Altklausurfragen Flashcards
Nennen Sie die Isotope des Kohlenstoffs, das Verhältnis der beiden Stabilen zu einander, die Halbwertszeit des Radioaktiven und sein Ausgangselement, sowie die Valenzelektronen des Kohlenstoffs. (4P)
11C (instabil)
12C (stabil), Protonen 6; Neutronen 6; Elektronen 6
13C (stabil), Protonen 6; Neutronen 7; Elektronen 6
14C (instabil), Protonen 6; Neutronen 8; Elektronen 6
99:1 (12C:C13)
Halbwertszeit: 5700 Jahre
Zerfällt zu 14N Valenzelektronen: 4
Was ist der kritische Punkt bei der Erdölbildung? (2P)
180°C
Wann gab es (ungefähr) die ersten: a) Bäume
b) Photosynthese
c) Einzeller,
d) Hartschalentiere (2P)
a) 350 Ma
b) 2500 Ma
c) 3500 Ma
d) 600 Ma
Welche Temperaturen, Drücke und Vitrinitreflexionen kennzeichnen Anfang und Ende des Erdölfensters? (3P)
Anfang:
T = 80°C
P = 2 km Überlagerungsdruck
V = 0,5
Ende:
T = 180°C
P = 5 km Überlagerungsdruck
V = 1,3
Welcher Naturstoff kommt nur in Pflanzen vor? (2P)
Lignin
Wann im Jahr wird das meiste OM abgelagert und wo gibt es diese jahreszeitliche Unterscheidung nicht? (2P)
Im Sommer
Innerhalb der Wendekreise
Nennen Sie Arten der Kerogenanalyse/ -klassifizierung und ihre Vor- und Nachteile. Welche Verfahren eignen sich besonders zur Reifebestimmung? (5P)
Elementaranalyse
Vorteile: Kerogen wird isoliert angeschaut
Nachteile: S-Gehalt kann nicht bestimmt werden, viel Aufwand,
Voraussetzung: Kerogentrennung und Herauslösen der Minerale
Rock-Eval-Pyrolyse
Vorteile: Bestimmung O-Gehalt, Thermische Reife Nachteile: Wassergehalt ist unbestimmt, Gesamte Probe wird angeschaut, anstatt nur Kerogen
Mikroskopie des OM
Vorteile: ob Probe Gas- oder Erdölbildner ist (Vitrinit=Gas, Liptinit=Öl), Herkunft durch vorhandene Mazerale eingrenzbar, Rückschlüsse auf O/C und H/C Verhältnisse
Nachteile:
Erklären Sie detailliert die Vorgehensweise der Rock-Eval-Pyrolyse. Wie werden die Peaks bestimmt, welcher Parameter bestimmt den O-Gehalt und welche die thermische Reife? (7P)
Gesteinspulver wird ohne Sauerstoff erhitzt Bei 300°C wird eine Probe drei Minuten lang erhitzt, um die meisten KW zu verdampfen -> Menge an ausgetretenen freie KW ist S1-Wert
Anschließend wird die Temperatur mit einer Heizrate von 25K/min auf 550°C erhöht wodurch Crack-Reaktionen stattfinden, die dann verdampfen -> Menge an ausgetretenen freie KW ist S2-Wert -> Temperatur, bei der die Menge der verdampften Stoffe am höchsten ist, ist Tmax
Der Ofen wird wieder abgekühlt -> Beim Durchfahren des Bereichs von 390-300°C wird CO2 frei -> Menge ist S3-Wert
O-Gehalt bestimmt durch OI-Parameter (S3/TOC) Thermische Reife: PI-Parameter (S1/(S1+S2))
Nennen Sie Orte hoher Bioproduktion an Land und zu Wasser. Wo entsteht mehr OM pro Quadratmeter? (4P)
An Land: Wälder
Zu Wasser: Auftriebsgebiete
Auf dem Land herrscht eine 3-4 Mal höhere Bioproduktion als im Wasser
Nennen Sie 7 Gase im tieferen Untergrund (Sedimentbecken), davon min. 4 KW und jeweils einen Entstehungsprozess. (6P)
Methan (CH4) -> Mikrobielle Bildung aus OM, v. a. bei T = 20-60°C möglich, bedingt auch durch Mantelentgasung und vulkanische Prozesse
Ethan (C2H6)
Propan (C3H8)
Butan (C4H10)
Alle entstehen durch thermische Degradation von OM, bei T = 130-280°C
Molekularer Stickstoff (N2) -> OM (Kerogen), ca. 1-2%N Buddingtonit und NH4-Illite Entsteht bei T > 200°C
Kohlenstoffdioxid (CO2) -> Lösung von Carbonaten (z.B. saures Milieu/ große Tiefen) Durch Methanogenese (C6H12O6 -> 3CH4 + 3CO2) Thermische Bildung aus OM meist bei T = 60-120°C Wichtiges vulkanisches Gas
Schwefelwasserstoff (H2S) -> Bakterielle Sulfatreaktion (SO4 + CH4 -> H2S + CO2), erfolgt bei T <= 100°C Thermische Sulfatreaktion (s.o.), erfolgt bei T >= 120°C und hat als Quelle Anhydrit (CaSO4) Kommt als Süß- und Sauergas vor (Sauergas hat höheren H2S-Gehalt)
Erläutern Sie 2 Arten von stratigraphische Fallen. (4P)
Vertonung: Sand geht lateral in Ton über Entstehung z.B. an Flüssen: Sand lagert sich eher in Flussnähe ab, weiter entfernt lagern sich zeitgleich Ton/ Silt ab Tonschicht grenzt an Sandschicht und somit entsteht eine Falle
Burried hills: Hartes Gestein (z.B. Granit) wird von Sedimentschichten überlagert und zerklüftet mit der Zeit, wenn Erdölmuttergestein darunter liegt, kann in diesem Burried Hill eine Lagerstätte entstehen, da die Sedimente (Ton) als Abdichtungsschicht fungieren
Definieren Sie Reserven und Ressourcen. Erklären Sie die statische Reichweite und zwei Gründe, warum sie nicht der Realität entspricht. Wie hoch ist die tägliche Erdölförderung und welches Land verbraucht 25% des weltweiten Öls? (4P)
Reserven sind Vorkommen, welche in der Gegenwart mit verfügbaren Techniken wirtschaftlich gefördert werden können und juristisch freigegeben sind.
Ressourcen sind bekannte Vorkommen welche zu Reserven zählen, aber auch solche, die in der Gegenwart nicht wirtschaftlich oder technisch gefördert werden können (oder juristisch nicht rechtlich freigegeben sind).
Die statische Reichweite wird aus dem heutigen Verbrauch/ Förderung und den heutigen Reserven berechnet. Allerdings werden fast täglich Ressourcen zu Reserven und vise versa, da sich die Marktpreise ändern, neue Techniken auf den Markt kommen und, wenn die Reserven/ Ressourcen knapp werden, kommt es zu neuen Explorationen, bei denen häufig neue Lagerstätten entdeckt werden.
80 Mio. Barrel/d
USA
Nennen Sie 3 Länder mit hoher Erdölförderung in Afrika. (3P)
Nigeria Angola Algerien
Nenne Sie zwei bedeutende spätpaleogene Sedimentbecken. (2P)
Südlicher Oberrheingraben
Alpines Molassebecken
Klassifizieren Sie Erdöle und nennen Sie die 2 Häufigsten. (7P)
Klassifikation:
- chemische Zusammensetzung
- Dichte
- Viskosität
- Schwefel-Gehalt
2 Häufigste:
- parafinisch-Naphtenische Öle (Nordsee) Muttergestein:Marin, tonig
- Aromatisch-intermediäre Öle (Arabische Plattform) Muttergestein: Karbonatisch
Wo wird terrestrisches organisches Material abgelagert und welche Kerogentypen erwarten Sie?
Moore
Typ III = Kohlen (alles terrestrische), O-reich, Gasbildner, aus höheren Landpflanzen
Zu welcher Gruppe der Naturstoffe gehören Cellulose und Fette? Charakterisieren Sie beide Stoffe hinsichtlich Chemismus, Herkunft, strukturellem Aufbau (mit Skizze!) und Stabilität
Cellulose: Kohlenhydrate
Chemismus: O2 reich alle Pflanzen,
Fette: Lipide
Chemismus: H2 reich Algen, Schutzorgane, stabil KW Kette mit Carboxylgruppe am Ende
Wie unterscheidet sich der Arktische Ozean von den anderen Meeren hinsichtlich Bioproduktion und Erhalt von organischem Material?
Sehr hohe Bioproduktion in kurzer Zeit (Sommermonate)
äquatornähe=gleiche Verteilung der Biomasse über das Jahr
Nordatlantik= Maxima Frühling, Herbst
Nordpazifik= Maxima Sommer, Winter Erhaltung von organischem Material schlechter in kaltem Wasser
Wie hängen Sedimentationsrate und der Gehalt an Corg zusammen?
- Hohe Sedimentationsrate bewirkt, dass abgelagertes Corg schnell überdeckt und somit geschützt wird. Höherer Gehalt möglich
Welche Mazeralgruppen gibt es und wie können diese chemisch und petrographisch unterschieden werden?
- Vitrinite
- >H/C=mittel
- >O/C=Hoch
- >Hauptbestandteile: Cellulose, Lignin
- Liptinite
- >H/C=Hoch
- >O/C=niedrig
- >HBS: Algen, Sporen, Wachse
- Inertinite
- >H/C=niedrig
- >O/C=niedrig
- >Holzkohle, Pilze
Was ist „Nassgas“ und was bedeutet „Sauergas“?
Nassgas: erhöhter Anteil (>15%) an schweren Kohlenwasserstoffen (C3H8+x)
Sauergas: hoher Schwefelwasserstoffgehalt ( >1%)
Nennen Sie 2 Sedimentbecken in denen Erdgaslagerstätten zu finden sind und Salzgesteine eine wichtige Rolle spielen.
- European Permian Basin (Groningen)
- CEBS/ Norddeutsches Becken - South Pars (Katar/ Iran)
Wie lange werden (große) Erdöllagerstätten gefördert und warum?
Werden 50 bis 100 Jahre gefördert
Wenn das Öl zu schnell gefördert wird, dringt Wasser ein und es kann somit nicht das volle Potential ausgeschöpft werden
Wie ist der Zusammenhang zwischen Porosität und Permeabilität? Welche Gesteine besitzen eine besonders hohe/ niedrige Permeabilität, warum? In welcher Einheit wird die Permeabilität gemessen?
Die Permeabilität ist in der Regel linear abhängig von der Porosität (z.B. in Sandstein), Ausnahmen sind Kalkstein (hohe Porosität, niedrige Permeabilität) und Karst (hohe Permeabilität, geringe Porosität)
Hohe: Karst, da Klüfte relativ groß und i.d.R. gut verbunden
Geringe: Tonsteine, Porenräume sehr klein; die max. Permeabilität von Tonstein ist beispielsweise die min. Permeabilität von einem Sandstein (Permeabilität ist erst gegeben, sobald die Porosität 20-Vol.% beträgt) Wird in (Milli)Darcy gemessen
Erklären Sie Diffusion und warum ist diese bei der Migration von Erdöl wichtig?
Ist der ohne äußere Einwirkung eintretende Ausgleich von Konzentrationsunterschieden als natürlich ablaufender physikalischer Prozess
Wichtig für die Migration von Erdöl, da teils nur Konzentrationsunterschiede vorhanden sind und ohne diese würde das Erdöl nicht migrieren können, da keine anderen Prozesse/ Einwirkungen vorliegen
Was ist Primärproduktion und wie ist sie in den Bezug zum Erhalt von Corg zu setzen?
Produktion von Biomasse durch die Produzenten (Pflanzen, autotrophe Bakterien) mithilfe von Licht oder chemischer Energie aus anorganischen Substanzen
Bezug zu Erhalt von Corg: das meiste wird von Konsumenten und Destruenten wieder zu anorganischem C umgesetzt.
Was ist „Shale-Gas“-Förderung, wie wird sie durchgeführt, wie unterscheidet sie sich von der konventionellen Erdgasförderung und in welchen Regionen wird sie vor allem betrieben?
Ist eine unkonventionelle Art der Gasförderung
Erfolgt durch Fracking, also Aufspaltung von Schiefergesteinen, damit das Gas durch Bohrungen an die Oberfläche gefördert werden kann
Cracks werden durch Bohrspülungen aus Sand, Mineralen und Chemikalien offengehalten, damit das Gas aus diesen in das Bohrloch gelangen kann
Wird vor allem in den USA betrieben (Mittlerer Westen)
Wovon hängt die Wirtschaftlichkeit einer Erdöllagerstätte ab?
Kosten für Förderung (geologische Lage),
Aufbereitungskosten (Chemische Zusammensetzung),
Transport (geographisch, politisch),
Verfügbarkeit von Technik,
Marktpreis
Wie viel Liter sind ein Barrel?
159 l
Korngrößen
Wo liegt das Fenster von Erdölmuttergestein?
Ton: < 0,002 mm Silt: 0,002-0,063 mm Feinsand: 0,063 - 0,2 mm Mittelsand: 0,2-0,63 mm Grobsand: 0,63-2mm Kies: >2mm
Ton bis Mittelsilt
Bei der Verbrennung von organischem Material wird Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Nennen Sie noch weitere Verbrennungsedukte, welche CO2 freisetzen
Kohlenstoffdioxid wird auch bei der Verbrennung von Karbonaten freigesetzt, zum Beispiel: Kalzit, Dolomit, Ankerit und Siderit
Berechnen Sie den Kohlenstoffanteil von CaCO3 bei einem TIC von 2%
Atommasse für Ca= 40 ; O= 16; C=12 CaCO3= 40+12+ 3*(16) = 100 (Molare-Masse)
Molare-Masse/Atommasse Kohlenstoff= 100/12= 8,333
8,333*2%= 16,66% Folglich ist der Kohlenstoffanteil bei einem TIC bei Kalzit bei 16,66%
Warum ist 14C nach 40000 Jahren nicht mehr nachweisbar?
Durch den Zerfall von 14C entsteht 14N. Da die Halbwertszeit von 14C 5700 Jahre beträgt, ist alles 14C nach 40000 Jahren zu 14N zerfallen
Photosynthesereaktion
6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2
Nennen Sie die Organismen im Watt (marin).
Nekton (Schwimmen aktiv im Wasser->Fische)
Plankton (Treiben mit der Strömung-> Algen)
Benthos (Leben auf/im Sediment des Meeres->Schnecken, Würmer; Benthos unterschieden in endo Benthos und epi Benthos)
Welches sind die vier Stoffe neben Erdöl in denen Kohlenstoff vermehrt vorkommt?
Diamant, Graphit, Koks, Steinkohle, Anthrazit (fast reines Corg)
Naturstoffe des Lebens + Besonderheiten nennen.
Proteine (viel Sauerstoff; kommen vor in N-haltigen Pflanzen und Tieren, mehr in Bakterien und Algen, wenig in höheren Landpflanzen)
Lipide (viel H2 reiche Org. Verbindungen; kommen in Algen vor und Schutzorgane von Pflanzen; stabil)
Kohlenstoffhydrate (Cellulose/sauerstoffreich/mittlere Stabilität)
Lignin (aromatischer Kern; Stützgewebe höherer Landpflanzen; sehr stabil)
Was beeinflusst die Photosynthese unter Wasser?
- Schwebestoffe im dreckigen Wasser
- Photosynthesegrenze bei 100m
- Einfallswinkel
- Sonnenintensität
Zu welcher Tageszeit ist die Bioproduktion am größten?
Auf Grund des Sonnenstandes erfolgt Photosynthese tagsüber, demnach ist die Bioproduktion in der Nacht am höchsten. Der Hochpunkt der Bioproduktion ist gegen 04:00!
Wofür steht DIC ?
Dissolved Inorganic Carbon
Wie sind die Anteile der Bioproduktion von organischem Material im terrestrischen und im aquatischem Milieu?
terrestrisch:
Wälder 65%
Landwirtschaft 18%
Steppe/Grasland 13%
Wüste 4%
aquatisch:
Auftriebsgebiete 50%
Schelfgebiete 49%
Offener Ozean 1%
,,An Land ist die Bioproduktion 3-4mal größer als im Wasser” (Bioproduktion ist heute deutlich hoher als vor 50 Jahren -> CO2 Ausstoß und höhere Temperaturen regen die Bioproduktion an -> Pflanzen wachsen schneller)
Beispiel: gegeben: Std.: 1,1% 13C, Pro.: 1,07% 13C d13C = ((13C/12C)Pro. - (13C/12C)Std. / (13C/12C)Std.) * 1000
Ergebnis: d13C = ((1,07%/98,93%) - (1,1%/98,9%) / (1,1%/98,9%)) * 1000 = -27,57 Promille
C3- Pflanzen haben eine Fraktionierung von -26,5%. C4 Pflanzen -12,5%. Welche Größenordnung in d13C [%.] haben Microbial Gas, Bakterien, Karbonate und in welchem Bereich liegt das Kerogenfeld?
Microbial Gas: -100 bis -60
Bakterien: -55 bis -45
Karbonate: -5 bis +20 (Hauptteil liegt bei 0)
Der Durchschnitt der Erde liegt bei d13C -7%. Das Kerogenfeld liegt im Fenster der C3- Pflanzen bei -30 bis -24%.
Durch welche Events wurde die gleichförmige Evolution unterbrochen?
K/T-Grenze: Yucatan-Meteroit
Perm/Trias: Stärkstes Aussterbeevent
Frasne/ Famenne (im Devon): Schwarzschieferbildung
CTBE (Kreide): Schwarzschieferbildung
Was bedeutet autotroph und in welche zwei Arten von autotroph lassen sich solche Organismen unterteilen?
Bezieht sich auf Pflanzen
Entwickeln sich gut selber Sonnenlicht als Energiequelle (-> photoautotroph)
Photoautotroph sind meist grüne Pflanzen
Chemoautotroph: S-/N-Verbindungen als Quelle Einige Bakterien sind chemoautotroph
Was bedeutet heterotroph und in welche zwei Arten lassen sich solche Organismen unterteilen?
Bezieht sich auf Tiere und Bakterien
Besonderes Merkmal: Fressen Pflanzen und andere Tiere für den Bau einiger Substanzen
Photoheterotroph: Nutzen Sonnenlicht als Quelle Nur S-freie Purpurbakterien sind photoheterotroph
Chemoheterotrpoh: Nutzen O2, SO4 etc. zur Verbrennung Alle Tiere, fast alle Bakterien und nichtgrüne Pflanzen sind Chemoheterotroph
Nennen Sie die genaue Atommasse des Kohlenstoffs sowie seine Hauptgruppe
Atommasse: 12,0107u Vierte Hauptgruppe
Aus welchen Stoffen bestand die Uratmosphäre?
Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan und Ammoniak
Auffallend ist das kein Sauerstoff vorhanden war, heute liegt der Sauerstoffgehalt innerhalb der Atmosphäre bei 21% (seit 400 Mio a)
Was waren/sind ursprünglichen Energiequellen?
Sonnenstrahlung, Radioaktivität, vulkanische Aktivität und Impakte
Was sind die fünf quantitativ wichtigsten Elemente von OM?
C (12u), H(1u), O(16u), N(14u), S(32u)
Wann kommt es zu Regressionen, wann zu Transgressionen? Was passiert bei diesen Vorgängen bezüglich des Nährstofftransports?
Regressionen: Eiszeiten und geringer ozeanischer Vulkanismus
Transgressionen: Warmzeiten und hoher ozeanischer Vulkanismus
Regression: Bildung von Torf
Transgression: Nährstoffe werden von Land ins Wasser transportiert -> Bildung von Kohle (Überflutung kann max. 200m Mächtigkeit erschaffen)
Wo findet die marine Bioproduktion statt?
Küstengebiete, Schelfgebiete, Flüsse, Kontinentalränder Offenes Meer -> keine Bioproduktion, da nur sehr wenige Nährstoffe, kaum Fische
Wie entsteht Flysch?
Turbiditströme -> Sedimentmasse durch Suspension des Wassers transportiert -> grobes Material setzt sich ab (Bouma-Zyklus)
Chemische Zusammensetzung von Buttersäure bzw. Palmitinsäure
15C 31H (Pentadecan) mit COOH-Rest
Wofür sind Lipide, Kohlenstoffhydrate und Lignin jeweils die Ausgangsstoffe?
Lipide: Erdöl
Kohlenstoffhydrate: Kohle Lignin: Kohle und Gas
Wie korreliert die Wassertemperatur mit der Viskosität?
Höhere Viskosität des Wassers bei geringerer Temperatur
Geg:
1) Org. Partikel 1,3g/cm^3 ; 100*10^-6m
2) Org. Partikel 1,3g/cm^3 ; 1*10^-3m
3) Org. Partikel 2,65g/cm^3 ; 100*10^-6m
Alle Partikel haben 1,5*10^-3 Pa*s Berechnen Sie die Fallzeit der organischen Partikel?
Formel Stoke´sches Gesetz: v= (D^2/18) * (S2-S1) * g v= (2r^2/g) * [((S1-S2) * g)/Dynamische Viskosität]
Einheiten: v= [m/s] S1= [kg/m^3] Wasser S2= [kg/m^3] Partikel g= [m/s] Dynamische Viskosität [Pa*s=kg/m*s]
Lösung:
1) 1,09 mm/s
2) 100 mm/s
3) 6 mm/s
Zusatzwissen: -kugelig schnellste Fallzeit, platte Partikel durch Aerodynamik langsamer - Der Golfstrom fließt im Vergleich mit 10m/s
Was besagt das Hjülström-Diagramm?
Das Hjulström-Diagramm beschreibt die Stabilität von klastischen Sedimentablagerungen oder anderen Partikelakkumulationen (z. B. Regolith bzw. Boden) hinsichtlich der Fließgeschwindigkeit von Wasser.
Grundsätzlich folgt aus dem Diagramm:
Die Fließgeschwindigkeit v, die für die Erosion eines Korns bzw. Partikels nötig ist, ist stets größer als die Fließgeschwindigkeit, die nötig ist, diesen Partikel nicht zur Ablagerung kommen zu lassen (in Suspension zu halten).
Je höher die Fließgeschwindigkeit, desto größer kann das transportierte Korn (d) sein (v ist direkt proportional zu d)
Je kleiner der Korndurchmesser d, umso geringer ist die notwendige Fließgeschwindigkeit v, um Erosion herbeizuführen