Anders als bei der Kohle weiß man nicht genau, wie Erdöl überhaupt entstanden ist. Hilfreich für die Theorienbildung ist, dass das Erdöl fast ausschließlich in Meeressedimenten gefunden wird, also in Sandstein oder Kalkstein. Für eine Bildung im Meer spricht auch, dass man Erdöl oft in der Nähe von Salzlagern findet, die beim Eindunsten von Binnenmeeren entstanden.

Außerdem sind im Erdöl komplizierte Verbindungen zu finden, die ausschließlich biologischen Ursprungs sein können.

Man leitet daraus her, dass Erdöl und Erdgas sich aus den Kleinstlebewesen des Wassers gebildet haben, die man als Plankton zusammenfasst (Tierlarven, einzellige Algen und andere der Schwebefauna und -flora zugehörige Organismen).

Die Tier- und Pflanzenreste, die unablässig auf den Boden der Gewässer herabrieselten, bildeten vor vielen Millionen Jahren zunächst auf dem Grunde von flachen Meereslagunen oder großen Binnenmeeren Faulschlämme. Bei deren Zersetzung unter Luftabschluss nach Abdeckung durch tonige Schichten entstanden aus dem organischen Material Kohlenwasserstoffe. Hieran waren anaerobe Bakterien beteiligt, die wegen des Fehlens von Sauerstoff (wie diejenigen, die in Mooren lebten oder die Biogas aus Klärschlamm erzeugen) Biomasse wie Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette nicht zu Kohlenstoffdioxid und Wasser veratmeten, sondern in Methan und andere Kohlenwasserstoffe umwandelten. Es handelt sich hierbei um Gärungsprozesse.

In Millionen von Jahren führten Erdwärme und Gebirgsdruck zur Verfestigung der Sedimente, die sich darüber häuften. Es bildete sich so ein Erdölmuttergestein, in dessen Poren sich zunächst feinverteilt die Kohlenwasserstoffe sammelten.

Bildungsort und Fundort sind oftmals verschieden und können hunderte von Kilometern auseinander liegen. Das Erdöl konnte nämlich in den porösen Gesteinen wandern. So wurde es z. B. durch eindringendes Wasser verdrängt, bis es an eine undurchlässige Schicht kam und sich darunter sammelte und größere, abbauwürdige Lager bildete. Aber auch Faltungen der Bodenschichten bei der Gebirgsbildung konnten Wanderungen beeinflussen.

Über den Erdölschichten bildet sich oftmals ein Hohlraum mit Erdgas aus. Natürlich kann das Erdgas auch im Erdöl gelöst sein.

Man muss darauf hinweisen, dass es neben dieser Entstehungstheorie für Erdöl und Erdgas noch eine weitere Theorie gibt, bei der ausschließlich anorganische Reaktionen eine Rolle spielen. Die Wahrheit wird aber irgendwo dazwischen liegen. Vor allem das Auftreten von komplizierten organischen Verbindungen, wie sie nur von Lebewesen gebildet werden, spricht dafür, dass zumindest der größte Teil von Erdöl biologischen Ursprungs ist. Bei Methan als hauptsächlichem Erdgasbestandteil ist man sich da nicht ganz so sicher.

Es gibt noch eine weitere mögliche Quelle für Erdöl und Erdgas
In Böden und Sedimentgesteinen findet man einen speziellen Naturstoff, der wohl die Hauptmenge des im Gestein enthaltenen organischen Materials ausmacht, das Kerogen. Es handelt sich dabei um eine hochmolekulare Substanz, die sich dadurch auszeichnet, dass sie auch mit unpolaren Lösemitteln nicht extrahierbar ist. Man meint, dass sich unter bestimmten Bedingungen daraus Erdgas und Erdöl gebildet haben könnten.

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