Home About us Products Services Contact us Bookmark
:: wikimiki.org ::
Methan

Methan

Methan (auch Sumpfgas und Methylwasserstoff genannt) ist ein farbloses und geruchloses Gas. Es ist das einfachste Alkan und der einfachste Kohlenwasserstoff überhaupt, die Summenformel lautet CH4, die C–H-Bindungen weisen in die Ecken eines Tetraeders. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und Biogas. Nach Kohlendioxid ist es das bedeutendste Treibhausgas. Methan wird als Heizgas verwendet und dient als Ausgangspunkt für viele andere organische Verbindungen. Methan wird bei biologischen und geologischen Prozessen ständig neu gebildet und freigesetzt.

Historische Informationen

Methan war bereits den Alchemisten im Mittelalter als Fäulnisgas unter der Bezeichnung Sumpfluft bekannt. Methan wurde 1667 von Thomas Shirley entdeckt. 1772 entdeckte Joseph Priestley, dass Methan bei Fäulnisprozessen entsteht. 1856 stellte Marcellin Berthelot Methan zum ersten Mal aus Kohlenstoffsulfid und Schwefelwasserstoff her.

Eigenschaften

Methan ist ein farb- und geruchloses Gas, dessen Dichte (0,722 g/dm³ bei 20 °C) kleiner ist als die von Luft, es steigt also in die Atmosphäre auf. Es ist brennbar und verbrennt mit bläulicher, nicht rußender Flamme, unterhält die Verbrennung aber nicht. Methan schmilzt bei -182,6 °C und siedet bei -161,7 °C. In Wasser ist Methan mit 3,5 ml/100 ml gering löslich, in Ethanol und Diethylether ist Methan jedoch löslich. Schmelzwärme und Verdampfungswärme sind mit 1,1 kJ/mol und 8,17 kJ/mol für ein Gas relativ hoch, im Vergleich mit Metallen sind dies aber sehr geringe Werte. Methan kann explosionsartig mit Sauerstoff, Luft und Chlor reagieren. Bei der Chlorierung entstehen Methylchlorid, Dichlormethan, Chloroform und Tetrachlormethan. Vom Methan leiten sich Methylverbindungen wie z.B. Methanol und die Methylhalogenide und die längerkettigen Alkane ab.

Vorkommen und Entstehung

Methan hat ein vielfältiges Vorkommen und wird auf der Erde ständig neu gebildet, auch auf vielen anderen Planeten gibt es Methanvorkommen. Auf Meeresböden gibt es geschätzte zwölf Billionen Tonnen Methanhydrat. Für deren Bergung gibt es aber noch kein Mittel. Eine Bergung des Methanhydrats könnte zur Lösung des Energieproblemes beitragen, ein besonderes Problem besteht zum Beispiel darin, dass bei der Bergung viel Methan in die Atmosphäre gelangen würde. Methan ist Hauptbestandteil des Erdgases. Auch das in Steinkohlelagern eingeschlossene Grubengas enthält hauptsächlich Methan. Weltweit werden schätzungsweise 500 Millionen Tonnen Methan emittiert, etwa 70 % davon sind auf den Menschen zurückzuführen. Auch durch landwirtschaftlichen Anbau und Tierhaltung wird Methan emittiert, 39 % dieser Emissionen gehen auf die Rinderhaltung zurück, 17 % auf den Reisanbau. In Deutschland wurden 1994 etwa 833.000 Tonnen Methan emittiert. Die Konzentration in der Atmosphäre hat sich von 1750 zu 2000 von 0,8 auf 1,75 ppm erhöht, jährlich steigt der Methananteil in der Atmosphäre um 1-2 %. Beim Faulen organischer Stoffe unter Luftabschluss in Sümpfen oder am Grund stark verschmutzter Gewässer bildet sich Sumpfgas, ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid. Biogas besteht überwiegend aus Methan (etwa 60 %) und Kohlendioxid (etwa 35 %), daneben enthält es noch Wasserstoff, Stickstoff und Schwefelwasserstoff.
Bei Stoffwechselvorgängen der Methanbildner entsteht Methan nach folgender Reaktionsgleichung:
- \mathrm :Traubenzucker reagiert zu Methan und Kohlendioxid. Methan entsteht ebenfalls in tieferen Erdschichten bei hohen Temperaturen und Drücken, diese Quellen setzen Methan meist bei vulkanischen Aktivitäten frei. In der Atmosphäre des Mars wurde Methan nachgewiesen, allerdings nur etwa 10,5 ppb. Da es sich normalerweise nicht in der Atmosphäre halten kann und es keine Hinweise auf Meteoriten als Quelle gibt, muss es auf dem Mars neu gebildet worden sein, was ein Indiz für Leben sein kann. Allerdings könnte das Methan auch vulkanischen Ursprungs sein, es wurden aber bis jetzt keine Hinweise dafür gefunden. Auch in den Atmosphären des Titans, des Jupiters, des Saturns, des Uranus, des Plutos und des Neptuns gibt es Methanvorkommen. Im Weltall ist Methan also in größeren Mengen auf Planeten, Kometen sowie Monden (zum Beispiel dem Saturnmond Titan) vorhanden.

Herstellung

Für die Herstellung aus Aluminiumcarbid gibt es zwei Methoden, sie werden allerdings meist nur im Labor eingesetzt. Die Synthese aus Kohlenmonoxid hat eine besondere Wichtigkeit, da das giftige Kohlenmonoxid, das eigentlich unerwünscht/unbrauchbar ist, sinnvoll genutzt werden kann, lediglich die Quelle des Wasserstoffs stellt bei dieser Synthese ein Problem dar.
- \mathrm :Aluminiumcarbid reagiert mit Wasser zu Aluminiumhydroxid und Methan
- \mathrm :Aluminiumcarbid reagiert mit Salzsäure zu Aluminumchlorid und Methan
- \mathrm :Natriumacetat wird zusammen mit Natriumhydroxid erhitzt, es entsteht Natriumcarbonat und Methan.
- \mathrm :Kohlenmonoxid reagiert mit Wasserstoff zu Methan und Wasser

Umgang, Gefahren und Sicherheit

Zwischen einem Luftvolumenanteil von 5 bis 15 Prozent bildet es explosive Gemische. Durch unbemerktes Ausströmen von Erdgas kommt es immer wieder zu folgeschweren Gasexplosionen. Auch die gefürchteten Grubengasexplosionen in Kohlebergwerken (Schlagwetter) sind auf Methan-Luft-Gemische zurückzuführen. Methan ist brennbar, der Flammpunkt liegt bei -188 °C, die Zündtemperatur bei 600 °C. Methan ist hochentzündlich, Methanbehälter sollen an gut belüfteten Orten aufbewahrt werden, es sollte von Zündquellen ferngehalten werden und es sollten Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung getroffen werden. Methan wird unter hohen Drücken und meist bei tiefen Temperaturen (um die Dichte zu erhöhen) aufbewahrt, in Gasflaschen bei 150 bar, in Tankerschiffen bei etwa -160 °C. Methan wird bei tiefen Temperaturen flüssig gelagert, die Dichte kann so enorm erhöht werden, deswegen kann es beim Austritt des gekühlten Methans leicht zu Erfrierungen kommen. Methan ist ungiftig, die Aufnahme von Methan kann zu erhöhten Atem- (Hyperventilation) und Herzfrequenzen führen, es kann kurzzeitig zu niedrigem Blutdruck, Taubheit in den Extremitäten, Schläfrigkeit, mentaler Verwirrung und Gedächtnisverlust, alles hervorgerufen durch Sauerstoffmangel, führen. Methan führt aber nicht zu bleibenden Schäden. Wenn die Symptome auftreten, sollte das betroffene Areal verlassen werden und tief eingeatmet werden, sollten darauf die Symptome nicht verschwinden, sollte die betroffene Person in ein Krankenhaus gebracht werden.

Verwendung

Heute wird die bakterielle Zersetzung organischer Verbindungen zunehmend wirtschaftlich genutzt, indem man aus Mist und Gülle, Klärschlamm oder organischem Müll Biogas gewinnt. Das Biogas und die weiteren Methangasgemische werden zur Wärmegewinnung und Energiegewinnung genutzt. Methan ist ein wichtiges Ausgangsprodukt für technische Synthesen zu Methanol, Ethin, Blausäure, Schwefelkohlenstoff und Methanhalogeniden.

Reaktionen

Reaktionen mit Sauerstoff

Mit Sauerstoff geht Methan unterschiedliche Reaktionen ein, je nachdem wie viel Sauerstoff für die Reaktion zur Verfügung steht. Nur bei genügend großem Sauerstoffangebot ist eine vollständige Verbrennung des Methans mit optimaler Energieausbeute möglich, da sonst unerwünschte Nebenprodukte wie Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoff (Ruß) entstehen und die Nutzenergie geringer ausfällt.
- \mathrm
- \mathrm
- \mathrm

Weitere Reaktionen

Methan geht außer mit Sauerstoff noch vielfältige weitere Reaktionen ein. Viele davon sind sehr wichtig für die chemische Industrie, da die Entstehungsprodukte von großer technischer Bedeutung sind.
- \mathrm :Methan reagiert mit Schwefel bei 700 °C und unter Aluminiumoxidkatalysator zu Kohlenstoffsulfid und Schwefelwasserstoff.
- \mathrm :Methan reagiert mit Ammoniak und Sauerstoff an einem Platinkatalysator zu Blausäure und Wasser.
- \mathrm :Methan reagiert mit Halogenen zu Methanhalogeniden und Halogenwasserstoffen. Hier am Beispiel von Chlor.
- \mathrm :Methan reagiert bei 1400 °C und Wasserdampf zu Ethin und Wasserstoff.
- \mathrm :Methan reagiert mit Wasser zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff.

Biologie, Geologie und Klimatalogie

Wasserstoff Methan ist ein wichtiges Treibhausgas. Das Erwärmungspotential von Methan ist 32-mal höher als das von Kohlendioxid. Die zunehmende Rindtierhaltung und der häufige Reisanbau führt zu einer Verstärkung des Treibhauseffektes. Die Methanbildner sind für die ständige Neubildung von Methan hauptverantwortlich. Eine Kuh stößt täglich etwa 150-250 l Methan aus, weil im Rindermagen Methanbildner bei der Zersetzung von Cellulose helfen. Methan war neben Ammoniak und Wasserdampf ein wichtiger Bestandteil der Uratmosphäre. Hierbei soll es nach Stanley Miller eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Erdatmosphäre gespielt haben. In einem Versuch setzte er diese Gase eine Woche lang elektrischen Entladungen aus, wobei zahlreiche organische Verbindungen, unter anderem Aminosäuren, entstanden. Es existieren allerdings auch alternative Theorien.

Literatur

Bücher


- Reichelt Pfeifer: H2O & Co Organische Chemie. Oldenburg, München 2003, ISBN 3-486-16032-X (Extrakapitel über Methan und Informationen auch zu den anderen Alkanen)
- Christian Felske: Minimierung von Restgasemissionen aus Siedlungsabfalldeponien durch Methanoxidation in Deponieabdeckschichten, ISBN 3-8322-2168-9
- Christiane Werth: Zur Methanaktivierung in Salzschmelzen, ISBN 3-8322-2597-8

Weblinks


- [http://www.astronews.com/news/artikel/2004/03/0403-021.shtml Methan in der Atmosphäre des Mars]
- [http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Chemie/ch_methan.htm Eigenschaften, Herstellung und Vorkommen]
- [http://www.sonnenseite.oekoserve.net/fp/archiv/RUBwerkstoffmaterialsubstanz/Methan.php Entstehung, Vorkommen und klimatische Bedeutung]
- [http://ull.chemistry.uakron.edu/erd/chemicals/7/6745.html Englischsprachige Sicherheitsinformationen]

Siehe auch


- Treibhausgas
- Klimawandel Kategorie:Chemische Verbindung Kategorie:Alkan Kategorie:Gas Kategorie:Klimatologie ja:メタン

Sumpfgas

Faulgas ist ein Gemisch von zumeist brennbaren Gasen, das bei der anaeroben Gärung (biologische Zersetzung unter Abwesenheit von Sauerstoff) kohlenwasserstoffhaltiger biologischer Substanzen durch Bakterien entsteht. Der häufigste brennbare Bestandteil des Gasgemischs ist Methan (Summenformel: CH4). Für den stechenden Geruch sorgt neben anderen Gasen hauptsächlich Schwefelwasserstoff (Summenformel: H2S). In der Natur entsteht Faulgas vor allem in Sümpfen und anderen stehenden Gewässern unter Sauerstoffabschluss, da für die anaeroben Methanbildner, die so genannten "Urbakterien" (Archaeen), Sauerstoff ein tödliches Gift ist. Aufgrund dieser Entstehung wird es auch Sumpfgas genannt. Faulgas wird jedoch nicht nur in Gewässern, sondern auch im Darm von Tieren und im Pansen von Wiederkäuern (prominentes Beispiel sind Rinder) von Archaeen erzeugt, wo sie neben der Methanproduktion zur Verdauung der Nahrung eine wichtige Rolle spielen. Wenn Topfpflanzen ständig in Wasser stehen, kann es ebenfalls zu Faulgasbildung kommen. Da der Hauptbestandteil von Faulgas das für den Treibhauseffekt mitverantwortliche Gas Methan ist, wurden umfangreiche Untersuchungen zum anthropogenen (menschengemachten) Methananteil des Hauptproduzenten Landwirtschaft gemacht, woraus sich ergab, dass Reisfelder, Rinder und Gülle die Hauptquellen für anthropogenes Methan sind. In technischen Einrichtungen entsteht Faulgas beim Ausfaulen der Klärschlämme von Kläranlagen, in Mülldeponien und in Biogasanlagen (daher auch die Bezeichnungen Klärgas, Deponiegas beziehungsweise Biogas). Das Vergären biologischer Substanzen in Kläranlagen und Biogasanlagen ist ökonomisch und ökologisch interessant, da das Methan (welches übrigens auch der Hauptbestandteil von Erdgas ist) ein hochwertiger Brennstoff ist und zum anderen die klimaschädlichen Gase Methan und Lachgas (entsteht beim Abbau stickstoffhaltiger biologischer Stoffe wie Gülle) nicht in die Umwelt entweichen und die Reste der Vergärung wesentlich unproblematischer für Böden und Gewässer sind als die ursprünglichen landwirtschaftlichen Abfälle (Überdüngung durch Nitrat, ein Abbauprodukt des in landwirtschaftlichen Abfällen wie Gülle enthaltenen Ammoniums). Faulgase sind wahrscheinlich auch ein Auslöser für Irrlichter. Kategorie:Sekundärrohstoff Kategorie:Biomasse Kategorie:Gas

Alkan

Alkan bezeichnet
- eine beliebige chemische Verbindung aus der Gruppe der Alkane in der organischen Chemie
- den französischen Komponisten Charles-Valentin Alkan
- den deutschen Komponisten Siegfried Alkan

Kohlenwasserstoff

Die Kohlenwasserstoffe (CxHy) sind eine Stoffgruppe von Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Die Stoffgruppe ist recht vielfältig, es gibt mehrere Untergruppen und sehr viele Verbindungen dieser Klasse, dennoch ist es die einfachste Stoffgruppe der organischen Chemie. Die Kohlenwasserstoffe haben, vor allem als fossile Brennstoffe, aber auch in vielen weiteren Bereichen, wie der organischen Synthese, eine große technische Bedeutung. Das Methan, ein Alkan, ist der einfachste Vertreter der Kohlenwasserstoffe.

Systematik

Man unterscheidet bei den Kohlenwasserstoffen mehrere Untergruppen, vor allem zwischen kettenförmigen und cyclischen (bzw. aliphatischen und aromatischen) sowie gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Zu den gesättigten Kohlenwasserstoffen gehören die Alkane und Cycloalkane, alle anderen sind ungesättigt und durch eine Mehrfachbindung zwischen Kohlenstoffatomen reaktionsfreudiger. Die Stoffgruppe der Terpene ist im Gegensatz zu den anderen Gruppen keine reine Kohlenwasserstoffgruppe, ihr gehören zwar Kohlenwasserstoffe an, aber auch viele Verbindungenen aus anderen Stoffgruppen. Die Polyene können sowohl kettenförmig, wie zum Beispiel Butadien, als auch cyclisch, wie zum Beispiel Cyclopentadien, sein, sie sind eine Untergruppe der Alkene, sie besitzen mehr als eine Kohlenstoffdoppelbindung. Viele dieser Gruppen wie zum Beispiel die Alkane, Alkene und Alkine bilden homologe Reihen mit einer allgemeinen Summenformel. Die Arene sind eine Stoffgruppe von aromatischen Kohlenwasserstoffen, die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe sind eine Untergruppe der Arene.

Verbindungen

Die wichtigsten Alkane sind das Methan und das Ethan, sie finden sich auch im Weltraum, bei den Alkenen das Ethen, das wichtigste Cycloalken ist das Cyclohexen, bei den Alkinen ist die wichtigste Verbindung Ethin. Das wichigste Cycloalkan ist das Cyclohexan, welches im Erdöl vorkommt. Wichtige Polyene sind das Butadien, Isopren und Cyclopentadien. Wichtige Arene gibt es sehr viele, Benzol, Toluol, Xylol und Styrol sind nur einige. Die einfachsten polycyclischen aromatischen Kohlenwassserstoffe (PAK) sind Biphenyl, Naphthalin und Anthracen. Eine Liste der Kohlenwasserstoffe gibt es hier.

Eigenschaften

Bei der optimalen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht Wasser und Kohlendioxid, bei unzureichender Verbrennung kann auch Kohlenmonoxid und Kohlenstoffruß entstehen und der Energiegewinn wäre wesentlich geringer, deswegen ist eine optimale Verbrennung der Kohlenwasserstoffe wichtig. Verbrennt ein Kohlenwasserstoff mit rußender Flamme, kann dies auch ein Anzeichen für einen höheren Kohlenstoffanteil in der Verbindung sein. Ein häufig bei den Kohlenwasserstoffen auftretendes Phänomen ist die Isomerie - Verbindungen mit der gleichen Summenformel aber unterschiedlichem Aufbau - dieses Phänomen tritt zuerst bei dem Butan ein und setzt sich bei allen höheren Alkanen und den meisten anderen Kohlenwasserstoffen fort, eine besondere Isomerie, die cis-trans-Isomerie tritt bei den Alkenen auf. In Wasser sind die Kohlenwasserstoffe unlöslich, in den meisten organischen Lösungsmitteln jedoch gut löslich.

Vorkommen und Entstehung

Die Kohlenwasserstoffe sind in der Natur im Erdöl, Erdgas, Steinkohle (bzw. Steinkohlenteer) und weiteren fossilen Stoffen in größeren Mengen enthalten. Es gibt drei Theorien zur Entstehung der Kohlenwasserstoffe: die biogenetische Theorie, die abiogenetische Theorie und einer neusten Theorie nach entstehen Kohlenwasserstoffe bei radioaktiven Prozessen im Erdmantel. Die Kohlenwasserstoffe kommen nie in reiner Form, sondern immer nur in Gemischen vor und müssen aus diesen durch chemische oder physikalische Methoden gewonnen werden. Sogar im Weltall sind die Kohlenwasserstoffe, meist im Form von Methan und Ethan, auf Kometen, Planetenamtmosphären und in interstellarer Materie zu finden. Methan war schon Bestandteil der Ursuppe. Die Kohlenwasserstoffvorkommen entstanden aus Meerestieren, die starben, absanken und auf dem Meeresboden von Sedimenten bedeckt wurden. Durch Absinken der Sedimente wurden diese organischen Materialien hohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen wandelten sie sich in Erdöl oder Steinkohle um. Teilweise entstand unter ähnlichen Bedingungen Erdgas. Erdölhaltige Sedimente, die nicht den Drücken und Temperaturen ausgesetzt waren, werden als Erdölsande bezeichnet. Erdöl ist ortsabhängig unterschiedlich zusammengesetzt.

Verwendung

Alkane werden häufig als fossiler Energieträger in Gemischen wie Biogas, Flüssiggas, Benzin, Dieselöl und vielem weiterem verwendet. Die Kohlenwasserstoffe dienen weiterhin als Ausgangsstoff für eine Vielzahl von industriell bedeutenden chemischen Synthesevorgängen, zum Beispiel für die Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Wichtig sind auch die Polymerisationsprodukte der Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyethin, viele Copolymere so wie die halogenierten Kohlenwasserstoffpolymere wie Polyvinylchlorid und Polytetrafluorethylen.

Literatur


- Reinhart Schweisfurth:Angewandte Mikrobiologie der Kohlenwasserstoffe in Industrie und Umwelt. ISBN 3816900348
- Silke Wolff:Untersuchung reaktiver Zwischenstufen der Ozonolyse ungesättigter Kohlenwasserstoffe in der Gasphase. Shaker Verlag (1998), ISBN 3826538390
- Andreas Raichle:Herstellung von synthetischem Steamcracker-Einsatz durch hydrierende Umsetzung cyclischer Kohlenwasserstoffe an Zeolithkatalysatoren. Shaker Verlag GmbH, ISBN 3832211098
- Karl Hölemann:Totaloxidation flüchtiger Kohlenwasserstoffe an katalytisch beschichteten Mikrofasergestricken. Shaker Verlag GmbH (2000), ISBN 3826572556

Weblinks


- [http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/facharbeit/ Ausgewählte Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff-Derivate visuell und experimentell aufgearbeitet (mit 3-D-Modellen)] ! Kategorie:Stoffgruppe ja:炭化水素 ms:Hidrokarbon

Summenformel

In der Chemie dient eine Summenformel dazu, die summarische Zusammensetzung eines Moleküls aus den Atomen anzugeben. Dabei steht die Anzahl der Atome als Index immer rechts unterhalb der Atombezeichnung. Eine „1“ wird dabei nicht angeschrieben. Beispiele:
- H2O, Wasser, besteht aus zwei Wasserstoff-Atomen (H) und einem Sauerstoff-Atom (O),
- H2SO4, Schwefelsäure, besteht aus zwei Wasserstoff-Atomen, einem Schwefel-Atom (S) und 4 Sauerstoff-Atomen. Die Summenformel sagt nichts über die Struktur eines Moleküls aus, dazu wird die Strukturformel verwendet. Bei einfachen Molekülen reicht die Summenformel jedoch für eine eindeutige Beschreibung des Moleküls aus. Siehe auch: Verhältnisformel Kategorie:Werkzeug der Chemie als:Summenformel ja:化学式

Erdgas

Erdgas ist ein brennbares Naturgas, das in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Häufig tritt es zusammen mit Erdöl auf, da es auf ähnliche Weise entsteht. Erdgase unterscheiden sich örtlich in ihrer Zusammensetzung, Hauptbestandteil ist aber immer Methan.

Zusammensetzung und Verarbeitung

Erdgas ist kein Stoff oder chemisches Element, sondern ein Gemisch von Gasen. Die chemische Zusammensetzung schwankt je nach Fundstätte beträchtlich. Der Hauptbestandteil ist immer Methan. Häufig enthält Erdgas auch größere Anteile höherer Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan, Butan und Ethen, dieses Erdgas wird nasses Erdgas genannt (dies hat nichts mit dem meist auch vorhandenen Wasserdampfanteil zu tun, sondern beschreibt allgemein den Anteil an leichter kondensierbaren Gasen). Ein weiterer Nebenbestandteil ist Schwefelwasserstoff, der durch Entschwefelung des Erdgases entfernt wird, und bis zu neun Prozent Kohlendioxid. Da letzteres für die Energiegewinnung wertlos ist, wird es in die Luft abgegeben. Das können für eine Bohrinsel bis zu 28.000 Tonnen pro Tag sein. Von großem Wert sind Erdgase, die bis zu sieben Prozent Helium enthalten. Diese sind die Hauptquelle der Heliumgewinnung.

Entstehung

Erdgas entsteht auf ähnliche Art wie Erdöl und wird daher auch oft mit diesem zusammen gefunden. Es bildet sich unter Luftabschluß und hohen Drücken aus abgestorbenen und abgesunkenen Kleinstlebewesen (Mikroorganismen, Algen, Plankton). Diese sind auf den Grund der damaligen Ozeane abgesunken und anschließend von undurchlässigen Schichten überdeckt wurden. Der dann einsetzende chemische Prozess hat unser heutiges Erdgas gebildet. Ein Großteil des heute verfügbaren Erdgases ist vor 15 bis 600 Millionen Jahren entstanden.

Eigenschaften

Erdgas ist ein ungiftiges, brennbares, farb- und in der Regel geruchloses Gas mit einer Zündtemperatur von rund 600°C. Es ist zudem leichter als Luft und 1 m³ Erdgas benötigt zur Verbrennung rund 10 m³ Luft. Um eventuell austretendes Erdgas orten zu können, wird es mit einem Duftstoff (meist geringe Mengen Ethanthiol) versehen, der für den klassischen Gasgeruch verantwortlich ist - dieser Vorgang wird Odorierung genannt. Je nach Herkunft des Erdgases kann sich darin ein erheblicher Anteil an organischen Schwefelverbindungen befinden, die eine Beseitigung dieser äußerst intensiv riechenden Erdgasbegleiter notwendig machen. Man unterscheidet die Erdgasqualitäten L (low) und H (high). Erdgas H hat einen höheren Methangehalt (87 bis 99 Vol. %), während Erdgas L bei Methananteilen von 80 bis 87 Vol. % größere Mengen an Stickstoff und Kohlendioxid enthält.
- Energiedichte (Erdgas L - Erdgas H)
  - Brennwert Hs Masse : 10 - 14 kWh/kg = 36 - 50 MJ/kg
  - Brennwert Hs Volumen: 8,2 - 11,1 kWh/m³ = 30 - 40 MJ/m³
  - Der Heizwert Hu liegt jeweils etwa 10 % unter diesen Werten.
- Dichte \varrho = 0,800 - 0,820 kg/m³
- Siedepunkt = -161°C.

Transport

Erdgas kann durch technische Verfahren auch in andere Aggregatzustände versetzt werden, die einen Transport ohne Pipelines ermöglichen. Gemein ist allen Verfahren eine Verringerung des Volumens, wodurch sie sich unter anderem auch besser als Ersatz für Kraftstoff aus Mineralöl eignen.
- Komprimiertes Erdgas (CNG) (Komprimierung, Druckbehälter)
- Flüssigerdgas (LNG) (Gasverflüssigung durch Kompression und/oder Kühlung)
- Gas-to-Liquids (Umwandlung in flüssige Kohlenwasserstoffe) In Europa gibt es die:
- Erdgastrasse Urengoi - Uschhorod
- Transeuropäische Naturgas-Pipeline.

Trocknung von Erdgas mittels Molekularsieb

Damit Erdgas komprimiert und damit für den Transport "reisefertig" gemacht werden kann, muss dem Gas die darin enthaltene Feuchtigkeit entzogen werden. Würde dies nicht geschehen, würden diese Restmenen an Wasser im Gas bei der Verdichtung gefrieren, was ein Verladen und Transportieren in Pipelines oder Schiffscontainern unmöglich machen würde. Der Trocknungsprozess von Gasen erfolgt in der Regel in verschiedenen Stufen: Stufe 1: Vortrocknung durch Wärmetauscher oder andere Arten von Wasserabscheidern. Dadurch wird das Gas gekühlt es werden bereits grosse Mengen an Wasser entzogen. Der Restwassergehalt im Gas ist nach diesem Prozess allerdings noch zu hoch um es genügend komprimieren und damit verflüssigen zu können. Stufe 2: Nachdem Stufe 1 durchgeführt worden ist, gelangt das Gas in sogenannte Adsorberkessel. Dies sind mindestens zwei Tanks welche mit Molekuarsieb gefüllt sind. Das Gas wird nun durch Adsorber Nr.1 gepresst. Der restliche Wasseranteile wird nun vom Molekularsieb (in der Regel ein 4A) aufgenommen (adsorbiert) und zwar in einem solchen Ausmass, dass beim Gasaustritt ein Taupunkt von bis zu -110°C erreicht wird. Dieser Adsorptionsprozess kann bis zu 12 Stunden oder mehr dauern. Danach wird der Gasstrom auf Adsorber Nr. 2 umgeleitet, und Adsorber Nr. 1 geht in die Regenerationsphase. Bei der Regenerieren wird sehr trockene, heisse Luft oder Stickstoff mit einer Temperatur von ca. 300°C von der Gegenseite her durch den Kessel gepresst und damit die vom Molekularsieb zurückgehaltenen Wassermoleküle herausgelöst und aus dem Kessel befördert. Danach erfolgt die Kühlung des Bettes über mehrere Stunden bevor der Adsorptionsprozess von Kessel Nr 2 wieder auf Kessel Nr. 1 umgeschaltet wird. Eine solche Adsorptions- und Regenerationsphase nennt man Zyklus.

Weltproduktion von Erdgas

Molekuarsieb Die Netto-Weltförderung von Erdgas (Naturgas) einschließlich Erdölgas, abzüglich zurückgepresstes und abgefackeltes Gas und abzüglich Eigenverbrauch betrug im Jahr 2004 rund 2.689 Milliarden m³, davon waren Russland mit 22 % und die USA mit 20 % Weltanteil die Hauptförderländer. Russland förderte 2004 589,1 Milliarden m³, die USA 542,9 Milliarden m³ Erdgas. Weitere bedeutende Förderstaaten sind Kanada (182,8 Mrd. m³), Großbritannien (95,9 Mrd. m³), Algerien (82,0 Mrd m³), Indonesien, Niederlande, Norwegen, Usbekistan, Iran, Argentinien, Mexiko, Saudi-Arabien, Vereinigte Arabische Emirate und Malaysia. Deutschland förderte 17,2 Milliarden m³, Österreich 2,0 Milliarden m³. Damit deckt Erdgas etwa 24 % des weltweiten Energieverbrauchs. Da das Erdgas in der Regel unter hohem Druck steht, fördert es sich sozusagen von selbst, sobald das Reservoir einmal geöffnet ist. Die nachgewiesenen Welterdgasreserven beliefen sich 2004 auf 179.530 Milliarden m³. Diese Erdgasreserven sollten nach Hochrechnungen aus dem Jahr 2004 noch knapp 67 Jahre reichen. Dabei sind diese geschätzt wie folgt verteilt: Naher Osten 72.830 Milliarden m³, Europa und GUS-Staaten 64.020 Milliarden m³, Asien und Australien 14.210 Milliarden m³, Afrika 14.060 Milliarden m³, Nordamerika 7.320 Milliarden m³ und Südamerika 7.100 Milliarden m³. Bedeutende Importländer von Erdgas sind Russland, USA, Deutschland, Japan, die Ukraine, Italien, Frankreich und Weißrussland.

Versorgung in Deutschland

In den 1980er und 1990er Jahren wurde die Gasversorgung der meisten deutschen Städte von Stadtgas auf Erdgas umgestellt. Dies war ohne größere Umbauten möglich. In Deutschland betrug der Erdgas-Anteil am Gesamtenergieverbrauch etwa 22,5%. Im Jahre 2003 wurden etwa 53 % aller Privathaushalte mit Erdgas beheizt. Für Deutschland sind die wichtigsten Lieferländer: Russland 32%; Norwegen 26%; Niederlande 19%. Zur Spitzendeckung, zum Ausgleich kurzfristiger Importstörungen und Bedarfschwankungen werden in Deutschland ca. 18,6 Milliarden Kubikmeter Erdgas in Untergrundspeichern gelagert. Die Verwendung von Erdgas unterliegt in Deutschland einer Erdgassteuer, deren Normalsatz zur Zeit bei 5,50 € je Megawattstunde liegt. Bei der Preisbildung für Erdgas spielt in Deutschland die Ölpreisbindung eine große Rolle.

Einsatz im Kraftwerk

Eine wichtige Anwendung für Erdgas ist sein Einsatz im Gaskraftwerk. Diese Anlagen werden in Deutschland in erster Linie zur Deckung von Spitzenlast verwendet, da die dort genutzten Gasturbinen eine hohe Schnellstartfähigkeit besitzen und daher als Betriebsreserve für die weniger schnell ersetzbaren Dampfkraftwerke dienen. Im GuD-Kraftwerk und im Kombikraftwerk dient Erdgas zum Antrieb von Turbinen, die im Grundlastbereich arbeiten.

Erdgas als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge

Grundlast Erdgas wird seit einigen Jahren auch verstärkt als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet. Entweder als CNG Compressed Natural Gas (komprimiertes Erdgas) oder LNG Liquefied Natural Gas (Flüssigerdgas). An Tankstellen ist Erdgas als H-Gas (High Gas) und/oder L-Gas (Low Gas) erhältlich, wobei das H-Gas einen etwas höheren Energiegehalt als das L-Gas hat. (Siehe Daten) Der Energiegehalt von 1 kg Erdgas (H-Gas) entspricht etwa 1,5 Liter Benzin beziehungsweise 1,33 Liter Diesel. Im Januar 2005 waren 28.200 mit Erdgas betriebene Fahrzeuge in Deutschland zugelassen, Tendenz steigend. Im November 2005 gab es in Deutschland bereits 639 Erdgastankstellen. Bis 2007 sollen über 1.000 Tankstellen Erdgas als Kraftstoff anbieten. Alternativ kann auch bei CNG-Fahrzeugen Biogas getankt werden. Der Vorteil von Erdgas liegt in der Steuerbegünstigung. Die deutsche Bundesregierung senkte mit dem "Gesetz zur Fortentwicklung der ökologischen Steuerreform" aus dem Jahre 2002 für alle Fahrzeuge im öffentlichen Strassenverkehr den Mineralöl-Steuersatz auf Erdgas bis zum 31. Dezember 2020 und für Flüssiggas bis zum 31. Dezember 2009. Dadurch reduziert sich der Preis für Erdgas auf z. Zt. rund 40 Cent im Vergleich zu einem Liter bleifreiem Benzin. Die Automobilindustrie bietet serienmäßige Erdgas-Modelle seit 1995 an. Marktführer in Deutschland ist 2004 die Adam Opel AG. Jedoch ist nicht jedes Modell als Erdgasfahrzeug erhältlich. Eine Nachrüstung von Benzinfahrzeugen ist relativ aufwändig, der Umbau kostet zwischen 2000 - 4000 Euro. Bei den meisten serienmäßigen Fahrzeugen sind die Tanks bereits unterflur angeordnet, wodurch keine Einschränkungen in der Nutzung des Kofferraums bestehen. Erdgastankstellen entnehmen das Gas dem Erdgasnetz und komprimieren es auf einen Druck von 200 bar. Durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes entfällt der Aufbau eines aufwändigen Transport- und Verteilnetzes. Es gibt zahlreiche lokale Verkehrsunternehmen im ÖPNV, die ihre Omnibusse mit Erdgas betreiben, aber auch Taxi-Unternehmen und Logistikunternehmen wie TNT. Neben Erdgas ist auch - mit passender Fahrzeugausrüstung - Flüssiggas als Kraftstoff in Anwendung.

Gasfelder

Große Gasfelder sind das Nord-Feld in Katar und das Gasfeld Urengoi in Russland.

Siehe auch


- Erdgas/Tabellen_und_Grafiken Kategorie:Geologie Kategorie:Gas ja:天然ガス ms:Gas asli simple:Natural gas

Biogas

Biogas ist ein Gemisch aus den Hauptkomponenten Methan, Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff. Es entsteht bei der anaeroben (sauerstofffreien) Vergärung von organischem Material. Als Ausgangsstoffe für die technische Produktion von Biogas eignen sich:
- vergärbare, biomasse

haltige Reststoffe wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste,
- Wirtschaftsdünger (Gülle, Mist),
- gezielt angebaute Energiepflanzen, auch NAWAROS (NAchWAchsendeROhStoffe) genannt. Dabei stellt die Landwirtschaft mit den beiden letztgenannten Möglichkeiten das größte Potenzial für die Produktion von Biogas. Je nach Herkunft kann man auch nach Klärgas (aus Kläranlagen), Deponiegas (aus Deponien) und Biogas (aus Biogasanlagen) unterscheiden. Im Falle der unkontrollierten Entstehung durch natürliche Prozesse und der ungenutzten Entweichung in die Atmosphäre - aus Gewässern, Mist, Reisfeldern und tierischen Quellen wie dem Pansen von Wiederkäuern - nennt man das Gas im allgemeinen Faulgas oder Sumpfgas. Biogas enthält stets auch unerwünschte Bestandteile wie Schwefelwasserstoff, der ihm vor der technischen Nutzung entzogen wird. Biogas wird als Brennstoff für Blockheizkraftwerke zur Stromerzeugung oder zu Heizungs

zwecken genutzt. In der Entwicklung ist derzeit die Aufbereitung auf Erdgas

qualität, um Biogas ins Gasnetz einzuspeisen bzw. in Erdgasfahrzeugen als Treibstoff zu nutzen.

Biogas aus Energiepflanzen

Analog zur Verwendung von Holz in Biomasseheizkraftwerken werden vermehrt Pflanzen gezielt zur Vergärung in Biogasanlagen, d.h. zur Produktion von Biogas angebaut. Dies können im Prinzip alle ackerbaulich genutzten Früchte oder Gras sein. Aktuell (2004) ist die Nutzung von Mais, Getreide (Acker) und Gras (Wiese) am weitesten verbreitet. Zur Abschätzung der Nutzung für die Stromproduktion: :1 ha Mais = ca. 2 kW elektr. Dauerleistung :1 ha Getreide = ca. 1,5 kW :1 ha Gras = ca. 1 kW :Gülle von 1 Kuh = ca. 0,15 kW Beispiel: Mit der Gülle von 4 Kühen bzw. von 32 Schweinen oder mit dem Ertrag von 6.000 Quadratmeter Silomaisfläche könnte man genügend Biogas herstellen, um einen Vier-Personen-Haushalt ein Jahr lang mit Strom zu versorgen.

Biogaserzeugung

Die Biogaserzeugung findet in einer Biogasanlage statt. In dem gesteuerten Prozess der Biogasentstehung sind verschiedenste Arten von anaeroben Mikroorganismen beteiligt, deren Mengenverhältnis zueinander durch Ausgangsstoffe der Gärung, pH-Wert, Temperatur- und Gärungsverlauf beeinflusst wird. Aufgrund der Anpassungsfähigkeit dieser Mikroorganismen an die Prozessbedingungen können nahezu alle organischen Substanzen durch Gärung abgebaut werden. Lediglich höhere Holzanteile können durch das mikrobiologisch schwer zersetzbare Lignin schlecht verwertet werden. Voraussetzung für eine erfolgreiche Methanbildung ist ein hoher Wasseranteil im Ausgangssubstrat von mindestens 50 %. Man unterscheidet nach dem heutigen Erkenntnisstand vier parallel bzw. nacheinander ablaufende und ineinandergreifende biochemische Einzelprozesse, die den anaeroben Abbau biogener Substanzen ermöglichen: # Während der Hydrolyse werden die Biopolymere in monomere Grundbausteine oder andere lösliche Abbauprodukte zerlegt. Hierbei kann festgestellt werden, dass Fette in Fettsäuren, Kohlenhydrate, wie z.B. Polysaccharide in Mono- oder Oligosaccharide und Proteine, wie Eiweiße in Peptide bzw. Aminosäuren zerlegt werden. Diese Reaktion wird durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen katalysiert, wobei diese durch Ausschüttung von Exoenzymen die Hydrolyse der Edukte vollziehen. Dieser Reaktionsschritt ist aufgrund der Komplexität des Ausgangsmaterials der Geschwindigkeitsbestimmende. # Im Rahmen der Acidogenese (allgemeinsprachlich auch als Fermentation bezeichnet) - die zeitgleich zur Hydrolyse stattfindet - werden die monomeren Interdukte einerseits in niedere Fett-/Karbonsäuren, wie z.B. Butter-, Propion- und Essigsäure, andererseits in niedere Alkohole, wie z.B. Ethanol, umgesetzt. Bei diesem Umsetzungsschritt verzeichnen die fakultativ anaeroben Mikroorganismen erstmals einen Energiegewinn. Bei dieser Umsetzung werden bereits bis zu 20 % des Gesamtanteils an Essigsäure gebildet. # Während der Acetogenese werden die niederen Fett- und Karbonsäuren sowie die niederen Alkohole durch acetogene Mikroorganismen primär zu Essigsäure, bzw. dessen gelöstem Salz, dem Acetat umgesetzt. # In der letzten, obligat anaerob ablaufenden Phase - der Methanogenese - wird die Essigsäure durch entsprechend acetoclastische Methanbildner in Methan und Kohlenstoffdioxid sowie Wasserstoff umgewandelt. Zurück bleibt ein Gemisch aus schwer abbaubarem organischen Material beispielsweise Lignin und anorganischen Stoffen wie zum Beispiel Sand oder andere Mineralien. Der mikrobiologische Prozess der Biogaserzeugung, die Vergärung, läuft bis heute noch als sogenannter "Black Box"-Betrieb ab, was heißt, man kennt zwar, was in den Reaktor hinein- und was herauskommt, der mikrobiologische Prozess dazwischen ist aber weitgehend noch nicht wissenschaftlich erforscht. So ist es schwierig, Steuerungsparameter für eine geregelten und auf maximale Methanausbeute ausgelegten Ablauf zu finden - meist beruhen diese auf längerer Praxiserfahrung, das Zusammenspiel der Mikroorganismen ist aber nur unzureichend bekannt. Forschungsprojekte zur Erklärung des genauen Ablaufs und der Charakterisierung der mikrobiologischen Populationen bzw. Gemeinschaften werden aber bald Aufschluss über den genauen Verlauf geben können. Zur Aufrechterhaltung des Gärprozesses wird etwa die Hälfte der Abwärme aus der Stromproduktion mit Biogas benötigt. Die verbleibende Wärme kann für andere Heizzwecke verwendet werden. Für den Gesamtwirkungsgrad einer solchen Anlage ist daher die optimale Nutzung der Abwärme und eine Temperaturregelung im Gärprozess entscheidend.

Zusammensetzung von Biogas

Die in der Literatur zu findenden Angaben zur Zusammensetzung von Biogas schwanken stark. Generell gilt, dass die Gaszusammensetzung von diversen Parametern, wie Substratzusammensetzung und Betriebsweise des Fermenters, abhängen. Die folgende Tabelle zeigt Anhaltswerte für die wichtigsten enthaltenen Gase. Wertvoll im Biogas ist das Methan. Je höher dessen Anteil ist, desto energiereicher ist das Gas. Nicht nutzbar sind das Kohlen(stoff)dioxid und der Wasserdampf. Problematisch im Biogas sind vor allem der Schwefelwasserstoff und der Ammoniak

anteil, die vor dem Verbrennungsvorgang entfernt werden müssen, um die Gasmotoren vor diesen chemisch aggressiven Substanzen zu schützen.

Biogas in Deutschland

Biogasanlagen können ihren Anteil als Erneuerbaren Energie am Gesamtstromverbrauch beitragen. So wird beispielsweise das Potential für Biogasanlagen in Niedersachsen auf mindestens 1.500 Anlagen geschätzt, die zusammen mit 2,6 Milliarden kWh mindestens 5 Prozent des Gesamtstromverbrauches in Niedersachsen decken könnte. Aufgrund der Unabhängigkeit von Wind oder Sonneneinstrahlung trägt die Biomasse und damit auch Biogas sinnvoll dazu bei, eine Ergänzung im Energiemix der Erneuerbaren Energieträger einzunehmen.

Siehe auch

Gülle, Zukunftstechnologie

Literatur


- Biogas: Strom aus Gülle und Biomasse. Planung, Technik, Förderung, Rendite. Top agrar, Das Magazin für moderne Landwirtschaft. Landwirtschaftsverlag, o.O. 2000, ISBN 3-7843-3075-4
- Heinz Schulz, Barbara Eder: Biogas-Praxis. Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Beispiele. Ökobuch, o.O. 2005, ISBN 3-922964-59-1 : Das Buch vermittelt die Grundlagen der Biogasentstehung bzw. -erzeugung und behandelt die Anlagentechnik (Behälter, Rührwerke, Gasspeicher) und die zugehörigen Betriebseinrichtungen. Ein eigenes Kapitel ist der Cofermentation organischer Reststoffe (z.B. aus der Lebensmittelverarbeitung) gewidmet, welche die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen verbessern kann. Mit einer Übersicht über Beratungsstellen und einem ausführlichen Lieferantenverzeichnis.
- Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (StMUGV): Biogas Handbuch Bayern. München, 15. November 2004. [http://www.stmugv.bayern.de/de/abfall/index.htm] : Die kostenlose Broschüre (50 Seiten) enthält Grundlagen und Techniken zur Biogasgewinnung sowie Informationen zu Genehmigungsverfahren. Der 500-seitige Materialband kann unter der Web-Adresse [http://www.bayern.de/lfu/abfall/biogashandbuch/index.html] heruntergeladen werden.

Weblinks


- [http://www.bioenergiedorf.infoBioenergiedorf] - Aktionsforschungsprojekt "Das Bioenergiedorf": Ein ganzes Dorf deckt mit Biogas seinen Bedarf an Strom und Wärme...
- [http://www.pfisterhof.de Der Pfisterhof] - Schwarzwaldbauernhof der 95% seines gesamten Energiebedarfs aus seiner eigenen Biogas Anlage deckt.
- [http://www.fnr-server.de/cms35/Biogas.304.0.html www.fnr-server.de] - Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), viel kostenloses Material/Literatur zu Biogas
- [http://www.bine.info/templ_main.php/erneuerbare_energien/biomasse www.bine.info] - Portal zur Energieforschung: Thema Biomasse
- [http://www.biogas.org www.biogas.org] - der Deutsche Fachverband Biogas e.V.
- [http://www.uni-hohenheim.de/i3v/00216810/05174041.htm www.uni-hohenheim.de] - Forschungsprojekte zu Biogas an der Universität Hohenheim
- [http://www.fh-bochum.de/fb3/eglab/solar/energietraeger/biogas.html www.fh-bochum.de] - Wissenswertes zum Thema Biogas von der FH Bochum
- [http://www.seilnacht.tuttlingen.com/referate/biogas01.htm www.seilnacht.tuttlingen.com] - ein Chemie-Referat zum Thema
- [http://www.iset.uni-kassel.de/pls/w3isetdad/www_iset_page.show_menu?p_lang=ger&p_name=7130000 www.iset.de] - FuE Energetische Biomassenutzung des ISET e.V. Kassel
- [http://www.thema-energie.de/category/show_category.cfm?cid=20 www.thema-energie.de] - Wissenskatalog Energie: Biomasse
- [http://bokudok.boku.ac.at/bokudok/research_database.search bokudok.boku.ac.at] - Biogas Forschung und Projekte der Universität für Bodenkultur Wien
- [http://www.bfcnet.info/ www.bfcnet.info] - Forschungsprojekte Biogas und seine Verwendung in Brennstoffzellen
- [http://www.bioenergiedorf.de/ www.bioenergiedorf.de] - Pilotprojekt Bioenergiedorf Jühnde
- [http://www.eti-brandenburg.de/ www.eti-brandenburg.de] - Energie Technologie Initiative B./ Biogas
- [http://www.l-m-f.net/netzwerk-biogas/index.php?id=16Netzwerk Biogas ] - Technologie zur Schaffung und Sicherung von Arbeitsplätzen in Nordthüringen umgesetzt Kategorie:Bioenergie Kategorie:Biomasse

Treibhausgas

Treibhausgase sind gasförmige Stoffe, die zum Treibhauseffekt beitragen und können sowohl einen natürlichen als auch einen anthropogenen Ursprung haben. Die natürlichen Treibhausgase Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) heben die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche um etwa 30°C auf +15°C an. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt hätte die untere Atmosphäre im globalen Mittel nur -18°, was der Verbreitung des Lebens sehr hinderlich (gewesen) wäre.

Wasserdampf, Kohlendioxid und andere Einflüsse

Zum natürlichen Treibhauseffekt trägt der Wasserdampf etwa 70% bei. Er entstammt überwiegend dem Wasserkreislauf (Ozean - Verdunstung - Niederschlag) plus einem kleinen Anteil aus dem Vulkanismus. Kohlendioxid und Methan haben mit etwa 25% (CO2) bzw. etwa 2% (CH4) einen deutlich geringeren Beitrag am natürlichen Treibhauseffekt. Das wichtigste anthropogene Treibhausgas ist das Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Energieträger. Es macht etwa 60% des vom Menschen verursachten Treibhauseffekts aus. Methan, primär aus der Landwirtschaft und Massentierhaltung, trägt rund 20% zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Weitere künstliche Treibhausgase der Luft sind das Distickstoffoxid (Lachgas, N2O, Beitrag etwa 6%), Fluorkohlenwasserstoffe (FKW bzw. H-FKW), Schwefelhexafluorid (SF6) und fluorierte Chlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Doch der Mensch erhöht indirekt auch den Wasserdampfgehalt, weil die anthropogene Erwärmung die Verdunstungsrate steigert. Diese sekundäre Verstärkung ("positive Rückkopplung") wird teilweise durch mehr Wolkenbildung kompensiert. Doch sind diese Effekte erst wenig geklärt, weil der Wasserdampf sehr ungleich über die Erde verteilt ist und die heutigen Computermodelle der Atmosphäre noch nicht fein genug sind. Die komplizierten Gleichungen für Wind, Strömungen, Verdunstungs- und Strahlungsbilanz, Wolken, Chemie, Gebirgseinfluss usw. benötigen riesige Datenmengen. Viele Prozesse sind so kleinräumig, dass die Klimamodelle auch mit Großrechnern nicht zu bewältigen sind.

Fluorierte Treibhausgase

Im Kyoto-Protokoll sind neben den klassischen Treibhausgasen CO2, CH4 und N2O auch fluorierte Treibhausgase (F-Gase) aufgenommen worden, da diese aufgrund ihrer hohen Verweildauer in der Atmosphäre ein hohes Treibhauspotenzial besitzen (s. Abbildung 2). Zu den im Kyoto-Protokoll erfassten fluorierten Treibhausgasen gehören
- Wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoffe (HFC bzw. H-FKW): Kohlenwasserstoffe, deren Moleküle sowohl Fluor- als auch Wasserstoffatome enthalten
- Perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (PFC bzw. FKW): Kohlenwasserstoffe, deren Moleküle keine Wasserstoffatome mehr enthalten (die Wasserstoffatome sind durch Fluoratome substituiert)
- Schwefelhexafluorid, SF6.

Wirkung von Treibhausgasen

Die kurzwellige Sonnenstrahlung wird an der Erdoberfläche zu einem großen Teil reflektiert und als Wärmestrahlung wieder abgestrahlt. Treibhausgase können aufgrund ihrer chemischen Natur in unterschiedlichem Ausmaß die Wärmestrahlung absorbieren und so die Wärme in die Atmosphäre abgeben. Die Treibhauswirksamkeit eines Gases, also wie stark ein Gas die Wärmestrahlung absorbieren und damit entsprechend zum Treibhauseffekt beitragen kann, hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab, der Verweilzeit in der Atmosphäre, dem relativen Treibhauspotential und der Konzentration. Die atmosphärische Verweilzeit ist die Zeit, die ein Stoff im Durchschnitt in der Atmosphäre verbleibt, bevor er durch chemische oder andere Prozesse wieder aus ihr entfernt wird. Je länger die Verweilzeit eines Treibhausgases ist, desto höher ist auch die theoretische Wirkung. Treibhauspotential Das relative Treibhauspotential (global warming potential, GWP) ist eine auf das Kohlendioxid normierte Größe, mit der die Wirkung eines Treibhausgases mit der äquivalenten Menge Kohlendioxid verglichen wird. So hat beispielsweise Methan ein etwa 21 mal stärkeres Treibhauspotential als Kohlendioxid. Allerdings sind diese Äquivalenzfaktoren mit großen Unsicherheiten behaftet (s. Abbildung 1). Die Konzentration eines Treibhausgases in der Atmosphäre bestimmt dessen Beitrag zum Treibhauseffekt. Ein Gas mit hohem GWP-Treibhauspotential, aber niedriger Konzentration kann - in Abhängigkeit von der atmosphärischen Verweilzeit - weniger zum Treibhauseffekt beitragen als ein Gas mit niedrigem relativen Treibhauspotential aber hoher Konzentration. Kohlendioxid hat zwar aufgrund der Normierung nur ein relatives Treibhauspotential von 1, ist aber wegen seiner vergleichsweise hohen Konzentration das derzeit wichtigste Treibhausgas. Hinsichtlich der Treibhauswirkung von Dieselruß vertritt Mark Z. Jacobson, Professor der Stanford Universität, seit 2002 die These [http://www.stanford.edu/group/efmh/fossil/fossil.html], dass die Wirkung von Aerosolen im Allgemeinen und Dieselruß im Besonderen die Effekte von CO2 und CH4 beim Klimwandel übersteigt. Ob diese Effekte eher eine Abkühlung oder eine Erderwärmung fördern, ist aufgrund der komplexen Wirkungszusammenhänge noch umstritten.

Abkommen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen

Die anthropogene Emission von Treibhausgasen verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt. Als mögliche Folge wird nicht nur eine Erwärmung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur der Erde diskutiert, sondern auch ein Klimawandel befürchtet. Im Kyoto-Protokoll wurde daher ein völkerrechtlich verbindliches Abkommen zur Reduzierung des anthropogenen Ausstoßes von wichtigen Treibhausgasen (direkte Treibhausgase) beschlossen. Andere Treibhausgase, die sog. indirekten Treibhausgase, wie z.B. Kohlenmonoxid, CO, Stickoxide, NOx, oder flüchtige Kohlenwasserstoffe ohne Methan, NMVOC, sind im Montreal-Protokoll geregelt, weil sie zur Zerstörung der Ozonschicht beitragen.

Literatur


- P. Fabian: Kohlenstoffdioxid und andere Treibhausgase: Luftverschmutzung und ihre Klimawirksamkeit. Praxis der Naturwissenschaften Chemie 45(2), S. 2 ff. (1996), ISSN 0177-9516
- Anonymus: Treibhausgas-Emissionen nehmen weltweit zu - Keine Umkehr in Sicht. Wochenbericht – Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung 70(39), S. 577 – 587 (2003), ISSN 0012-1304
- Eike Roth: "Globale Umweltprobleme - Ursachen und Lösungsansätze", Friedmann Verlag München 2004, ISBN 3-933431-31-X (gut lesbare Darstellung des Treibhausefektes einschließlich seiner Verursachung und Diskussion der Argumente für und gegen einen anthropogenen Einfluss)

Weblinks


- [http://www.hamburger-bildungsserver.de/welcome.phtml?unten=/klima/klimawandel/kw-5.html Treibhausgase und Aerosole (Hamburger Bildungsserver)]
- [http://www.umweltbundesamt.de/uba-info-daten/daten/treibhauseffekt.htm Informationen vom Umweltbundesamt]
- [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/256392.html www.wissenschaft.de: Das Treibhausgas Kohlendioxid beschleunigt das Wachstum von Nadelbäumen]

Siehe auch

Deutsche Emissionshandelsstelle, Treibhausgas-Emissionshandelsgesetz, Klimawirkung von Dieselruß Kategorie:Umweltschutz Kategorie:Klimatologie ja:温室効果ガス ko:온실가스

Organische Chemie

Die Organische Chemie (auch kurz: Organik) ist die Lehre vom Aufbau und Verhalten von Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen, welche auch die Bausteine des derzeit bekannten Lebens sind. Sie wurde allgemein anerkannt als Ast der Chemie. Die Abgrenzung von der organischen zur anorganischen Chemie ist nicht genau festgelegt; so werden Kohlenwasserstoffverbindungen mit Heteroatomen wie Phosphor, Schwefel oder Stickstoff der organischen Chemie zugerechnet. Das Gegenstück ist die Anorganische Chemie.

Allgemeines

Die Organische Chemie umfasst praktisch alle 15 Millionen bekannten Verbindungen des Kohlenstoffs und Wasserstoffs. Bestimmte Verbindungen werden sowohl von der Organischen als auch Anorganischen Chemie behandelt: Oxalsäure und deren Salze Oxalate, Blausäure und deren Salze Cyanide. Organische Substanzen sind sehr stark durch das jeweilige Molekül bestimmt (organische Salze wie Acetat werden auch deutlich durch die Molekülform bestimmt). In der Anorganischen Chemie kommen meist nur die allgemeinen Eigenschaften von Festkörpern und/oder Ionen zu Tragen. Die Synthesestrategien unterscheiden sich oft, da organische Molekühle meist Stück für Stück aufgebaut werden.

Geschichte

Bereits im 18. Jahrhundert war eine beträchtliche Zahl von Organischen Substanzen als Reinstoff isoliert worden. Beispiele sind der Harnstoff (1773, Rouelle) und viele Säuren, wie die von Ameisen erhaltene Ameisensäure (1749, Marggraf), die Äpfelsäure aus Äpfeln, und die aus dem Weinstein gewonnene Weinsäure (1769, Scheele). Ursprünglich bezeichnete man mit "Organischer Substanz" tatsächlich nur solche Stoffe, die man aus Pflanzen- oder Tiergewebe o.ä. gewonnen hatte und die nicht in der unbelebten Natur vorkommen. Daher auch der Name der Organischen Chemie. Es gelang zunächst nicht, diese im Labor herzustellen, so dass die Meinung entstand, solche Stoffe könnten nur von Lebewesen (Organismen) hergestellt werden, da zu ihrer Entstehung eine besondere 'Lebenskraft' (vis vitalis) notwendig sei. Die Herstellung von Harnstoff durch Erhitzen von Ammoniumcyanat im Jahr 1828 durch Friedrich Wöhler konnte diese Annahme widerlegen. Mit zunehmendem Geschick der Chemiker - etwa bei der Analyse und Synthese der Zuckerarten durch Fischer - gelang es, eine immer größere Zahl von organischen Substanzen durch Totalsynthese aus anorganischen Grundsubstanzen zu synthetisieren. Zudem wurden dabei aus den Natursubstanzen auch Abkömmlinge (Derivate) hergestellt, die in der Natur nicht vorkommen (wie etwa die Hydrazone und Phenylhydrazone der Kohlenhydrate). Auch völlig unnatürlich wirkende Stoffe, wie Kunststoffe und Erdöl, zählen zu den Organischen Verbindungen, da sie wie die Substanzen von Lebensformen aus Kohlenstoffverbindungen bestehen. Erdöl, der Ausgangsstoff für viele synthetische Produkte, ist letzten Endes auch organischen Ursprungs. Die in Lebewesen ablaufenden Stoffwechselprozesse werden nun in der Biochemie behandelt, die auf der Organischen Chemie beruht.

Bedeutung der Organischen Chemie

Die wichtigsten Moleküle des Lebens, darunter Aminosäuren, Proteine, Kohlehydrate und die DNA, sind organisch, und so ist ein Großteil der Biochemie nichts anderes als organische Chemie. Daraus ergibt sich auch eine große Bedeutung für die Biologie und für die Medizin, etwa bei der Entwicklung und Herstellung von Arzneimitteln, sowie für die Lebensmittelchemie. Technisch wichtige Bereiche der organischen Chemie sind die Petrochemie, die Kunststoffe, viele Klebstoffe, Farben und Lacke.

Stoffgruppen der Organischen Chemie


- Kohlenwasserstoffe bilden die Grundlage der Nomenklatur. ::Alkan - Alken - Alkine
- Alkohol - Aldehyd - Amin - Ether - Ester - Carbonsäure
- Aromaten - Aliphat
- acyclische und cyclische Verbindungen
- Aminosäure, Protein, Kohlenhydrate
- Metallorganische Verbindungen, beispielsweise Ferrocen

Reaktionen

Siehe Reaktionsmechanismus Die Reaktionen in der organischen Chemie lassen sich größtenteils in die folgenden Grundtypen einordnen:
- Radikalische Substitution (SR)
- Nucleophile Substitution (SN):
  - Aliphatische nucleophile Substitution
  - Aromatische nucleophile Substitution
- Elektrophile Substitution (SE):
  - Aliphatische elektrophile Substitution
  - Elektrophile aromatische Substitution
- Eliminierung
- Nucleophile Addition
- Elektrophile Addition
- Radikalische Addition
- Perizyklische Reaktionen
- Umlagerung (sofern sie nicht zu den obigen Reaktionstypen gehören)
- Oxidation sowie Reduktion Darüber hinaus sind viele Reaktionen unter dem Namen ihres Entdeckers bekannt (siehe: Namensreaktionen).

weblinks


- [http://timms.uni-tuebingen.de/List/List01.aspx?rpattern=UT_2002_____00%5B12%5D_chemorg_000_ Mittschnitte von Vorlesungen der Universität Tübingen, Experimentalchemie II, Organische Chemie, Sommersemester 2002, 52 Stunden] Kategorie:Teilgebiet der Chemie ! ja:有機化学 ko:유기 화학 ms:Kimia organik simple:Organic chemistry

Geologie

Die Geologie (von griechisch γη, ge „Erde“ und λογος, logos „Wort“) ist die Wissenschaft vom Aufbau, von der Zusammensetzung und Struktur der Erde, ihren physikalischen Eigenschaften und ihrer Entwicklungsgeschichte, sowie der Prozesse, die sie formten und auch heute noch formen. Die Bezeichnung Geologie im heutigen Sinn findet man zuerst 1778 bei Jean-André de Luc (1727–1817). Horace-Bénédict de Saussure (1740–1799) führte Geologie im Jahr 1779 als feststehenden Begriff ein. Davor war der Begriff Geognosie gebräuchlich. Geognosie Das Material, mit dem sich Geologen hauptsächlich beschäftigen, sind Gesteine. Im Gelände, oder unter Tage, gliedert der Geologe die aufgeschlossenen (offen zugänglichen) Gesteine, an Hand von äußeren Merkmalen, in definierte Einheiten. Diese Kartiereinheiten müssen sich bei dem gewählten Maßstab auf einer geologischen Karte, oder in einem geologischen Profil, darstellen lassen. Durch Extrapolation kann er so vorhersagen, wie die Gesteine im Untergrund gelagert sind. Die genauere Untersuchung der Gesteine (Petrografie, Petrologie) findet aber meist im Labor statt. Mit den einzelnen, z.T. mikroskopisch kleinen, Bestandteilen der Gesteine, den Mineralen, befasst sich die Mineralogie. Mit dem Fossilinhalt, die Paläontologie. Die Geologie hat vielfältige Berührungspunkte mit anderen Naturwissenschaften, die als Geowissenschaften zusammen gefasst werden. Selbst die Mathematik hat einen speziellen Zweig, die Geostatistik, hervorgebracht, der besonders im Bergbau Verwendung findet. Aber auch in anderen Feldern der Geowissenschaften werden oft statistische Methoden angewandt. Im Grenzgebiet zur Astronomie bewegt sich die Planetengeologie, die sich seit Beginn der Erforschung unseres Sonnensystems mit Sonden und Satelliten, mit fremden Himmelskörpern zu beschäftigen beginnt.

Geschichte der Geologie

Siehe Geschichte der Geologie.

Allgemeine Geologie

Die allgemeine Geologie befasst sich mit den Kräften, die auf den Erdkörper einwirken und zur Gesteinsbildung beitragen. Jedes Gestein kann an Hand seiner spezifischen Ausbildung (Gefüge, Struktur) einer der drei großen Gesteinsfamilien zugeordnet werden: Sedimentite, Magmatite und Metamorphite. Jedes Gestein kann durch geologische Vorgänge in ein Gestein der jeweils anderen beiden Familien umgewandelt werden, (siehe dazu: Kreislauf der Gesteine). Die Prozesse, die an der Erdoberfläche wirken, werden als exogen, die im Erdinneren als endogen bezeichnet. Die exogene Dynamik führt zur Bildung von Sedimentgesteinen. Dies geschieht durch
- physikalische Erosion anderer Gesteine durch Wind, Wasser oder Eis, und Massenbewegungen großer Gesteinsmengen unter dem Einfluss der Schwerkraft,
- chemische Verwitterung,
- physikalische Ablagerung des zerkleinerten Materials (Detritus), z.B. als Sand,
- chemische Ausfällung von Evaporiten (wie z.B. anorganische Kalke, Gips, Salz) und
- biogene Bildung von Sedimenten (wie die meisten Kalksteine oder Diatomit).
- Ein eigenes, komplexes Gebiet exogener Prozesse behandelt die Bodenkunde. Die endogene Dynamik führt zur Bildung von Metamorphiten und Magmatiten. Sie beginnt mit der
- Erhöhung des Drucks, unter der andauernden Ablagerung von weiteren Sedimenten auf die unterlagernden Schichten. Durch Entwässerung, Kompaktion und Verfestigung (Diagenese) wird aus den Lockersedimenten festes Gestein, wie z.B. Sandstein.
- Die Verformung von Gesteinen und die Rekristallisierung von Mineralen unter zunehmend höheren Temperaturen und Drücken wird als Metamorphose bezeichnet. Dabei bleibt das Gestein aber zunächst noch in festem Zustand. Aus magmatischen Gesteinen und grobkörnigen Sedimenten entstehen dabei oft Gneise, aus feinen Sedimenten Schiefer.
- Schließlich kann es aber doch zur Aufschmelzung der Gesteine kommen (Anatexis). Glutflüssige Magmen steigen dann wieder aus dem Erdmantel auf.
- Wenn die Magmen in der Erdkruste stecken bleiben und erkalten, bilden sich Plutonite, z.B. aus Granit, wenn sie die Erdoberfläche erreichen, kommt es zur Bildung von Vulkaniten wie Lava oder vulkanische Asche. Die Bewegungen, die die Oberflächengesteine in die Tiefe verfrachten, verformen und falten, aber gleichzeitig die Tiefengesteine wieder an die Oberfläche bringen, sowie die Spuren, die diese Kräfte in den Gesteinen hinterlassen, wie Faltung, Scherung und Schieferung, werden von der Tektonik und der Strukturgeologie untersucht.

Historische Geologie

Die historische Geologie erforscht die Geschichte der Erde im Allgemeinen und die Entwicklungsgeschichte (Evolution) der Lebewesen im Besonderen. Um aus der heutigen Situation Rückschlüsse auf die Vergangenheit ziehen zu können, bedienen sich die Geologen des Prinzips des Aktualismus. Dieses lässt sich in einem Satz zusammenfassen: Der Schlüssel zur Vergangenheit ist die Gegenwart. Auf die geologische Wirklichkeit angewandt: Findet ein Geologe alte Gesteine, die z.B. fast identisch mit ausgeflossenen Laven eines heute aktiven Vulkans sind, dann geht er davon aus, dass es sich bei dem gefundenen Gestein ebenfalls um vulkanisches Material handelt. Allerdings lässt sich der Aktualismus nicht auf alle Gesteine anwenden. Z.B lässt sich die Bildung von Eisenerzlagerstätten (BIF—„Banded Iron Formations“) heute nicht mehr beobachten, da sich die chemischen Bedingungen auf der Erde derart geändert haben, dass die Entstehung solcher Gesteine nicht mehr stattfindet. Andere Gesteine bilden sich eventuell in solchen Tiefen, dass ihre Bildung außerhalb des Zugriffs des Menschen liegt. Um die Entstehung solcher Gesteine zu verstehen, greifen die Geowissenschaftler auf Laborexperimente zurück. Geologen unterscheiden sich von anderen Naturwissenschaftlern in ihrer Haltung gegenüber der Zeit. Physiker und Chemiker beobachten Vorgänge, die oftmals nur Bruchteile von Sekunden andauern: eine rasch ablaufende chemische Reaktion wie eine Explosion oder radioaktiver Zerfall von Atomkernen. Die Bildung eines Gebirges, oder die Ablagerung mächtiger Sedimentschichten, kann aber mehrere Dutzend Millionen Jahre dauern. Um sich in diesen riesigen Zeiträumen zurechtzufinden, wurde die geologische Zeitskala entwickelt. (siehe auch geologische Zeitskala (Tabelle)) Als Instrument zur Entwicklung einer geologischen Zeittafel oder -skala benutzen Geologen die Stratigraphie. Die Grundlage der Stratigraphie bildet ein einfaches Prinzip: die Lagerungsregel. Eine Schicht im Hangenden ('oben') wurde später abgelagert, als die Schicht im Liegenden ('unten'). Allerdings sollte beachtet werden, dass ursprünglich horizontal abgelagerte Schichten durch spätere tektonische Bewegungen verstellt oder sogar überkippt sein können. In diesem Fall ist man auf die Existenz von eindeutigen Oben-Unten-Kriterien angewiesen, um die ursprüngliche Lagerung zu bestimmen. Weiterhin gilt, dass Schichten, die solche verstellten Gesteine mit einer Diskordanz, dh. schiefwinklig zur Schichtung, überlagern, ebenfalls jünger sind als letztere. Dasselbe gilt aber auch für magmatische Gänge und Intrusionen aus der Tiefe, die die Schichten von unten durchschlagen. Bei der Erstellung eines stratigraphischen Profils werden besonders Erkenntnisse der Paläontologie angewandt. Wenn die Reste eines bestimmten Lebewesens (Fossil) nur in ganz bestimmten Schichten auftreten, gleichzeitig aber eine weite, überregionale Verbreitung haben, und möglichst unabhängig von örtlichen Variationen der Ablagerungsbedingungen (Fazies) sind, dann spricht man von einem Leitfossil. Alle Schichten, in denen sich diese Leitfossilien finden, haben somit das selbe Alter. Nur wenn keine Fossilien vorhanden sind muss man Zuflucht zur Lithostratigraphie nehmen. Dann kann die Zeitgleichheit bestimmter Schichten nur bei seitlicher Verzahnung nachgewiesen werden. Um tektonische Abläufe zu rekonstruieren, untersucht der Geologe den Versatz und die Verformung der Gesteine durch Klüftung, Schieferung, Störung und Faltung. Auch hier sind diejenigen Strukturen die jüngsten, die die anderen durchschlagen, aber selbst nicht versetzt sind. Die Kunst ist hier Verwickeltes einfach, Ruhendes bewegt zu sehen. (Hans Cloos) Ein prinzipielles Problem ist die Tatsache, dass man mit obigen Methoden nur eine relative Zeitskala (Geochronologie), ein Vorher-Nachher der verschiedenen Gesteinsbildungen, aber keine absoluten Datierungen erhält. Zwar hatte man schon früh versucht die Sedimentationsraten bestimmter Gesteine zu schätzen, aber leider steckt die meiste Zeit ja nicht in den Schichten selbst, die sich in relativ kurzer Zeit gebildet haben können, sondern v.a. in den Lücken zwischen den Schichten und in den Diskordanzen zwischen verschiedenen Schichtpaketen. Deshalb reichte die absolute Zeitskala, die mit Hilfe von Jahresringen in Bäumen (Dendrochronologie, oder durch Auszählung der Warven-Schichtung in Ablagerungen der letzten Eiszeit gewonnen wurden, nur wenige tausend Jahre zurück. Erst mit der Entdeckung der natürlichen Radioaktivität fanden sich zuverlässige Methoden für die absolute Datierung, auch von ältesten Gesteinen. Siehe auch: Rubidium-Strontium-Methode, Kalium-Argon-Methode, Radiokarbon-Methode.

Angewandte Geologie

Die angewandte Geologie gliedert sich in eine Vielzahl unterschiedlichster Felder, die sich sowohl unter einander als auch mit anderen Wissenschaften verzahnen. Der Nutzen besteht nicht nur in der effizienten Ausbeutung der natürlichen Ressourcen der Erde, sondern auch in der Vermeidung von Umweltschäden und der Frühwarnung vor Naturkatastrophen, wie Erdbeben, Vulkanausbrüchen und Tsunamis. Siehe: Geowissenschaften Einige wichtige Teilgebiete der angewandten Geologie sind beispielsweise:
- Hydrogeologie
- Ingenieurgeologie
- Lagerstättenkunde Es besteht eine enge Verzahnung angewandter geologischer Gebiete mit anderen Disziplinen, wie z.B. Bauingenieurwesen, Bergbau- und Hüttenwesen, Materialkunde oder Umweltschutz.

Liste bedeutender Geologen


- Georgius Agricola (1494 - 1555)
- Friedrich August von Alberti (1795 - 1878)
- Leopold von Buch (1774 - 1853)
- Johann Georg von Charpentier (1786 - 1855)
- Hans Cloos (1885 - 1951)
- Alcide Dessalines d'Orbigny (1802 - 1857)
- James Dwight Dana (1813 - 1895)
- Bartholomäus Eberl (1883-1960)
- Rudolf Falb (1838-1903)
- Karl von Fritsch (1838 - 1906)
- Gerard Freiherr von de Geer (1858 - 1943)
- James Hutton (1726 - 1797)
- Charles Lyell (1797 - 1875)
- Albrecht Penck (1858 - 1945)
- Karl von Raumer (1783 - 1865)
- William Smith (1769 - 1839)
- Hans Stille (1876 - 1951)
- Eduard Suess (1831 - 1914)
- Otto Martin Torell (1828 - 1900)
- Alfred Wegener (1880 - 1930)
- Abraham Gottlob Werner (1749 - 1817)

Siehe auch


- Geowissenschaften
- Geschichte der Geologie
- Liste geologischer Begriffe
- Wollaston-Medaille
- Geological Society of London

Literatur


- Frank Press und Raymond Siever (3. Aufl. 2003): Allgemeine Geologie, Spektrum Akademischer Verlag, ISBN 3-8274-0307-3 (Originalausgabe: Understanding Earth, W.H.Freeman & Co. New York)
- Heinrich Bahlburg, Christoph Breitkreuz: Grundlagen der Geologie., 2. Aufl. 2003. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, ISBN 3-8274-1394-X
- Georg Agricola: Vom Berg- und Hüttenwesen, Dünndruckausgabe im dtv, ISBN 3-423-06086-7.
- Helmut Hölder (1989): Kurze Geschichte der Geologie und Paläontologie, Springer-Verlag, ISBN 3-540-50659-4
- Hans Murawski und Wilhelm Meyer (11. Aufl. 2004): Geologisches Wörterbuch, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, ISBN 3-8274-1445-8
- Steven M. Stanley: Historische Geologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, ISBN 3-86025-009-4. (Originalausgabe: Earth and Life through Time, W. H. Freeman, New York)
- Alan Cutler: Die Muschel auf dem Berg, Knaus, ISBN 3813501884

Weblinks


- [http://www.chgeol.org CHGEOL - Schweizer Geologen Verband]
- [http://www.geoforum.ch GEOforumCH - Die Platform für Geowissenschaften der Akademie der Naturwissenschaften Schweiz]
- [http://www.erlebnis-geologie.ch Erlebnis Geologie]
- [http://www.g-o.de g-o.de – Internetmagazin für Geo- und Naturwissenschaften]
- [http://www.geologieinfo.de/geolexikon/ Geo-Glossar - Wörterbuch für Begriffe aus der Geologie, Mineralogie, Paläontologie...]
- [http://www.vulkanweg.de/geo-lexikon_a.html Geo-Lexikon]
- [http://www.geosciences-forum.com/ Geosciences-Forum: Geologie]
- http://themenpark-umwelt.baden-wuerttemberg.de
- [http://www.geodienst.de/geschichte.htm Personen und Daten zur Geschichte der Geologie und Paläontologie]
- [http://www.eldey.de/Geologie/geologie.html Texte zur allgemeinen Geologie und regionalen Geologie Islands]
- [http://elm-asse-kultur.de/html/geologie.html Zur Geologie des norddeutschen Raums] Kategorie:Naturwissenschaft ! ja:地質学 ko:지질학 nb:Geologi th:ธรณีวิทยา

Joseph Priestley

Joseph Priestley (
- 13. März 1733 in Fieldhead bei Leeds, Großbritannien; † 6. Februar 1804 in Northumberland, Pennsylvania, USA) war ein englischer Theologe, Philosoph, Chemiker und Physiker. Physiker

Leben

Priestley war Sohn eines Tuchmachers, wuchs in einer liberalen calvinistischen Familie auf und studierte im Hauptfach Theologie, zusätzlich alte Sprachen, Geschichte, Philosophie und Naturwissenschaften. Ab 1755 war er Prediger in einer nonkonformistischen Gemeinde in Needham Market (Suffolk). Von 1761 an war er als Lehrer an der Warrington Academy in Lancashire, einer privaten Handelsschule, tätig. Ein Jahr später erhielt er die Priesterweihe und heiratete Mary Wilkinson. Von 1763 an nahm er an Chemie-Kursen teil, ab 1765 verbrachte er regelmäßig einige Wochen in London, wo er mit führenden Wissenschaftlern zusammentraf. So auch mit Benjamin Franklin, der ihn zu elektrischen Experimenten ermutigte. 1766 wurde er in die Royal Society of London aufgenommen. Im folgenden Jahr wurde er Priester der Mill Hill Chapel in Leeds (Yorkshire). In dieser Zeit entwickelte sich sein Interesse an Chemie, speziell der Erforschung der Gase. 1772 wurde er von William Fitzmaurice-Petty, Earl of Shelbourne, auf dessen Familiensitz Bowood House als Bibliothekar und Privatlehrer angestellt (bis 1780). 1773 erhielt er von der Royal Society die Copley Medal. Seine eigenwilligen theologischen Ansichten hatten ihm schon in Needham Market Kritik eingetragen. Er radikalisierte sich weiter und wurde Unitarier. Wegen seiner Anschauungen musste er eine Einladung, als Astronom an James Cooks zweiter Expedition teilzunehmen, ablehnen. 1780 zog er nach Birmingham. Eines seiner Bücher wurde 1785 als häretisch öffentlich verbrannt. Wegen seines Eintretens für die Französische Revolution steckte der Mob 1791 sein Haus mit Labor und Bibliothek in Brand. Er ging von Birmingham nach London und wanderte 1794 in die Vereinigten Staaten aus, wo er als Wissenschaftler sowie als glühender Verteidiger religiöser und politischer Freiheit willkommen geheißen wurde. In Pennsylvania wurde ihm ein Lehrstuhl in Chemie angeboten, den er jedoch ablehnte; er wollte als Unitarier-Prediger tätig sein. Zu seinen engen Freunden zählten John Adams und Thomas Jefferson. Den Rest seines Lebens verbrachte er als Schriftsteller in Pennsylvania.

Entdeckungen

1767 veröffentlichte er The History and Present State of Electricity, eine Zusammenfassung, in der er auch seine umfangreichen Experimente beschrieb: Er hatte entdeckt, dass Kohle elektrisch leitend ist, und weiter festgestellt, dass zwischen Elektrizität und chemischen Vorgängen Zusammenhänge bestehen. Diese Arbeiten führten ihn zu dem Gebiet, für das er später am bekanntesten geworden ist: der Chemie - besonders Verbrennung und Atmung. Nebenbei fand er im Jahr 1770 heraus, dass Rohkautschuk (eine Kuriosität in physikalischen Kabinetten) Bleistiftstriche entfernen kann: der Radiergummi war erfunden. Rohkautschuk Seine Experimente wurden wegweisend für die folgende Entwicklung der chemischen Forschung. Er begann mit Kohlensäure (er wohnte nahe einer Brauerei), die allerdings bereits seit 1754 bekannt war. Die Copley Medal erhielt er für seine Erfindung des Sodawassers. Während der sechs Jahre in Leeds stellte er vier gasförmige Verbindungen her: die Stickstoffoxide, die er „nitrous air“, „red nitrous vapor“, „diminished nitrous air“ ( =Lachgas) nannte, und „marine acid air“ (Wasserstoffchlorid). Er entwickelte ausgeklügelte Geräte (besonders eine erheblich verbesserte Falle, mit der auch wasserlösliche Gase isoliert werden konnten) und wandte bei seinen Untersuchungen besondere Sorgfalt an. (So erhitzte er etwa bei seinem berühmten Sauerstoff-Versuch das Zinnober nicht mit einer Flamme, sondern mittels eines Brennglases. So vermied er Kontamination mit Abgasen.) Berühmt wurde Priestley, weil er im Jahr 1774 das Element Sauerstoff isolierte: beim Erhitzen von Quecksilberoxid (Zinnober) erhielt er reines Quecksilber und ein farbloses Gas, das Verbrennungsvorgänge stark fördert. Er erkannte jedoch nicht, dass er ein bis dahin unbekanntes Element entdeckt hatte; vielmehr nannte er sein Gas „dephlogisticated air“. (Priestley blieb bis an sein Lebensende Anhänger der Phlogiston-Theorie.) Sauerstoff war zwar von dem schwedischen Apotheker Carl Scheele mindestens ein Jahr vor Priestley dargestellt worden, doch erschien Scheele’s Bericht erst 1777. Dass Sauerstoff ein Element ist, erkannte erst - Jahre später - Lavoisier, nachdem dieser bei einem Besuch Priestleys in Paris über dessen Versuche informiert worden war. In den folgenden Jahren stellte er die Gase Ammoniak, Distickstoffmonoxid, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid dar und beschrieb sie in einer Folge von sechs Bänden Experiments and Observations on Different Kinds of Air. Ebenso bedeutsam für die Untersuchungen der Photosynthese (durch den Niederländer Jan Ingenhousz ab 1779) wurde Priestleys Feststellung, dass Licht und „dephlogisierte Luft“ wesentlich sind für das Pflanzenwachstum, sowie die Erkenntnis, dass Pflanzen Sauerstoff abgeben. Er beobachtete auch, dass sich ein Wasserniederschlag bildet, wenn Knallgas explodiert. In der Lunar Society in Birmingham traf er mit bedeutenden Naturwissenschaftlern und Ingenieuren seiner Zeit zusammen, darunter Erasmus Darwin, James Watt und Josiah Wedgwood. Bereits 1772 erschien unter dem Titel History and Present State of Discoveries Relating to Vision, Light, and Colours eine eingehende Untersuchung zur Optik.

Lehre und Philosophie

Priestley war nicht nur als Prediger und Naturwissenschaftler aktiv: 1761 erschien sein Lehrbuch der englischen Sprache Rudiments of English Grammar, das für Jahrzehnte in Gebrauch bleiben sollte. In den folgenden Jahren verfasste er die Theory of Language and Universal Grammar (1762), Essay on a Course of Liberal Education for Civil and Active Life (1765), und Lectures on History and General Policy (1765, 1788). Mit diesen Schriften förderte er, ganz im Gegensatz zu den damals üblichen Lehrplänen, praktische Bildung seiner Studenten und machte die Warrington Academy zu einer Ausbildungsstätte mit besonders gutem Ruf. 1769 veröffentlichte er seinen Essay on the First Principles of Government, and on the Nature of Political, Civil, and Religious Liberty; es folgten seine kirchenkritischen Schriften History of the Corruptions of Christianity (1782) und A General History of the Christian Church (sechs Bände 1790-1803) und The Doctrines of Heathen Philosophy Compared with those of Revelation (postum erschienen). Trotz seiner extrem kritischen Anschauungen war Priestley zeitlebens ein frommer Mensch und fühlte sich als gläubiger Christ. In der Biologie bekannt sind die so genannten "Priestley-Versuche": Eine brennende Kerze wird in einen hermetisch abgeschlossenen Behälter gestellt. Sie erlischt nach kurzer Zeit. Eine brennende Kerze und eine lebende Maus in demselben Behälter: Die Kerze erlischt in kürzerer Zeit, die Maus stirbt.
Legt man für eine Zeit einen Zweig in denselben Behälter, kann eine nächste Kerze wieder brennen, eine Maus wieder für eine kurze Zeit leben.
Hält man Pflanzen und und eine Maus in einem großen, luftdicht abgeschlossenen Behälter, leben beide länger als eine Maus oder die Pflanzen allein. Es seien noch zwei Zitate angefügt: „Völker machen keine Revolution, es sei denn die Unterdrückung würde ihnen zu stark, so dass sie auf keinen anderen Ausweg als diesen Verzweiflungsschritt hoffen.” „Der 14. Juli (Anm. 1789) war ein stolzer Tag für Frankreich, und er wird als solcher noch den letzten Nachkommen freier Menschen in Erinnerung bleiben. Lasset alle Tyrannen seine Vorgeschichte lesen und erzittern. Gute Herrscher werden sie ohne jegliche unangenehme Bewegung lesen.”

Weblinks


-
- [http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/PRIESTLEY.HTML Joseph Priestley: Experiments and Observations on Different Kinds of Air]
- [http://www.priestleysociety.net/ Website der Priestley-Society (engl.)] Priestley, Joseph Priestley, Joseph Priestley, Joseph Priestley, Joseph Priestley, Joseph Priestley, Joseph Priestley, Joseph Priestley, Joseph ja:ジョゼフ・プリーストリー ms:Joseph Priestley

Marcellin Berthelot

Marcellin Pierre Eugène Berthelot (
- 29. Oktober 1827 in Paris; † 18. März 1907 in Paris) war ein französischer Chemiker und Politiker. Chemiker Marcellin Berthelot wurde in Paris geboren. Nachdem er die Schule in den Fächern Geschichte und Philosophie beendete, wendete er sich der Wissenschaft zu. Marcellin Berthelot erfand die Synthese der Ameisensäure aus dem Kohlenmonoxid, welche noch heute angewendet wird. 1895/1896 war er kurzzeitig Außenminister von Frankreich. Er hatte mehrmals beteuert, dass er seine kranke Frau Sophie nicht überleben wolle und starb nur wenige Minuten nach ihr. Die französische Regierung wollte Berthelot im Panthéon beisetzen, ihn allerdings auch angesichts der Umstände nicht von seiner Frau trennen, so dass beide dort ihre letzte Ruhe fanden.

Literatur


- Jean Jacques: Berthelot : Autopsie d'un mythe. – Paris : Belin 1987; ISBN 2701111218

Weblinks


- Berthelot, Marcellin Berthelot, Marcellin Berthelot Berthelot, Marcellin Berthelot, Marcellin Berthelot, Marcellin Berthelot, Marcellin

Atmosphäre

Die Atmosphäre (v. griechisch ατμός, atmós „Luft, Druck, Dampf“ und σφαίρα, sfära „Kugel“) ist die gasförmige Hülle um einen Himmelskörper. Sie besteht meist aus einem Gemisch verschiedener Gase, die vom Schwerefeld des Himmelskörpers festgehalten werden können. Die Atmosphäre ist an der Oberfläche am dichtesten und geht in großen Höhen fließend in den interplanetaren Raum über.

Entstehung

Bei der Ausbildung einer Atmosphäre spielen mehrere Faktoren eine Rolle, wozu in erster Linie die Größe des Himmelskörpers zählt. Das Schwerefeld muss dabei gewährleisten, dass die in der Regel aus Ausgasungen hervorgehenden Gasteilchen an den Himmelskörper gebunden bleiben und sich nicht in den Weltraum verflüchtigen können. Entsprechend der kinetische Gastheorie bewegen sich die Gasteilchen ungeordnet und dabei umso schneller, je höher die Temperatur des Gases ist und je leichter sie sind. Reicht die Anziehungskraft nicht aus, um den Verlust ausreichend schneller Teilchen langfristig derart zu begrenzen, dass es zu einer positiven Teilchenbilanz kommt, also mehr Gasteilchen durch Ausgasungen hinzukommen, als durch die Überwindung der Gravitation verloren gehen, so kann sich auch keine Atmosphäre ausbilden. Dabei spielen neben der Größe auch die Oberflächentemperatur des Himmelskörpers eine Rolle, die nicht zu groß sein darf. Auch die Art der zur Verfügung stehenden Gasteilchen ist wichtig, da zum Beispiel eine Atmosphäre aus Wasserstoff oder Helium viel schwerer an den Planeten zu binden ist als eine aus Sauerstoff oder Stickstoff. Dies liegt daran das leichte Gasteilchen bei gleicher Temperatur wesentlich schneller sind als schwere Gasteilchen. Atmosphären die Elementen wie Wasserstoff in größerem Umfang enthalten finden sich daher vor allem bei den sehr massereichen Gasriesen, die über eine ausreichende Gravitation verfügen. Letztlich ist nur eine kleine Minderheit der Himmelskörper in der Lage, eine Atmosphäre zu bilden und langfristig an sich zu binden. So besitzt zum Beispiel der Mond als der nächste Nachbar der Erde keine Atmosphäre.

Aufbau und Gradienten

Mond]

Druckverlauf

Der Druckverlauf einer Atmosphäre, im Fall der Erdatmosphäre des Luftdrucks, ist in den unteren Bereichen durch die hydrostatische Gleichung bestimmt, die bei im Vergleich zum Planetenradius dünnen Atmosphären wie folgt geschrieben werden: : = - g \rho (h) Die Einflussgrößen sind der Druck p, die Höhe h, die Schwerebeschleunigung g und die Dichte ρ. Im F