Vom Plankton zum Rohöl Arbeitsblatt

Transkript

1 Information für die Lehrperson (Ablauf und Hinweise) 1/10 Arbeitsauftrag Ziel Die Schüler schneiden die Texte und Bilder aus. Danach ordnen sie die Texte den zugehörigen Bildern zu. Die Ergebnisse werden gemeinsam korrigiert und die Schüler kleben sie in der richtigen Reihenfolge auf ein separates Blatt. Auf der Rückseite schreiben die Schüler eine kurze Zusammenfassung der gelesenen Informationen. Die Zeittafel dient zur Orientierung. Die Schüler wissen über die Förderung und Entstehung von Erdöl Bescheid und kennen die zeitliche Einordnung der ältesten Erdölvorkommen. Die Schüler sind informiert über die Entdeckung von Erdöl. Material Sozialform Zeittafel Schnipseltexte Bilder Scheren/Leim Lösungen GA EA Zeit 25 Zusätzliche Informationen: Repetition Erdgeschichte, Vorgänge in der Natur thematisieren Filme zur Erdölentstehung anschauen, analysieren

2 2/10 Zeittafel

3 3/10 Aufgabe: Schneide die einzelnen Texte und Bilder aus. Ordne nun die Bilder den zugehörigen Texten und Titeln zu und lege sie vor dich auf das Pult. Titel: Sekundäre Förderung / Tertiäre Förderung / Primäre Förderung / Entstehung von Erdöl / Offshore- Bohrung /Ölfallen / Erdölreserven / Entdeckung / Luftbildfotografie Erdoberflächenuntersuchung / Reflektions-Seismik In der Regel liegen die Ölvorkommen tief unter der Erde, in so genannten Ölfallen. Dies sind undurchlässige Gesteinsformationen, welche ein weiteres Aufsteigen von Öl und Gas verhindern; das Öl ist eingeschlossen. Die Speicherschichten wurden im Verlauf der Gebirgsbildung gefaltet, gehoben, auseinander gerissen, verworfen und verfrachtet. Dies schuf die Grundlagen für die Ölfallen. Voraussetzung ist zudem eine poröse Speicherschicht mit hochgedrücktem Erdöl, welche von undurchlässigen Schichten begrenzt ist. Erst an solchen Stellen ist das Erdöl in genügend hoher Konzentration vorhanden, damit es auch gefördert werden kann. Bei der Eruptiv-Förderung steigt das Öl durch die Steigleitung allein wegen des Gasdrucks der Lagerstätte auf. Jede Erdöl- und Gaslagerstätte steht unter einem gewissen Druck, der mit je 10 Metern Tiefe um eine Atmosphäre (1 bar) zunimmt. Auch die Temperatur erhöht sich pro 100 Meter Tiefe um ca. 3 Grad Celsius. Diese physikalischen Eigenschaften bewirken, dass im Erdöl immer erhebliche Mengen Gas gelöst sind. Da im Förderrohr der Druck kleiner ist, beginnt das Gas unter Volumenvergrößerung aus dem Öl zu entweichen. So wird das Öl aus dem Bohrloch gedrückt wie das Wasser aus der Sodaflasche. In Titusville, Pennsylvanien (USA), stieß der Eisenbahner Colonel L. Drake im August des Jahres 1859 erstmals bei einer Bohrung auf Erdöl. Diese historische Bohrung wird allgemein als der Beginn der Erdölindustrie bezeichnet. Damals ahnte wohl niemand, welche Bedeutung dieser Rohstoff für die Entwicklung der künftigen Industrie haben sollte. Der Entdecker, L. Drake, starb übrigens wenige Jahre später verarmt. Die Erdölreserven, die heute unseren Alltag entscheidend mitgestalten, entstanden vor 20 bis 350 Millionen Jahren in den flachen Sedimentbecken urzeitlicher Meere. Die ältesten bekannten Erdölvorkommen sind rund 500 Millionen, die jüngsten nur gerade 4000 Jahre alt. Die obersten, vom Sonnenlicht durchfluteten Wasserschichten der Weltmeere waren damals wie heute von mikroskopisch kleinen Tieren und Pflanzen, dem Plankton, bevölkert. Nach ihrem Tod sanken diese Lebewesen in die Tiefe, wobei die meisten von ihnen nach und nach verwesten. Ein Teil gelangte jedoch bis auf den Meeresgrund und bildete dort zusammen mit abgesunkenen Sedimenten eine Schicht aus Tiefseeschlamm. Jede Suche beginnt mit der Untersuchung der Erdoberfläche. Mit geeigneten Methoden können Anzeichen erkannt werden, die auf eine Ölfalle schliessen lassen. Durch Bewegungen in der Erdkruste, bei denen etwa ganze Schichtpakete in Falten gelegt wurden, und durch Erosion, die tief in herausgehoben Gesteinspartien einschneidet, können Informationen über Strukturen herausgelesen werden.

4 4/10 Auch aus der Luft kann man die Lagerung der Formationen bereits an der Erdoberfläche erkennen. Dazu bedient sich der Geologe der Luftbildfotografie mit großflächigen, sich überlappenden Flugaufnahmen. Auch kommen Satellitenbilder zum Einsatz. Aufgrund einer genauen Analyse lässt sich eine geologische Grundlagenkarte erarbeiten. Die Reflektions-Seismik ist die heute verbreitetste geophysikalische Methode bei der Suche nach Erdöl. Jede seismische Messung benötigt als Quelle eine künstliche Erschütterung. Früher benutzte man dazu unterirdische Sprengungen, heute kommen fast ausschließlich Vibratoren zum Einsatz, welche auf Lastwagen installiert sind. Die Erschütterungen werden mit Geophonen (einer Art hochempfindlichen Mikrofonen) registriert. Diese sind in mehreren geraden Reihen in regelmäßigen Abständen ( Meter) in die Erde gesteckt. In einem Messwagen werden die registrierten Erschütterungen mit einem Seismografen aufgezeichnet. Bei den Geophonen treffen zuerst jene Wellen ein, welche sich entlang der Oberfläche ausgebreitet haben. Mit zeitlicher Verzögerung werden dann die Wellen aufgezeichnet, welche in der Tiefe an einem Reflektionshorizont teilweise zurückgeworfen worden sind. Aufgrund der Laufzeiten der Wellen zu den verschiedenen Messpunkten lassen sich sehr genaue Angaben über die Schichtung des Untergrundes errechnen und als Seismogrammprofil grafisch darstellen. Um den Randwasserdruck künstlich zu verstärken, kann Wasser von der Erdoberfläche in die Lagerstätte eingepresst werden (sekundäre Förderung). Man erhöht mit diesem Flutwasser die Förderrate etwa um die Menge des eingepressten Wassers. Es ist technisch nicht möglich, dem Speichergestein alles Öl zu entziehen. Die starken Kapillarkräfte des Speichergesteins halten das Öl wie in einem Schwamm zurück (Unterirdische Ölseen gibt es ja nicht). Der Entölungsgrad liegt gegenwärtig bei durchschnittlich 30 Prozent. Die günstigsten geologischen Bedingungen für die Bildung von Erdöl herrschten vor Jahrmillionen im heutigen Nahen Osten. Zwei Drittel der heute bekannten Erdölreserven liegen in der Region der arabischen Halbinsel. Saudi-Arabien allein verfügt mit Erdölreserven von rund 36 Milliarden Tonnen über rund einen Viertel der weltweiten Vorräte. Weitere bedeutende Ölvorkommen befinden sich in Kanada sowie im Irak, in den Vereinigten Arabischen Emiraten, Kuwait und Iran. Riesige Ölmengen lagern auch im Untergrund von Mittel- und Südamerika (Venezuela und Mexiko), in der Gegend rund ums Kaspische Meer sowie im nördlichen und westlichen Afrika (insbesondere in Libyen und Nigeria). Zahlreiche kleinere Ölfelder liegen weit verstreut rund um den Globus. Die europäischen Reserven sind vor allem in der Nordsee zu finden. On- und Offshore Ein großer Teil der konventionellen Erdölvorkommen liegt nicht auf dem Festland («onshore»), sondern «offshore» unter den flachen Meeren der Kontinentalschelfe, etwa in der Nordsee oder im Golf von Mexiko. «Offshore»-Bohrungen erfolgen von schwimmenden oder am Meeresboden verankerten Bohrplattformen oder Schiffen aus und verwenden grundsätzlich dieselben Techniken wie Bohrungen am Festland. Aufgrund der schwierigeren Umweltbedingungen sind sie jedoch wesentlich aufwändiger und kostspieliger. Bei der Suche nach neuen Ölvorkommen stoßen die Bohrequipen immer weiter in Extrembereiche vor. Heute wird in der Arktis ebenso nach Erdöl gebohrt wie im tiefen Wasser des Golfs von Mexiko.

5 5/10 Bei der tertiären Förderung werden dem Flutwasser bestimmte Chemikalien zugesetzt oder der Lagerstätte wird thermische Energie, z.b. in Form von Dampf, zugeführt. Die zugegebenen Chemikalien (Tenside) verringern die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser in den Poren, andere (Polymere) erhöhen die Viskosität des Flutwassers, womit der Verdrängungsgrad verbessert wird. Dies bedeutet, dass sich künftig ein erheblicher Teil der Reserven nicht aufgrund neuer Funde, sondern der Erhöhung des Entölungsgrades ergeben wird.

6 6/10 in Mrd. Tonnen (2008)

7 7/10 Zusammenfassung Aufgabe: Schreibe in eigenen Worten eine kurze Zusammenfassung zur Entstehung und Förderung von Erdöl.

8 Lösungen 8/10 Lösung 1) Entdeckung In Titusville, Pennsylvanien (USA), stieß der Eisenbahner Colonel L. Drake im August des Jahres 1859 erstmals bei einer Bohrung auf Erdöl. Diese historische Bohrung wird allgemein als der Beginn der Erdölindustrie bezeichnet. Damals ahnte wohl niemand, welche Bedeutung dieser Rohstoff für die Entwicklung der künftigen Industrie haben sollte. Der Entdecker, L. Drake, starb übrigens wenige Jahre später verarmt. 2) Entstehung von Erdöl Die Erdölreserven, die heute unseren Alltag entscheidend mitgestalten, entstanden vor 20 bis 350 Millionen Jahren in den flachen Sedimentbecken urzeitlicher Meere. Die ältesten bekannten Erdölvorkommen sind rund 500 Millionen, die jüngsten nur gerade 4000 Jahre alt. Die obersten, vom Sonnenlicht durchfluteten Wasserschichten der Weltmeere waren damals wie heute von mikroskopisch kleinen Tieren und Pflanzen, dem Plankton, bevölkert. Nach ihrem Tod sanken diese Lebewesen in die Tiefe, wobei die meisten von ihnen nach und nach verwesten. Ein Teil gelangte jedoch bis auf den Meeresgrund und bildete dort zusammen mit abgesunkenen Sedimenten eine Schicht aus Tiefseeschlamm. 3) Erdölreserven in Mrd. Tonnen (2008) Die günstigsten geologischen Bedingungen für die Bildung von Erdöl herrschten vor Jahrmillionen im heutigen Nahen Osten. Zwei Drittel der heute bekannten Erdölreserven liegen in der Region der arabischen Halbinsel. Saudi-Arabien allein verfügt mit Erdölreserven von rund 36 Milliarden Tonnen über rund einen Viertel der weltweiten Vorräte. Weitere bedeutende Ölvorkommen befinden sich in Kanada, sowie im Irak, in den Vereinigten Arabischen Emiraten, Kuwait und Iran. Riesige Ölmengen lagern auch im Untergrund von Mittel- und Südamerika (Venezuela und Mexiko), in der Gegend rund ums Kaspische Meer, sowie im nördlichen und westlichen Afrika (insbesondere in Libyen und Nigeria). Zahlreiche kleinere Ölfelder liegen weit verstreut rund um den Globus. Die europäischen Reserven sind vor allem in der Nordsee zu finden.

9 Lösungen 9/10 4) Erdoberflächenuntersuchung Jede Suche beginnt mit der Untersuchung der Erdoberfläche. Mit geeigneten Methoden können Anzeichen erkannt werden, die auf eine Ölfalle schließen lassen. Durch Bewegungen in der Erdkruste, bei denen etwa ganze Schichtpakete in Falten gelegt wurden, und durch Erosion, die tief in herausgehoben Gesteinspartien einschneidet, können Informationen über Strukturen herausgelesen werden. 5) Reflektions-Seismik Die Reflektions-Seismik ist die heute verbreitetste geophysikalische Methode bei der Suche nach Erdöl. Jede seismische Messung benötigt als Quelle eine künstliche Erschütterung. Früher benutzte man dazu unterirdische Sprengungen, heute kommen fast ausschließlich Vibratoren zum Einsatz, welche auf Lastwagen installiert sind. Die Erschütterungen werden mit Geophonen (einer Art hochempfindlichen Mikrophonen) registriert. Diese sind in mehreren geraden Reihen in regelmäßigen Abständen ( Meter) in die Erde gesteckt. In einem Messwagen werden die registrierten Erschütterungen mit einem Seismographen aufgezeichnet. Bei den Geophonen treffen zuerst jene Wellen ein, welche sich entlang der Oberfläche ausgebreitet haben. Mit zeitlicher Verzögerung werden dann die Wellen aufgezeichnet, welche in der Tiefe an einem Reflektionshorizont teilweise zurückgeworfen worden sind. Aufgrund der Laufzeiten der Wellen zu den verschiedenen Messpunkten lassen sich sehr genaue Angaben über die Schichtung des Untergrundes errechnen und als Seismogrammprofil grafisch darstellen. 6) Luftbildfotografie Auch aus der Luft kann man die Lagerung der Formationen bereits an der Erdoberfläche erkennen. Dazu bedient sich der Geologe der Luftbildfotografie mit großflächigen, sich überlappenden Flugaufnahmen und Satellitenbilder. Aufgrund einer genauen Analyse lässt sich eine geologische Grundlagenkarte erarbeiten. 7) Ölfallen In der Regel liegen die Ölvorkommen tief unter der Erde, in so genannten Ölfallen. Dies sind undurchlässige Gesteinsformationen welche ein weiteres Aufsteigen von Öl und Gas verhindern; das Öl ist eingeschlossen. Die Speicherschichten wurden im Verlauf der Gebirgsbildung gefaltet, gehoben, auseinander gerissen, verworfen und verfrachtet. Dies schuf die Grundlagen für die Ölfallen. Voraussetzung ist zudem eine poröse Speicherschicht mit hochgedrücktem Erdöl, welche von undurchlässigen Schichten begrenzt ist. Erst an solchen Stellen ist das Erdöl in genügend hoher Konzentration vorhanden, damit es auch gefördert werden kann.

10 Lösungen 10/10 8) Primäre Förderung Bei der Eruptiv-Förderung steigt das Öl durch die Steigleitung allein wegen des Gasdrucks der Lagerstätte auf. Jede Erdöl- und Gaslagerstätte steht unter einem gewissen Druck, der mit je 10 Metern Tiefe um eine Atmosphäre (1 bar) zunimmt. Auch die Temperatur erhöht sich pro 100 Meter Tiefe um ca. 3 Grad Celsius. Diese physikalischen Eigenschaften bewirken, dass im Erdöl immer erhebliche Mengen Gas gelöst sind. Da im Förderrohr der Druck kleiner ist, beginnt das Gas unter Volumen Vergrößerung aus dem Öl zu entweichen. So wird das Öl aus dem Bohrloch gedrückt wie das Wasser aus der Sodaflasche. 9) Sekundäre Förderung Um den Randwasserdruck künstlich zu verstärken, kann Wasser, wenn vorhanden, von der Erdoberfläche in die Lagerstätte eingepresst werden (sekundäre Förderung). Man erhöht mit diesem Flutwasser die Förderrate etwa um die Menge des eingepressten Wassers. Es ist technisch nicht möglich, dem Speichergestein alles Öl zu entziehen. Die starken Kapillarkräfte des Speichergesteins halten das Öl wie in einem Schwamm zurück (Unterirdische Ölseen gibt es ja nicht). Der Entölungsgrad liegt gegenwärtig bei durchschnittlich 30 Prozent. 10) Tertiäre Förderung Bei der tertiären Förderung werden dem Flutwasser bestimmte Chemikalien zugesetzt oder der Lagerstätte wird thermische Energie, beispielsweise in Form von Dampf, zugeführt. Die zugegebenen Chemikalien (Tenside) verringern die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser in den Poren, andere (Polymere) erhöhen die Viskosität des Flutwassers, womit der Verdrängungsgrad verbessert wird. Dies bedeutet, dass sich künftig ein erheblicher Teil der Reserven nicht aufgrund neuer Funde, sondern wegen der Erhöhung des Entölungsgrades ergeben wird. 11) Offshore-Bohrung On- und Offshore Ein großer Teil der konventionellen Erdölvorkommen liegt nicht auf dem Festland («onshore»), sondern «offshore» unter den flachen Meeren der Kontinentalschelfe, etwa in der Nordsee oder im Golf von Mexiko. «Offshore»-Bohrungen erfolgen von schwimmenden oder am Meeresboden verankerten Bohrplattformen oder Schlitten aus und verwenden grundsätzlich dieselben Techniken wie Bohrungen am Festland. Aufgrund der schwierigeren Umweltbedingungen sind sie jedoch wesentlich aufwändiger und kostspieliger. Bei der Suche nach neuen Ölvorkommen stoßen die Bohrequipen immer weiter in Extrembereiche vor. Heute wird in der Arktis ebenso nach Erdöl gebohrt wie im tiefen Wasser des Golfs von Mexiko.