lebacher Ei“

In der Geologie ist das „Lebacher Ei“ weltberühmt geworden. Es sind Geoden aus Toneisen, die bis zu 40 auf 15 cm gross sein können und sich in den Schichtfolgen des Perms finden. Sie enthalten Versteinerungen von Tieren und Pflanzenm, die vor zirka 290 Millionen Jahren am Ende des Erdaltertums in einem grossen Süsswassersee lebten, der auf Grund der einstigen Ausdehnung als Rümmelbach-Humberg-See bezeichnet wird. Der 2010 angelegte Rümmelbach-Humberg Wanderweg geht über eine Strecke von 3,5 Kilometern durch diese Ablagerungen.

Der Ursprung dieser Toneisensteine bildet immer eine organische Substanz wie Kot, Krebse, Fische, Amphibien und Pflanzen oder die Zweige der ersten Koniferen. Diese fielen damals in den weichen Schlamm des Meeresbodens, der mit den Mineralien des durch Regen angespülten Magmas der permischen Vulkane angereichert war und bildeten dort die Toneisensteine. So wuchs z. B. um einen Koprolithen (Kotballen) ein Eisenkern aus Siderit, der zum Rand hin mit Ton ersetzt wurde; daher der Name Toneisenstein.

Die „Lebacher Eier“ erfreuen sich unter Paläonthologen und Sammlern grosser Beliebtheit, weil darin häufig Fische, kleine Saurier oder grössere Pflanzenteile konserviert sind.


Das Blogteam wünscht frohe Ostern!

13.04.2017

Wir wünschen Ihnen eine erfolgreiche Ostereier-Suche und eine erholsame Zeit. Wir sind nach den Oster-Feiertagen gern wieder für Sie und Ihre Oster-Kommentare da. Pünktlich!

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Das Geheimnis der ≪singenden Dünen≫

11.04.2017

Sanddünen singen nur in wenigen Gebieten der Erde und sie singen, wenn der Sand den Hang hinunterrutscht. Über die Entstehung der Klänge – ein tiefes, monotones Brummen – wird seit Jahrhunderten fleissig spekuliert. Schon Marco Polo begegnete diesem Brummen auf seinen Reisen und Charles Darwin beschrieb in seinem Buch „The Voyage of the Beagle“ einen klingenden, sandigen Hügel, den die Chilenen „Bellower“ (lautes Gebrüll eines Tieres) nannten.

Der Klang des Sandes ist ein Brummen im tieferen Frequenzbereich eines Cellos. Menschen können den Sand in Bewegung versetzen oder der Wind kann Sandrutschungen auslösen und einen plötzlichen, dröhnenden Chor auslösen.

Mystery Of Singing Sand Dunes Solved | Video, Standard YT Lincence
Zwei „singende“ Sanddünen in Marokko und Oman. American Geophysical Union / Video von Derek Sollosi und Sean Treacy. Bilder and Ton von Simon Dagois-Bohy.

Wissenschaftler dachten bisher, dass der rutschende Sand in den stabileren, unteren Schichten einer Düne die Klang-Vibrationen erzeugt. Aus Experimenten im Jahr 2009 ergaben sich jedoch Hinweise, dass der Sand bzw. die Sandkörner und nicht die Düne singt. Dasselbe Forschungsteam untersuchte noch ein weiteres Rätsel: Wie entstehen in einer Düne gleichzeitig mehrere Klänge?

Es wird vermutet, dass die Korngrösse die Reinheit der Töne beeinflusst. Wenn die Korngrösse variiert, fliessen die Sandströme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und produzieren eine grössere Bandbreite von Tönen. Wenn aber die Sandkörner alle etwa gleich gross sind, bewegen sich die Sandströme innerhalb der Rutschung mit gleichmässigeren Geschwindigkeiten und sorgen dafür, dass der Klang sich auf spezifische Töne beschränkt.

Man nimmt an, dass sich die Vibrationen fliessender Sandkörnchen synchronisieren und im Einklang vibrieren lassen. Die tausenden, schwachen Vibrationen vereinigen sich so wie die Membran eines Lautsprechers, um die Luft zusammenzudrücken. Wieso sich die Sandkörner synchronisieren, bleibt vorerst noch ungeklärt.

Lieder der Dünen; YT Standardlizenz
≪The songs of the dunes≫ von Stéphane Douady. Aufgenommen auf einer singenden Düne in Morokko. © gefilmt von Etienne Chaillou and Mathias Thery.

>> Hier noch die Auflösung des Rätsels von letzter Woche: Es handelt sich um die Rub al-Chali, oder auch Arabia’s Empty Quarter und ist die grösste durchgängige Sandfläche der Welt. Es ist eine Landschaft aus endlosen, wandelbaren Sandgebirgen, die durch den britischen Entdecker Wilfred Thesiger und seine emiratischen und omanischen Begleiter in den 1940er- und 1950er-Jahren berühmt wurden.


Aus dem Weltall gesehen!

04.04.2017

Eine geomorphologische Struktur aus dem Weltall gesehen – was könnte dies sein?

Rub' al-Chali @ Gemeinfrei: NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS und U.S./Japan ASTER Science Team

Um welche Struktur handelt es sich hier und wo könnte sie liegen?

Die Auflösung erhaltet ihr mit dem nächsten Beitrag. Unterdessen viel Spass beim Rätseln – erdwissen.


Radioaktiven Abfall charakterisieren – ist doch spannend!

03.04.2017

«Auch wenn es schwer zu glauben ist, mein Job ist abwechslungsreich und spannend», sagt Ben Volmert und lacht. Der Physiker arbeitet seit 14 Jahren für die Nagra. Davor stellte er in Deutschland radiologische Berechnungen für Castorbehälter und Zwischenlager an, in denen radioaktives Material transportiert und gelagert wird. Auch jetzt hat er täglich mit vielen Zahlen, nuklearen Programmen und Datenbanken zu tun. «Im Inventar der radioaktiven Abfälle erfassen wir existierende und prognostizierte Abfälle getrennt nach Abfalltypen», erläutert Ben Volmert, der den Ressort Inventar & Logistik bei der Nagra leitet. Bevor die Behörden einen neuen Abfalltyp genehmigen, braucht es eine so genannte Endlagerfähigkeitsbescheinigung. «Je früher wir von den Kernkraftwerksbetreibern und dem PSI in die Gestaltung eines neuen Abfalltyps einbezogen werden, desto einfacher ist es für uns zu bestimmen, was genau im Abfall drin ist», erklärt er. So könne man die endgültige Form der Abfälle mitbestimmen und sicherstellen, dass diese bestmöglich auf die Tiefenlagerung vorbereitet seien.

An einem Projekt zur Stilllegung des Kernkraftwerks Mühleberg mitarbeiten

Er arbeitet auch an Projekten zur Stilllegung des Kernkraftwerks Mühleberg mit, wo einerseits neue Behälter für die Entsorgung der Abfälle für die Zwischen- und Endlagerung entwickelt werden und in einem anderen Fall ein Computermodell des ganzen Kernkraftwerks erstellt wird, um die verbleibende Restaktivität in den Gebäudestrukturen und Maschinenkomponenten zu bestimmen. Bei der Logistik gehe es wiederum um das Planen und Optimieren künftiger Transporte radioaktiver Abfälle von den Kernkraftwerken und Zwischenlagern zum Tiefenlager. «Wir beteiligen uns zudem an Forschungsprojekten und führen eigene Studien durch», so Volmert. Am interessantesten findet er, wenn «theoretische» Zahlen mit einem Experiment wie beim Gasexperiment im Zwilag zusammenkommen. In diesem Experiment wird die Gasbildung aus dem Abbau von Ionenaustauscherharzen und anderer organischer Materialien untersucht, die dereinst in einem geologischen Tiefenlager entsorgt werden.

«Ich diskutiere gerne mit der Bevölkerung», sagt Ben Vollmert. «Dabei möchte ich auch komplizierte Themen verständlich vermitteln.»
«Ich diskutiere gerne mit der Bevölkerung», sagt Ben Vollmert. «Dabei möchte ich auch komplizierte Themen verständlich vermitteln.»

Gern diskutiert er auch am Nagra-Stand mit Besuchern über die Entsorgung der radioaktiven Abfälle. «Ich kann verstehen, wenn Leute Angst vor den Abfällen haben», sagt Ben Volmert, der die Strahlung der verschiedenen Abfalltypen selbst berechnet. Umso mehr müsse man die Abfälle sicher unter der Erde lagern, wo sie vor möglichen schädlichen Einwirkungen von aussen geschützt seien. «Wir arbeiten zurzeit an der bestmöglichen Lösung hierfür.»

Ben Volmert, Ressortleiter Inventar & Logistik bei der Nagra
«Da schaue ich jeden Tag drauf», sagt Ben Volmert vor einer Nuklidkarte*, welche die wesentlichen Daten über Zerfallsart, Halbwertszeit und Energien der emittierten Strahlung sämtlicher Nuklide zeigt. «Sorgen macht mir nur, dass ich auch nach so vielen Jahren Berufserfahrung praktisch keine der Zahlen auf der Nuklidkarte auswendig kenne», meint Ben Volmert augenzwinkernd zum Abschluss des Gesprächs.

*Ein Nuklid ist ein Atomkern, der durch eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen gekennzeichnet ist.