Eifel-Hauch

Kohlensäure - Naturphänomen der Vulkaneifel

Rolf-Dieter Arndt, Gerolstein

Weltweit gibt es zahlreiche Vulkanfelder, zum Beispiel im französischen Zentralmassiv, in Mitteleuropa und Amerika. Sie sind in der Landschaft für den Betrachter erkennbar an ihren charakteristischen Schlackenkegeln und oft auch ausgebildeten Maaren. Die typische Größenordnung dieser Vulkanfelder liegt zwischen 10 und 50 Kilometer und besitzt zahlreiche Eruptionszentren. Bezüglich der vulkanischen Aktivitäten werden diese Vulkanfelder als ruhend bezeichnet. Nach aktuellen Forschungsergebnissen sind sie jedoch nicht erloschen. Eine weltbekannte Region für dieses Phänomen ist der Raum der „Vulkaneifel“.
Das Andauern der magmatischen Prozesse im Erdmantel zeigt sich durch den Austritt von Gasen - vor allem Kohlenstoffdioxyd (CO2), im Volksmund auch „Kohlensäure“ genannt. Als Spurengas ist darüber hinaus häufig Helium vorhanden. Ein Indiz dafür, dass es sich bei dem (CO2) um ein Gas handelt, das aus natürlichen Quellen stammt. Die moderne Isotopenanalytik erlaubt es heute Natur-Kohlensäurevorkommen von CO2-Immissionen aus industriellen Prozessen, zum Beispiel der Verbrennung oder Benzinherstellung zu unterscheiden. Die Gase aus flüssigen Magmen der tiefen Erdschichten sind aufgrund ihrer geringen Viskosität und Dichte in der Lage die Erdoberfläche zu erreichen, da sie mit den Gesteinen des Grundgebirges praktisch nicht reagieren. Sie treten an die Oberfläche als Gasmofetten oder natürliche Mineralquellen aus.

Mineralwasservorkommen im Blockbild einer Vulkanlandschaft

Der natürliche CO2-Nachschub aus dem Magmafluss in der Vulkaneifel wird auf jährlich mehrere tausend Tonnen geschätzt. Bei der Lösung des CO2 in Wasser verschiebt sich der pH-Wert des Grundwassers von neutral in Richtung sauer und ermöglicht so Lösungsvorgänge zur Auslaugung bzw. Anreicherung von Mineralien und Spurenstoffen aus den Gesteinen. Es entstehen die bekannten je nach CO2-Lösungsanteilen mundartlich ausgewiesenen Sprudel, Säuerlinge, Sauerwässer oder Drees.
In Gemarkungs- und Flurnamen der Region sind häufig Hinweise auf diese Austritte in der Landschaft dokumentiert. Das in Grundwässern gebundene CO2 wird in Richtung der Täler mit ihren Bach- bzw. Flusssystemen sowie Quellaustritten abtransportiert, und ist dort gut in der Natur zu beobachten. Wird der Grundwasserstrom mit der gelösten Kohlensäure durch Bohrbrunnen oder in natürlichen Quellaustritten gefasst ist eine Gewinnung des Gases möglich. Durch Ausschütteln von Wasserproben in einem Reagenzglas sind CO2-Gehalte ab 0,2g/l durch eine zischende Trennung des Gases gut zu beobachten. Ein niedriger pH-

Wert am Quellauslauf allein ist jedoch nicht zwangsläufig ein Hinweis auf CO2, da zum Beispiel in Waldgebieten häufig die Pufferkapazität des Bodens nicht ausreicht, um CO2-Einträge aus der Luft zu neutralisieren. Das geheimnisvolle Gas CO2 hat die Menschen schon immer interessiert und neugierig gemacht. Gelegentlich wurde von tödlichen Erstickungsunfällen berichtet, die nicht erklärbar waren. Der Römer Plinius spricht vom Spiritus latalis - tödlicher Geist. Die Entstehung und Wirkung von Kohlensäure haben die Menschen jedoch schon vor tausenden von Jahren bei der Bierherstellung oder der Weingärung beobachtet. Sie konnten diese Erscheinung nur nicht deuten. Aufklärung brachte die Wissenschaft.
Der Brüsseler Arzt und Chemiker van Helmont entdeckte Anfang des 17. Jahrhunderts, das CO2 als Bestandteil der Luft. Der französische Physiker Lavoisier (1743 - 1794) erkannte die chemische Zusammensetzung aus einem Atom Kohlenstoff und zwei Atomen Sauerstoff und entschlüsselte damit das Gas. Lavoisier’s Namensgebung „acide carbonique“ führte wahrscheinlich zu der heute noch gängigen Handelsbezeichnung „Kohlensäure“ (richtigerweise entsteht Kohlensäure erst, wenn CO2 in Wasser gelöst wird). Die wichtigsten Eigenschaften der Kohlensäure sind: farblos- geruchlos - nicht brennbar - geschmacksneutral - nicht giftig - keimfrei, baktericid.

Die hohe Reinheit, sowie die bemerkenswerten physikalischen Eigenschaften bilden die Grundlage für zahlreiche Anwendungsgebiete von Kohlensäure in Industrie, Gewerbe und Forschung, die man in dieser Fülle kaum vermutet. Dazu einige Beispiele: Lebensmittel-Industrie: Produktkühlung - Schockfrosten - Frischeschutz für Verpackungen, Aromastabilisierung - Koffeinentfernung. Technik: Härtung von Gusskernen - Schutzgas-schweißung - Formenkühlung. Umweltschutz: Abwasserneutralisation - Brandlöschverfahren.Die industrielle Nutzung der lokalen CO2-Vorkommen im Kreis Daun erfolgt heute ausschließlich in den drei hiesigen Mineralbrunnen als natürliche Zutat in der Getränkeherstellung - „mit eigener Quellkohlensäure ver-setzt“ - und als Handelsprodukt für technische Gase der Dauner Burgbrunnen Max Grünbaum u. Co. KG Kohlensäurewerk Daun. Die Grundlage der technischen Nutzung der CO2 wurde durch den Deutschen Gymnasiallehrer Dr. Wilhelm Raydt, Hannover geschaffen, indem es ihm gelang, mit Hilfe eines Kolbenverdichters, eines Entspannungsventils und einer Wasserkühlung das verdichtete und dann entspannte Gas durch Abkühlung zu verflüssigen. Je nach Druck und Temperaturführung liegt CO2 in fester (Trockeneis), flüssiger oder gasförmiger Form vor und kann entsprechend einer Nutzung zugeführt werden. Der flüssige Zustand ist wichtig für die Lagerung (100/250 to) und den Transport von CO2 in Straßen- und Bahnfahrzeugen, bei Lagerbedingungen von -25° bis -35° C und 25 bar Druck. Kohlensäure als Handelsgut wird auch in CO2-Druckgasfla-schen vertrieben (45/60 bar). Bei der Verflüssigung von Kohlensäure sind Temperaturen von -79°C erreichbar, so dass die Anwendung zum Kühlen und Schockfrosten besteht. Die Verteilung bzw. das Lösen von CO2 in Mineralwasserabfüllungen erfolgt bei Wassertemperaturen von 20°C und einem Sättigungsdruck von 4,5 bar. Handelsübliche Getränkeabfüllungen enthalten circa das 2,5-fache des Flaschenvolumens als gelöste Kohlensäurezugabe. Schlagartiges Öffnen der Flasche bzw. das Schütteln des Getränkes führt die unsichtbar verteilten Gasteile in der Flüssigkeit blitzartig zu groben Blasen zusammen, die dann aus der engen Flaschenmündung explosionsartig herausschäumen. Der Sprudeleffekt!!
Die aufgezeigten Anwendungen der Kohlensäure sind als natürlicher Kreislauf zu betrachten. Der Eintrag ist daher mengenmäßig im Sinne des Umweltgedankens zu vernachlässigen. Sorgen bereitet allerdings der zu beobachtende Anstieg der CO2-Anteile in der Atmosphäre durch die weltweit wachsende Industrialisierung und das Verkehrsaufkommen und dem damit verbundenen Treibhauseffekt. (Abholzung der Wälder, Verbrennung fossiler Energien, verbunden mit hohem CO2-Ausstoss).

Quellen:

Produktinformation C.G.Rommenhöl-ler GmbH. (Aga)
Klaus. - D.Krinniger - Kohlendioxyd-Kohlensäure-CO2,Verlag Moderne Industrie
Franz May, Quantifizierung des CO2-Flusses zur Abbildung magmatischer Prozesse im Untergrund der Westeifel, Shaker-Verlag
Bilder: Verfasser