Was Kohle ist und wie sie entstanden ist

Auch wenn ein Sack mit Kohle bekanntlich schwer ist: Ein Stück Anthrazit-Kohle ist erstaunlich leicht. Die Dichte von Steinkohle beträgt nur 1,3 g/cm3. Das lässt erahnen, dass es sich bei der Kohle nicht um Steine im eigentlichen Sinne handelt. Was ist Kohle dann?


Was Kohle wirklich ist
Das Mineral Kohle ist nicht etwa reiner Kohlenstoff, sondern ein Gemisch von Riesenmolekülen, die aus untereinander verbundenen polykondensierten aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) bestehen. Den Aufbau solcher Moleküle zeigt das folgende Bild.

Bild 1: Ausschnitt aus einem Kohlemolekül


Man kann sogar eine durchschnittliche Molmasse von Kohle angeben. Sie beträgt 1200 u.

Kohle ist auch ansonsten viel uneinheitlicher aufgebaut, als man annehmen möchte. Mikroskopische Aufnahmen von Dünnschliffen zeigen, dass die schwarze Kohle genau genommen ein farblich buntes Gemenge ist, das eher an Bernstein erinnert. Die vielen Farben bewirken, dass die Kohle alles Licht absorbiert; deshalb ist sie nach außen hin schwarz. Dass sie so glänzt, liegt an den vielen leicht anregbaren Elektronen der großen Aromatensysteme. Hier liegt ein Vergleich mit Graphit nahe. Allerdings ist Steinkohle (anders als Graphit) kein elektrischer Leiter. Bemerkenswert sind auch die vielen Fremdatome (S, N und O), die auch Ursache sind für Abgasprobleme beim Verbrennen von Kohle.


Wie Kohle entstanden ist
Das Mineral Kohle ist das Produkt einer typischen Diagenese, also der chemischen Umwandlung von Fossilien, hier von Holz und anderen Pflanzenresten.

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Bild 2: Steinkohle (Anthrazit; Länge 10 cm)
(Foto: Blume)


Kohle entsteht in langer Zeit unter Druck und bei höherer Temperatur aus abgestorbener Biomasse. Dabei wird eine Reihe von stofflichen Zuständen durchlaufen:

Die Biomasse wandelt sich in Humus oder Torf um. Daraus bildet sich Braunkohle. Diese wird weiter zu Fettkohle und dann zu Anthrazit umgewandelt. Bei extremen geologischen Bedingungen kann die Umwandlung noch bis zum Graphit und weiter sogar bis zum Diamanten erfolgen. Das sind dann allerdings Metamorphosen wie Veränderungen von Modifikationen, die z. B. im Erdmantel ablaufen.

Während dieser Vorgänge verliert die Biomasse ständig an Wasserstoff und Sauerstoff (zunächst in Form von Wasser, später auch als Kohlenwasserstoffe wie Methan, einem typischen, wegen der Gefährlichkeit aber höchst unerwünschter ständiger Begleiter von Kohle). Somit verschiebt sich das Atomzahlverhältnis von Kohlenstoff und Wasserstoff zugunsten von Kohlenstoff. Das können wir anhand von Modellsubstanzen erklären.

Wenn man Kohlelager genau betrachtet, erkennt man, dass sich immer Kohlelagen mit Tonschichten abwechseln. Die Abdeckung der verrottenden Pflanzenteile durch Ton war notwendig, um den Sauerstoff fernzuhalten. Denn der hätte zur vollständigen Verwesung der Pflanzenreste geführt.


In der Kohle sind reichlich Fossilien vorhanden
Mal ganz davon abgesehen, dass die Kohle selbst ein Fossil ist, so findet man beim Abbau der Kohle oder auf den Kohlehalden immer wieder schöne Pflanzenfossilien. Da gibt es Abdrücke von Farnen und komplett erhaltene Baumstämme, zum Beispiel von Bärlappgewächsen. Die haben besonders schöne Abdrücke auf ihren „Rinden“ - daher der Name „Siegelbaum“. Jede dieser Siegelmarken war ein Blattansatz. Den Bärlapp gibt es heute noch in unseren Wäldern. Deshalb gehört er zu den lebenden Fossilien.

Bild 3: Versteinertes Bärlappgewächs (Breite 6 cm) (Lepidodendron; Karbon)
(Foto: Blume)


Lettenkohle
Aber auch in bestimmten Sandsteinformationen kommt Kohle vor. Bekannt ist die Lettenkohle aus dem oberen Keuper. (Das Wort Letten ist ein alter Begriff für Lehm oder Erde. Lettenkohle ist also „Kohle aus der Erde“. Es sei daran erinnert, dass man früher die Kohle hauptsächlich durch Verschwelung von Holz gewann. Das machte der Köhler. Der erhielt dabei die „Holzkohle“.) Es handelt sich zwar nur um sehr dünne Schichten, diese waren aber für die Verwertung als Brennmaterial durchaus bedeutend. Die dünnen Schichten verwittern natürlich sehr leicht, die Produkte werden ausgespült. Zur Bildung der Lettenkohle trugen vor allem Schachtelhalme bei (Bild 4). Früher hielt man diese Abdrücke für Schilf, deshalb heißt dieser für die Bauindustrie wichtige Sandstein auch Schilfsandstein.

Bild 4: Abdrücke von Schachtelhalm aus dem Sandstein (Steinbreite links 13 cm, rechts 3,5 cm) (Equisetites; Keuper)
(Fotos: Blume)


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Letzte Überarbeitung: 22. Dezember 2014, Dagmar Wiechoczek