Entstehung der Kohle (Inkohlung)

Inkohlung ist der Vorgang, bei dem aus organischem Material sich im Laufe von Millionen von Jahren zuerst Braunkohle und später Steinkohle bildet. Am Anfang stehen Waldsumpfmoore vor ca. 300 Mio. Jahren. Sie sind mit den heutigen Mangroven vergleichbar. Allerdings war die Vegetation völlig unterschiedlich. Damals wuchsen riesige Baumfarne, Schachtelhalme und Schuppenbäume (ausgestorbenes Bärlauchgewächs). Dazu kamen Urformen der Koniferen und zum Ende der Karbons (350 - 285 Mio. Jahre vor heute) die ersten echten Nadelbäume.
Der Grad der Inkohlung hängt von der Mächtigkeit der Überlagerungen ab. Je dicker umso höher der Druck und die Temperatur. Ein Spezialfall ist die Kohle in Ibbenbüren. Dort heizte aufgestiegenes magmatisches Gestein aus dem Erdmantel die Kohle auf und es entstand fast ausschließlich Anthrazitkohle. Dieser Bramscher Pluton liegt etwa 5 km unter dem namensgebenden Ort Bramsche.



Über längere Zeiträume bestand ein Sumpf am Rand eines (Binnen-) Meeres. Das Klima war tropisch und die Vegetation entsprechend üppich. Es entstanden dicke Torfschichten aus abgestorbenen Pflanzen. In der Braunkohle wurden meterdicke fossile Stämme gefunden. Abdrücke von Blättern und Rindenteilen sind in der Steinkohle häufig zu finden. Früher konnte man diese auch auf den Abraumhalden finden, da diese nicht rekultiviert wurden.



Durch Luftabschluss und überlagerten Sedimenten konnten die Pflanzenreste nicht abgebaut werden und bildeten eine Schicht, die durch darüber liegende Sandpakete verdichtete. Es kam auch zu Tonablagerungen und Mischtypen. Unter Tage sind dies die eher stabilen Sandsteine zwischen den Flözen (Nebengestein) und der weniger standfeste Schiefer. Die Überflutungsperioden konnten mehrere 10000 Jahre andauern.



Durch eine Abfolge von Überschwemmungen mit Sand- und Schlammablagerung, Absinken großer Landstriche mit Absterben und späterer Verlandung und Neubildung der Moore in unterschiedlich langen Zeiträumen entstand eine rund 3,5 km mächtige Abfolge von Ablagerungen. Dieser Zyklus wiederholte sich knapp 230 mal. Die noch vorhandenen organischen Anteile sind die Flöze. Das Methan wanderte in Speichergesteine mit den heutigen Erdgaslagern. Aus etwa 30 % des Ausgangsmaterials entstand Erdöl. Die Flöze können von wenigen cm bis zu mehreren m mächtig sein (Ruhrgebiet).
Es gibt Flöze von mehreren Dezimetern Mächtigkeit, die im Tagebau gewonnen werden. Diese entstanden wesentlich später im Tertiär und bestehen aus Braunkohle. In der Niederrheinischen Bucht ist das Hauptflöz bis zu 100 m dick.



Im Laufe der Jahrmillionen entstand eine Abfolge von Flözen in einem Gesteinspaket, wobei der Kohleanteil 1 - 3 % beträgt. Man unterscheidet nach dem Inkohlungsgrad die Sprockhöveler Schichten (Namur C). Hier steht die typische Hausbrandkohle an. Darüber liegen die Wittener Schichten, die Esskohle enthält - benannt nach der Schmiede mit der Esse. Hier wurde sie auch überwiegend eingesetzt. Es folgen die Bochumer Schichten, deren Kohlen sich gut für die Koksherstellung (Fettkohle) eignen. Die folgenden Essener, Horster und Dorstener Schichten haben steigende Anteile von Methan und werden z.T. der Kokskohle zugemischt. Sie eignen sich als Kraftwerkskohle und wurden auch bei der Hydrierung (Kohleverflüssigung zur Benzinherstellung) eingesetzt. Je tiefer die Flöze liegen umso höher ist i.d.R. der Inkohlungsgrad und der Methangehalt niedriger.



Die ursprünglich waagerecht liegenden Flöze wurden gequetscht und verschoben. Diese Gebirgsbidungsphase wird mit Variszikum bezeichnet und begann schon vor dem Karbon und dauerte von etwa 370 - 225 Mio. Jahre. Dabei sind die südlichen Bereiche stärker "zerknautscht" als die nördlichen. Die dabei entstandenen Strukturen sind die Sättel (steilere Flöze) und Mulden mit flacherer Lagerung.



Die gefalteten Schichten zerbrachen im Tertiär (67 Mio. - 1,5 Mio Jahre) und wurden dabei verschoben und abgesenkt. Damit entstand die heutige geologische Situation mit den sog. Sprüngen. Hier können Flöze mehrere 100 m abgesunken sein. Gleichzeitig sind Erzlagerstätten (Blei, Zinn) entstanden, die teilweise abgebaut worden sind. Das gesamte Schichtpaket wurde erodiert. Daher sind viele Flöze nicht überall anzutreffen. Vor allem die jüngeren Schichten sind betroffen. Beispielsweise ist südlich der Ruhr kaum Fettkohle zu finden und Gasflammkohle erst weit nördlicher.


Das Kreidemeer überschwemmte das erodierte Gesteinspaket und lagerte teils stark wasserführende Schichten ab (Emschermergel). Das führte zu massiven Problemen beim Teufen von Schächten mit der Nordwanderung des Bergbaus. Das Deckgebirge wird nach Norden immer mächtiger. Es reicht bis knapp an die Ruhr, wo die Flöze bis zur Tagesfläche ausstreichen. Bei den nördlichsten Zechen ist es 500 - 800 m dick.


Das Resultat ist die Situation mit Schächten durch das Deckgebirge und Flözen, die in flacher, geneigter und steiler Lagerung auftreten und unterschiedliche Methoden beim Abbau bedingten. Das nebenstehende Schema trifft auf keine heutige Zeche zu, sondern eher auf die ab 1958 stillgelegten Anlagen im südlichen Revier am Rand der Kreidüberlagerungen.


Die typischen Pflanzen in den Steinkohlensümpfen waren bis zu 15 m hohe Baumfarne, wie sie in ähnlichen Formen (heute zu den Bärlauchgewächsen gehörend) noch in den Tropen vorkommen und Riesenformen des Schachtelhalms. Dazu kamen Sigillaria (auch Siegelbaum nach dem Blattnarbenmuster der Stämme - bis zu 20 m) und der Schuppenbaum (Lepidodendron - bis zu 30 m) , die ausgestorben sind. Diese vermehrten sich durch Sporen, die jahreszeilich einen so starken Sporenregen erzeugten, dass daraus eine besondere Kohlenart entstand (Kännelkohle). Typische Blattumrisse der Farne finden sich häufig als Abdrücke im Nebengestein der Kohle. Am Fuß von frisch aufgeschütteten Bergehalden waren sie früher leicht zu finden, bis diese aus Umweltschutzgründen beim Ankippen gleich begrünt wurden.

Die beiden Fotos zeigen Sigillarien in Bochum-Dahlhausen an der Ruhr in der Nähe der Schwimmbrücke.

Flözausbildungen

Die Flöze sind nicht einheitlich ausgebildet, da die Kohlensümpfe ständigen Änderungen unterworfen waren. Zwischen die Torfpakete lagerten sich Sand und Gerölle ab und es entstanden auch Erosionsrinnen. Die starke der einzelnen Pakete variierte über größere Flächen deutlich. Es sind aber die wichtigsten Flöze, die gleichzeitig die mächtigsten sind im Ruhrkarbon flächendeckend vertreten. Ein charakteristisches Merkmal ist der oft an der Unterkante der Flöze auftretende Wurzelhorizont, der bei der Klassifizierung hilfreich ist. Gleiches gilt für oft an der Oberkante auftretende Muschelschalen.



Die normale Ausbildung der Flöze ist ein Paket aus Kohle mit Einlagerungen von Sanden, Schluffen oder Tonen, den Bergemitteln. Dieses "taube" Gestein wird in der Kohlewäsche aussortiert und landet heute fast ausschließlich auf den Halden. Beim manuellen Abbau wurden Bergemittel so weit wie möglich direkt für den Bergeversatz verwendet.


Die Vertaubungen entstanden z.B. wenn aus den höhergelegenen Gebieten Schlamm in großen Mengen nach starken Regenfällen in kurzer Zeit eingespült wurde. So wurden die organischen Ablagerungen mit Sedimenten angereichert und die Torfschichten stellenweise verdrängt. Die Flöze "keilen aus".


Ähnlich wie die Vertaubungen entstanden die Gerölleinlagerungen, wobei die mit den Geröllen eingeschlämmten leichteren Anteile weiter transportiert und z.B. als Bergemittel abgelagert wurden. Eine durchaus gewünschte Form von Einlagerungen waren die im Süden des Ruhrgebiets eingelagerten Kohleneisensteinknollen. Dieses "Blackband" war lange die Erzbasis für die Henrichshütte in Hattingen und Hösch in Dortmund.
Das Flöz Dickebank lag im Bereich der Schachtanlage Friederika in Bochum als Blackband vor. In der vergrößerten Ansicht (Klicken) ist auch die hier vorliegende Auflagerung der Kreide gut erkennbar. Durch das Kreidemeer wurde das Karbon abgetragen (Abrasion) und mit den nach Norden immer mächtigeren Sedimenten überlagert. Auch diese sind im Süden wieder erodiert. Die Kante verläuft durch das Feld der Zeche Friederika und ist als kleine Geländestufe erkennbar.


Sandsteineinlagerungen sind unregelmäßig und wohl bei Schlammlawinen oder extremen Höchwässern entstanden, bei denen in kurzer Zeit und lokal begrenzt Sand abgelagert wurde. Abhängig von der Fließgeschwindigkeit des Wassers fallen zuerst die gröberen Anteile aus, wenn die Stömung zu gering wird. Die feineren Anteile wie Schluff werden weiter transportiert.



Flözscharungen treten dann auf, wenn sich ein Teil eines Steinkohlensumpfs längere Zeit absenkte und die Bergemittel so stark wurden, dass im Ergebnis mehrere getrennte Flöze vorliegen, deren Abbau u. U. nicht mehr wirtschaftlich ist.


Größere Flußläufe durch die Kohlensümpfe schnitten sich auch in schon abgelagerte Schichte ein und hinterließen nach ihrem Versanden Auswaschungen in den Flözen, vergleichbar mit den großen Prielen im Wattenmeer. Diese Auswaschungen können erhebliche Auswirkungen auf den Abbau haben, wie es das folgende Beispiel zeigt.


Der Abbau mit vollautomatischen Streben ist hier durch eine breite Auswaschung auf seine Grenzen gestoßen. Die etwa 200 m breite Abbaufront trifft auf die etwa gleich breite Auswaschung. Wäre diese nur einige Meter stark würde sie mit abgebaut werden. Hier ist der Abbau beendet. Es bleiben auch relativ große Teile des Flözes stehen, da sich kleinflächiger Abbau aus Kostengründen nicht mehr lohnt. Bis etwa 1970 wäre mit Abbauhämmern oder kleineren Kohlehobeln die Kohle bis zum Auswaschungsrand gewonnen worden.