Die Abiotische Erdölentstehung ist eine Hypothese, die besagt, dass die meisten Erdöl- und Erdgasvorkommen der Erde anorganisch entstanden seien, das dann als abiotisches Öl bezeichnet wird. Wissenschaftliche Beweise stützen jedoch überwiegend einen biogenen Ursprung für die meisten Erdölvorkommen weltweit. Die gängigen Theorien zur Entstehung von Kohlenwasserstoffen auf der Erde gehen von einem Ursprung durch die Zersetzung längst ausgestorbener Organismen aus, auch wenn die Existenz von Kohlenwasserstoffen auf außerirdischen Körpern wie dem Saturnmond Titan darauf hindeutet, dass Kohlenwasserstoffe auch auf natürliche Weise durch anorganische Prozesse entstehen können.
Ein historischer Überblick über Theorien zum abiogenen Ursprung von Kohlenwasserstoffen wurde 2006 veröffentlicht.
Thomas Golds „Deep Gas Hypothesis“ geht davon aus, dass einige Erdgasvorkommen aus Kohlenwasserstoffen entstanden sind, die tief im Erdmantel lagern. Frühere Untersuchungen von Gesteinen aus dem Erdmantel an vielen Orten haben gezeigt, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Erdmantel weltweit verbreitet sind; allerdings ist demnach der Anteil dieser Kohlenwasserstoffe gering. Zwar kann es große Vorkommen an abiotischen Kohlenwasserstoffen geben, doch weltweit bedeutende Mengen an abiotischen Kohlenwasserstoffen werden als unwahrscheinlich angesehen.
Übersicht über Hypothesen Einige abiogene Hypothesen gehen davon aus, dass Öl und Gas nicht aus fossilen Lagerstätten stammen, sondern aus tiefen Kohlenstofflagerstätten, die seit der Entstehung der Erde vorhanden sind.
Die abiogene Hypothese gewann 2009 wieder an Unterstützung, als Forscher des KTH Royal Institute of Technology in Stockholm berichteten, dass sie ihrer Meinung nach bewiesen hätten, dass Fossilien von Tieren und Pflanzen für die Entstehung von Erdöl und Erdgas nicht notwendig sind.
Geschichte Hypothesen über abiogenes Erdöl wurden zuerst von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew und wieder in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts von sowjetischen Wissenschaftlern aufgestellt, die aber außerhalb der Sowjetunion wenig Einfluss hatten, da die meisten ihrer Forschungsergebnisse auf Russisch veröffentlicht wurden. Die Hypothese wurde vom Astronomen Thomas Gold neu definiert und im Westen populär gemacht, der seine Theorien von 1979 bis 1998 entwickelte und seine Forschungsergebnisse auf Englisch veröffentlichte.
Im Jahr 1951 stellte der sowjetische Geologe Nikolai Alexandrowitsch Kudrjawzew die moderne abiotische Hypothese zum Ursprung von Erdöl auf.Geoffrey P. Glasby (2006): Abiogenic Origin of Hydrocarbons: An Historical Overview. Resource Geology 56 (1): 83-96. doi:10.1111/j.1751-3928.2006.tb00271.x Auf der Grundlage seiner Analyse der Athabasca-Ölsande in Alberta, Kanada, kam er zu dem Schluss, dass keine „Muttergesteine“ die enormen Mengen an Kohlenwasserstoffen bilden konnten, und bot daher abiotisches Tiefenpetroleum als plausibelste Erklärung an. Zu denjenigen, die Kudryavtsevs Arbeit fortsetzten, gehörten Petr N. Kropotkin, Vladimir B. Porfir'ev, Emmanuil B. Chekaliuk, Vladilen A. Krayushkin, Georgi E. Boyko, Georgi I. Voitov, Grygori N. Dolenko, Iona V. Greenberg, Nikolai S. Beskrovny und Victor F. Linetsky.
Nach dem Tod von Thomas Gold im Jahr 2004 ist Jack Kenney von der Gas Resources Corporation als Befürworter dieser Theorien in den Vordergrund getreten, unterstützt durch Studien von Forschern des Königlichen Technischen Instituts (KTH) in Stockholm, Schweden.
Grundlagen abiogener Hypothesen Im Erdmantel kann Kohlenstoff in Form von Kohlenwasserstoffen – hauptsächlich Methan – sowie als elementarer Kohlenstoff, Kohlendioxid und Karbonate vorkommen. Die abiotische Hypothese geht davon aus, dass die gesamte Palette der in Erdöl vorkommenden Kohlenwasserstoffe entweder durch abiogene Prozesse im Mantel oder durch biologische Verarbeitung dieser abiogenen Kohlenwasserstoffe entstehen kann und dass die Kohlenwasserstoffe abiogenen Ursprungs aus dem Mantel in die Kruste wandern können, bis sie an die Oberfläche gelangen oder von undurchlässigen Schichten zurückgehalten werden und so Erdölvorkommen bilden.
Abiogene Hypothesen lehnen im Allgemeinen die Annahme ab, dass bestimmte Moleküle, die in Erdöl vorkommen und als Biomarker bezeichnet werden, auf den biologischen Ursprung von Erdöl hinweisen. Sie behaupten, dass diese Moleküle größtenteils von Mikroben stammen, die sich von Erdöl ernähren, während es durch die Erdkruste nach oben wandert, dass einige von ihnen in Meteoriten vorkommen, die vermutlich nie mit lebendem Material in Kontakt gekommen sind, und dass einige durch plausible Reaktionen im Erdöl abiogen erzeugt werden können.
Einige der Argumente, die zur Untermauerung abiogener Theorien herangezogen werden, umfassen: +BefürworterArtikelGoldDas Vorkommen von Methan auf anderen Planeten, Meteoriten, Monden und KometenGold, KenneyVorgeschlagene Mechanismen zur abiotischen chemischen Synthese von Kohlenwasserstoffen im ErdmantelKudryavtsev, GoldKohlenwasserstoffreiche Gebiete sind in der Regel auf vielen verschiedenen Ebenen kohlenwasserstoffreichKudryavtsev, GoldErdöl- und Methanvorkommen finden sich in großen Mustern, die eher mit tief liegenden großräumigen strukturellen Merkmalen der Erdkruste zusammenhängen als mit dem Flickenteppich sedimentärer AblagerungenGoldInterpretationen der chemischen und isotopischen Zusammensetzung von natürlichem ErdölKudryavtsev, GoldDas Vorkommen von Öl und Methan in nicht sedimentären Gesteinen auf der ErdeGoldDie Existenz von MethanhydratvorkommenGoldWahrgenommene Unklarheiten in einigen Annahmen und wichtigen Belegen, die im herkömmlichen Verständnis der Entstehung von Erdöl verwendet werden.GoldDie Entstehung von Steinkohle basiert auf tiefen KohlenwasserstoffaustrittenGoldKohlenstoffbilanz und Sauerstoffgehalt der Oberfläche über geologische Zeiträume hinweg stabilKudryatsev, GoldDie biogene Erklärung erklärt einige Eigenschaften von Kohlenwasserstoffvorkommen nicht.SzatmariDie Verteilung von Metallen in Rohölen passt besser zu den Mustern des oberen serpentinisierten Mantels, des primitiven Mantels und der Chondrite als zu denen der ozeanischen und kontinentalen Kruste und zeigt keine Korrelation mit MeerwasserGoldDie Verbindung von Kohlenwasserstoffen mit Helium, einem Edelgas
Jüngste Untersuchungen zu abiogenen Hypothesen Bis 2009 gab es nur wenige Forschungsarbeiten zur Entstehung von abiogenem Erdöl oder Methan, obwohl die Carnegie Institution for Science berichtet hat, dass Ethan und schwerere Kohlenwasserstoffe unter den Bedingungen des oberen Mantels synthetisiert werden können. Die Forschung, die sich hauptsächlich mit Astrobiologie, der tiefen mikrobiellen Biosphäre und Serpentinitreaktionen befasst, liefert jedoch weiterhin Erkenntnisse über den Beitrag abiogener Kohlenwasserstoffe zur Erdölbildung.
Gesteinsporosität und Migrationswege für abiogenes Erdöl. Serpentinisierungsreaktionen von Peridotit im Erdmantel und andere natürliche Fischer-Tropsch-Analoga. Ursprüngliche Kohlenwasserstoffe in Meteoriten, Kometen, Asteroiden und den festen Körpern des Sonnensystems. Ursprüngliche oder alte Quellen von Kohlenwasserstoffen oder Kohlenstoff auf der Erde. Ursprüngliche Kohlenwasserstoffe, die durch Hydrolyse von Metallcarbiden des Eisenpeaks der kosmischen Elementhäufigkeit (Chrom, Eisen, Nickel, Vanadium, Mangan, Kobalt) entstanden sind. Isotopenuntersuchungen von Grundwasserreservoirs, Sedimentzementen, Formationsgasen und der Zusammensetzung der Edelgase und des Stickstoffs in vielen Ölfeldern.
Häufige Kritikpunkte sind unter anderem:
Wenn Öl im Erdmantel entstanden wäre, wäre zu erwarten, dass es am häufigsten in Verwerfungszonen vorkommt, da dort die größten Chancen bestehen, dass Öl aus dem Erdmantel in die Erdkruste wandert. Außerdem ist der Erdmantel in der Nähe von Subduktionszonen tendenziell oxidierender als der Rest. Allerdings wurde keine Korrelation zwischen der Lage von Ölvorkommen und Verwerfungszonen festgestellt, mit einigen Ausnahmen.
Vorgeschlagene Mechanismen für die Entstehung von abiogenem Erdöl
Ur-Ablagerungen Thomas Golds Arbeit konzentrierte sich auf Kohlenwasserstoffvorkommen urzeitlichen Ursprungs. Man geht davon aus, dass Meteoriten den Hauptbestandteil des Materials darstellen, aus dem die Erde entstanden ist. Einige Meteoriten, wie bspw. kohlige Chondrite, enthalten kohliges Material. Wenn sich noch große Mengen dieses Materials im Erdinneren befinden, könnte es seit Milliarden von Jahren nach oben austreten. Die thermodynamischen Bedingungen im Erdmantel würden es ermöglichen, dass viele Kohlenwasserstoffmoleküle unter hohem Druck und hoher Temperatur im Gleichgewicht sind. Obwohl Moleküle unter diesen Bedingungen dissoziieren können, würden sich die entstandenen Fragmente aufgrund des Drucks wieder neu bilden. Je nach den Bedingungen und dem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis des Materials würde ein durchschnittliches Gleichgewicht verschiedener Moleküle bestehen.
Entstehung im Erdmantel Russische Forscher kamen zu dem Schluss, dass Kohlenwasserstoffgemische im Erdmantel entstehen würden. Experimente unter hohen Temperaturen und Drücken führten zur Bildung zahlreicher Kohlenwasserstoffe – darunter n-Alkane bis C10H22 – aus Eisenoxid, Kalziumkarbonat und Wasser. Da solche Materialien im Erdmantel und in der subduzierten Kruste vorkommen, müssen nicht alle Kohlenwasserstoffe aus Urgesteinsablagerungen stammen.
Wasserstofferzeugung Wasserstoffgas und Wasser wurden in über 6.000 Metern (20.000 Fuß) Tiefe in der oberen Erdkruste in den Bohrungen des Siljan-Rings und der Kola-Bohrung gefunden. Daten aus dem Westen der Vereinigten Staaten deuten darauf hin, dass sich oberflächennahe Aquifere bis in Tiefen von 10.000 Metern (33.000 Fuß) bis 20.000 Metern (66.000 Fuß) erstrecken können. Wasserstoffgas kann durch die Reaktion von Wasser mit Silikaten, Quarz und Feldspat bei Temperaturen zwischen 25 °C (77 °F) und 270 °C (518 °F) erzeugt werden. Diese Minerale kommen häufig in Gesteinen der Erdkruste wie Granit vor. Wasserstoff kann mit gelösten Kohlenstoffverbindungen im Wasser reagieren und Methan sowie höhere Kohlenstoffverbindungen bilden.
Eine Reaktion, die keine Silikate beinhaltet und Wasserstoff erzeugen kann, ist:
Eisen(II)-oxid + Wasser → Magnetit + Wasserstoff
3FeO + H2O → Fe3O4 + H2
Die oben beschriebene Reaktion verläuft am besten bei niedrigem Druck. Bei Drücken von mehr als 5 Gigapascal (49.000 atm) wird fast kein Wasserstoff erzeugt.
Thomas Gold berichtete, dass im Bohrloch des Siljan-Rings Kohlenwasserstoffe gefunden wurden, deren Vorkommen im Allgemeinen mit der Tiefe zunahm, obwohl das Projekt keinen kommerziellen Erfolg hatte.
Allerdings analysierten mehrere Geologen die Ergebnisse und stellten fest, dass keine Kohlenwasserstoffe gefunden wurden.
Serpentinisierungsmechanismus 1967 schlug der sowjetische Wissenschaftler Emmanuil B. Chekaliuk vor, dass Erdöl bei hohen Temperaturen und Drücken aus anorganischem Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid, Wasserstoff oder Methan gebildet werden könnte.
Dieser Mechanismus wird durch mehrere Beweislinien gestützt, die in der modernen wissenschaftlichen Literatur anerkannt sind. Dies beinhaltet die Synthese von Öl innerhalb der Erdkruste durch Katalyse mittels chemisch reduktiver Gesteine. Ein vorgeschlagener Mechanismus für die Bildung anorganischer Kohlenwasserstoffe erfolgt über natürliche Analoga des Fischer-Tropsch-Verfahrens, bekannt als Serpentinisierungsmechanismus oder Serpentinisierungsprozess.
CH4 + ½ O2 → 2 H2 + CO
(2n+1) H2 + nCO → CnH(2n+2) + n H2O