Der Ursprung von Erdöl (Teil 3): Das Fazit der wissenschaftlichen Diskussion | Von Jochen Mitschka

Im zweiten Teil dieser Serie haben wir gezeigt, dass sich sowohl die biogene als auch die abiogene Entstehung von Kohlenwasserstoffen im Labor experimentell nachweisen lassen – und dass die klassische Geologie spektakuläre Ölfunde im kristallinen Urgestein, etwa im Dnjepr-Donez-Becken oder in Tatarstan, nicht als Beleg für einen Aufstieg aus dem Erdmantel wertet, sondern als Ergebnis klassischer Migration entlang tektonischer Risse.

Ein Meinungsbeitrag von Jochen Mitschka.

Doch damit ist die Kontroverse nicht ausgeräumt. In diesem dritten und letzten Teil wenden wir uns der wohl provokantesten Antwort auf das ungelöste Biomarker-Problem zu: Thomas Golds Theorie der „Deep Hot Biosphere„. Anschließend gehen wir der Frage nach, ob die immer wiederkehrende Deckungsgleichheit beider Theorien am Ende nur Zufall sein kann – und ziehen das Fazit dieser gesamten wissenschaftlichen Debatte, die im ersten Teil dieser Serie ihren Ausgang bei den wirtschaftlichen Interessen hinter Bio- und Abiogenese nahm.

Thomas Golds „Deep Hot Biosphere“ im Kreuzfeuer

Thomas Gold versuchte, das eklatante Biomarker-Problem seiner Theorie (das Vorhandensein rein biologischer Moleküle im tiefen Öl) durch ein faszinierendes Konzept zu lösen: die Deep Hot Biosphere. Er postulierte, dass das Öl tatsächlich rein anorganisch aus dem Mantel aufsteigt, in der Erdkruste jedoch von extremophilen, tiefenlebenden Bakterien als Nahrung genutzt wird. Die biologischen Spuren im Öl seien demnach keine Relikte von Urzeit-Plankton, sondern die sterblichen Überreste dieser Tiefen-Mikroben.

Die moderne Geochemie konnte diese Hypothese inzwischen überprüfen. Zwar hatte Gold recht mit der Annahme, dass es mikrobielles Leben in extremen Tiefen gibt, die chemische Feinstruktur der Biomarker im Rohöl widerspricht jedoch seiner These. Die Verteilung bestimmter Kohlenstoff-Isotope und die spezifische Geometrie der Porphyrin-Moleküle im geförderten Erdöl entsprechen exakt den Photosynthese-Produkten von Algen und marinen Organismen an der Oberfläche – sie lassen sich nicht durch den Stoffwechsel rein chemosynthetischer Tiefenbakterien reproduzieren.

Die Antwort der Gold-Schule

Um ihre These zu verteidigen, nutzen Anhänger der Gold-These eine dreistufige Gegenargumentation, die von der Neudefinition der Biomarker bis hin zu kosmischen Vergleichen reicht:

A. Das „Bio-Addition“-Prinzip (Die Kontaminations-These)

Thomas Gold selbst argumentierte, dass Geochemiker den Unterschied zwischen der Entstehung von Erdöl und dessen Veredelung verwechseln.

• Die Antwort: Nach Golds Auffassung wandert das anorganisch im Erdmantel entstandene Öl durch Risse in der Erdkruste nach oben. Auf diesem Weg passiert es unweigerlich die kilometerdicke Zone der Deep Hot Biosphere. Die dort lebenden, extremophilen Mikroben ernähren sich vom aufsteigenden Öl, sterben darin und hinterlassen ihre chemischen Hüllen.
• Das Argument: Gold bezeichnete die Biomarker daher als „Bio-Addition“ (Biologische Beimischung). Er verglich Erdöl mit einer Kanne Wein, in die eine Fliege fällt: Niemand würde behaupten, der Wein sei aus Fliegen entstanden, nur weil man Fliegen-DNA darin findet. Die biogene Feinstruktur zeigt laut Gold lediglich, womit das Öl auf seinem Weg in Kontakt kam, nicht woraus es besteht.

B. Die thermodynamische Unausweichlichkeit im Labor

Wegweisende Vertreter der russischen Schule (wie J. F. Kenney) gingen noch einen Schritt weiter und bezichtigten westliche Geochemiker einer Fehlinterpretation chemischer Gesetze.

• Die Antwort: In mathematisch-thermodynamischen Berechnungen wiesen Forscher nach, dass komplexe Moleküle wie Isoprenoide, Pristan oder Phytan (die typischen Biomarker) energetisch absolut stabil genug sind, um unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen des Erdmantels rein anorganisch zu entstehen.
• Das Argument: Kenney argumentierte in seinen Arbeiten, dass die molekulare Feinstruktur und Geometrie dieser Moleküle keineswegs ein Monopol des Lebens (der Photosynthese) sind. Unter Drücken von über 30 Kilobar (Mantle-Bedingungen) zwinge die Thermodynamik die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome exakt in jene geometrischen Gitterstrukturen, die man heute im Rohöl findet. Das Vorhandensein dieser Strukturen sei daher ein Beweis für hohen Druck aus der Tiefe und nicht für biologische Prozesse an der Oberfläche. Eine starke Argumentation.

C. Der kosmische Gegenbeweis (Meteoriten und Titan)

Für Gold und seine Anhänger ist der stärkste Trumpf gegen das Biomarker-Argument der Blick ins Weltall.

• Die Antwort: In kohligen Chondriten (einer bestimmten Klasse von Meteoriten) sowie in den dichten Wolken und Seen des Saturnmondes Titan wurden komplexe organische Moleküle, darunter Aminosäuren und langkettige Kohlenwasserstoffe (wie Isoprenoide), nachgewiesen.
• Das Argument: Da auf diesen Himmelskörpern nachweislich nie Photosynthese, Wälder oder marines Plankton existiert haben, müssen diese komplexen Moleküle dort rein anorganisch (abiogen) entstanden sein. Die abiogene Schule fragt die biogene Geochemie: Wenn das Universum komplexe Kohlenwasserstoffketten ohne ein einziges Lebewesen fehlerfrei synthetisieren kann, warum sollte die Erde dafür Plankton benötigen?

Die Anhänger von Thomas Gold drehen das Argument der Geochemiker also um: Sie sagen nicht, dass die biologischen Ähnlichkeiten erfunden sind. Sie sagen, dass das Leben selbst eine evolutionäre Anpassung an die bereits vorhandenen, tiefen Kohlenwasserstoffe war. Die Natur hat die Geometrie dieser Moleküle an der Oberfläche (z. B. im Chlorophyll) kopiert, weil sie in der Erdtiefe thermodynamisch bereits vorgegeben waren.

Die Argumente der abiogenen Entstehung erscheinen überzeugend. Könnte es Zufall sein, dass Öl eher gefunden wird, wenn mit biogenen Thesen danach gesucht wird?

Diese Perspektive führt direkt zum Kern des Dilemmas, das Thomas Gold und seine Anhänger aufgeworfen haben. Die Annahme, dass Erdöl ubiquitär (also fast überall) in der tieferen Erdkruste vorhanden sein könnte und die biogenen Suchmethoden nur zufällig darauf stoßen, ist gedanklich bestechend. Sie würde erklären, warum man auch dort Öl findet, wo es laut klassischen Modellen theoretisch kaum sein dürfte.

In der geowissenschaftlichen Praxis wird diese Hypothese des „Suchtrupp-Zufalls“ jedoch durch fundamentale geologische und physikalische Fakten angezweifelt. Das Gegenargument der klassischen Geologie stützt sich im Wesentlichen auf die folgenden drei Punkte:

1. Das Prinzip der geologischen Barrieren (Trockene Bohrungen)

Wenn Öl überall aus der Tiefe aufsteigen würde und ubiquitär vorhanden wäre, müsste man bei Bohrungen im Grunde fast überall auf Spuren von Kohlenwasserstoffen stoßen, sobald man tief genug bohrt.

Die Realität der Exploration zeigt jedoch das Gegenteil: Die weitaus meiste Erdkruste ist ölfrei. Die Erdölindustrie verzeichnet außerhalb der bekannten Sedimentbecken eine enorme Anzahl sogenannter „trockener Bohrungen“ (Dusters). Wenn man in Regionen bohrt, die zwar tektonische Risse und tief reichende Spalten aufweisen, aber kein organisches Muttergestein im Umfeld besitzen, findet man in der Regel keinerlei flüssige Kohlenwasserstoffe. Das Öl ist eben nicht überall, sondern geografisch und geologisch extrem scharf abgegrenzt.

2. Die mathematische Passgenauigkeit der Massenbilanz

Der stärkste Einwand gegen den Zufall ist die quantitative Berechenbarkeit. Die moderne Geochemie nutzt Software-Modelle, die auf der biogenen Theorie basieren (die sogenannte Basin Modeling oder Becken-Modellierung).

Dabei berechnen Geologen:

1. Wie viel Plankton hat sich in einer bestimmten Epoche in diesem Becken abgelagert? (Volumen des Muttergesteins)
2. Welchen Temperaturen war es ausgesetzt? (Reifegrad)
3. Wie viel Öl konnte daraus entstehen und in benachbarte Speichergesteine wandern?

Das verblüffende Ergebnis: Die real geförderten Ölmengen in Feldern wie der Nordsee oder im Golf von Mexiko stimmen mathematisch oft fast exakt mit der Masse des im Muttergestein nachgewiesenen, organischen Kohlenstoffs überein. Wäre das Öl ubiquitär von unten aufgestiegen, gäbe es keinen Grund, warum die Menge des Öls so präzise mit der Dicke und Qualität der darüber- oder darunterliegenden biologischen Sedimentschichten korrelieren sollte.

3. Das Gesetz der Dichte und Migration

Öl ist spezifisch leichter als Wasser. In einer wassergesättigten Erdkruste steigt Öl physikalisch immer so weit nach oben, bis es auf eine undurchdringliche Barriere (wie eine Tonschicht oder Salzstöcke) stößt.

Wenn Öl ubiquitär aus dem Erdmantel aufsteigen würde, müsste es sich unter jeder luftdichten geologischen Schicht der Erde ansammeln. In der Realität findet man diese gigantischen Öllagerstätten aber fast ausschließlich in sogenannten „Erdölfallen“, die in direkter Verbindung mit organischen Schiefern stehen. Unter identischen geologischen Barrieren außerhalb von Sedimentbecken findet man meist nur steriles Grundwasser.

Zusammenfassung der Debatte

Die Vorstellung, dass die biogene Suche nur ein „Symptom“ für das Auffinden eines eigentlich ubiquitären Stoffes ist, bleibt ein faszinierendes theoretisches Konstrukt. Es scheitert in den Augen der Industrie jedoch an der Präzision der Vorhersagen: Ölkonzerne investieren Milliarden nicht auf Basis von Zufallstreffern, sondern weil die mathematische Verknüpfung von urzeitlicher Biologie und heutigem Fundort eine mathematische Realität ist.

Das Phänomen der doppelten Bestätigung:
Wenn zwei Theorien denselben Fund voraussagen

Ein historisches und wissenschaftliches Rätsel wirft jedoch ein völlig neues Licht auf den gesamten Konflikt: In der Geschichte der Erdölexploration gab es wiederholt Fälle, in denen die Vorhersagen beider Lager verblüffend präzise deckungsgleich waren. Insbesondere bei den spektakulären Entdeckungen sowjetischer Geologen im Dnjepr-Donez-Becken oder beim gigantischen Romaschkino-Ölfeld in Tatarstan liefen die Ereignisse nach einem faszinierenden Muster ab: Zuerst sagten Vertreter der abiogenen Schule auf Basis von Erdmantel-Modellen ein Ölvorkommen voraus. Bevor jedoch gebohrt wurde, wendeten andere Geowissenschaftler klassische, biogene Methoden der Beckenanalyse an, bestätigten die Existenz einer geologischen Falle – und die anschließende Bohrung stieß tatsächlich auf riesige Mengen Öl.

Was will uns diese verblüffende Überschneidung sagen? Ist es reiner Zufall, oder übersehen beide Seiten, dass sie flussaufwärts und flussabwärts an demselben Strom stehen? Bei genauerer Analyse offenbart dieses Phänomen drei fundamentale Wahrheiten:

Die tektonische Schnittmenge

Wenn zwei völlig unterschiedliche Theorien auf dieselbe Koordinate im Boden zeigen, liegt das daran, dass sie dieselbe physikalische Geometrie der Erdkruste beschreiben. Die abiogene Logik sucht nach tiefen tektonischen Störungen und Rissen, weil dort die Kohlenwasserstoffe aus dem Erdmantel emporsteigen sollen. Die biogene Logik sucht nach exakt denselben tiefen Störungen, argumentiert jedoch, dass diese Risse als Migrationswege dienen, durch die Öl aus den seitlich oder tiefer liegenden Sedimentgesteinen in Speichersteine wandert. Beide Theorien nutzen dieselbe tektonische Bruchlinie. Die erfolgreiche Bohrung verifiziert somit zunächst nur die Struktur des Untergrunds, liefert aber noch keinen automatischen Beweis für die Herkunft der Flüssigkeit.

Die biogene Methode als wirtschaftlicher Filter

Dass die abiogenen Erstprognosen in der Praxis fast immer durch biogene Werkzeuge (wie die Analyse von Kerogen-Reifegraden oder seismische Beckenmodellierungen) verifiziert werden mussten, zeigt die pragmatische Limitierung der reinen Mantel-These. Die abiogene Theorie kann zwar sagen: „Hier ist die Erdkruste gebrochen, hier steigen Gase auf.“ Sie besitzt jedoch kaum mathematische Formeln, um zu berechnen, ob dieses Öl in wirtschaftlich förderbaren Mengen in einer Porenschicht gefangen bleibt. Erst die biogenen Modelle bringen die Berechenbarkeit von organischen Deckschichten und Speichergesteinen ins Spiel. Sie wirken in der Praxis wie ein Filter, der bestimmt, ob eine Tiefenbohrung finanziell überhaupt rentabel ist.

Fazit: Ein geologisches „Auch, aber…“ und die duale Realität

Die vorurteilsfreie Synthese führt weg vom dogmatischen, ideologisch aufgeladenen „Entweder-Oder“ hin zu einer differenzierten, wissenschaftlichen Koexistenz:

1. Die abiogene Entstehung von Kohlenwasserstoffen ist eine physikalische Realität. Das Labor beweist, dass unter den Bedingungen des Erdmantels Methan und einfache Alkanketten rein anorganisch aus Stein und Wasser synthetisiert werden können. Dass das Universum komplexe organische Moleküle ohne Biologie erzeugen kann, ist kosmochemischer Standard.
2. Die Masse des globalen, flüssigen Erdöls ist biogenen Ursprungs. Die hochkomplexen geochemischen Marker, die optische Aktivität der Moleküle und die spezifischen Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse (¹²C zu ¹³C) weltweit geförderter Rohöle lassen sich chemisch nur durch die biologische Ursuppe aus urzeitlichem Plankton und Algen erklären.
3. Die biogene Theorie dominiert aus pragmatischen Gründen. Die Erdölindustrie nutzt biogene Computermodelle nicht aus dogmatischer Verblendung, sondern weil sie eine verlässliche, mathematische Prognosekraft besitzen, die Milliardeninvestitionen absichert. Für die abiogene Theorie existiert bis heute kein funktionierendes, eigenständiges Modell, das ohne den „biogenen Filter“ vorhersagen könnte, wo im kilometerdicken Urgestein sich förderbare Ölmengen in nennenswerter Konzentration befinden.

Es ist daher die wahrscheinlichste und eleganteste Erklärung, dass beide Prozesse in der Natur nebeneinander existieren.

Es ist denkbar, dass aus den Tiefen des Erdmantels kontinuierlich anorganische Ur-Gase und einfache Kohlenwasserstoffe aufsteigen. Sobald sie jedoch die oberen Schichten der Erdkruste erreichen, treffen sie auf die gewaltigen Sedimentbecken der Erde. Dort vermischen sie sich mit den komplexen, flüssigen Produkten der biologischen Reifung oder dienen der „Deep Hot Biosphere“ – jenen extremophilen Tiefenbakterien – als primäre Nahrung.

Die Natur betreibt keine Ideologie und kennt keine ökonomischen Machtkämpfe. Sie folgt schlicht den Gesetzen der Thermodynamik. Für die globale Energiewirtschaft bleibt das abiogene Öl ein faszinierendes, reales Fundament der Erdtiefe; der Treibstoff, der die Motoren unserer modernen Welt am Laufen hält, bleibt jedoch in seiner Masse derzeit verbunden mit dem fossilen Erbe Jahrmillionen alter Sonnenenergie, eingefangen von den kleinsten Lebewesen der Urzeitoozeane.

Beide Lager haben einen Teil der Wahrheit entschlüsselt – der wirtschaftliche Erfolg gehört demjenigen, der diese Wahrheit am präzisesten berechnen kann.

Damit schließt sich der Kreis dieser dreiteiligen Serie: Von den wirtschaftlichen Interessen, die im ersten Teil hinter der Debatte sichtbar wurden, über die Laborbeweise beider Lager im zweiten Teil bis hin zur komplexen Beweisrealität in diesem dritten Teil zeigt sich, dass die Wahrheit über den Ursprung des Erdöls komplizierter ist, als es Dogmatiker auf beiden Seiten zugeben wollen.

+++

Wir danken dem Autor für das Recht zur Veröffentlichung dieses Beitrags.

+++

Bild: blaues Erdölfass mit Förderanlagen im Hintergrund
Bildquelle: PX Media / shutterstock