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Klima & Rohstoffe

Klimaschwankungen in der Erdgeschichte

Das Klima ist eine weltweite Angelegenheit. In der Erdgeschichte unterlag es kontinuierlichen Schwankungen. Die meiste Zeit war es auf der Erde deutlich wärmer als heute. Temperaturmaxima sind in mehreren Systemen des Phanerozoikums zu beobachten. Etwa im Unteren Ordovizium, im Oberen Devon, im Unteren Perm, in der Unteren Trias und zur Zeit der Oberen Kreide.

Das warme tropische Klima hat weltweit bedeutende Kaolin- und Tonlagerstätten entstehen lassen. In Deutschland zum Beispiel die der Oberlausitz und des Westerwaldes. Die meiste Zeit des Phanerozoikums waren die Polkappen und die Hochgebirge eisfrei. Großflächige Vereisungen gab es dagegen vor allem vom späten Ordovizium bis zum Silur sowie im Karbon. Und natürlich im quartären Eiszeitalter, in dessen letzter Warmzeit wir heute leben.

Globale Klimafluktuationen und Vereisungshasen in der älteren und jüngeren Erdgeschichte bis heute / aus: Meschede (2015)
Globale Klimafluktuationen und Vereisungshasen in der älteren und jüngeren Erdgeschichte bis heute / aus: Meschede (2015)

Das Quartär ist durch die Vereisung beider Polkappen gekennzeichnet, wobei die Vereisung der Antarktis schon vor etwa 35 Millionen Jahren eingesetzt hat. Ursache war die plattentektonische Öffnung der Tasmanischen Straße zwischen Australien und der Antarktis. Hierdurch entstand ein zirkumpolarer Meeresstrom, der die Antarktis weitgehend vom globalen Wärmetausch abgekoppelt hat.

Die Schließung der Meeresstraße von Panama bewirkte schon vor dem Pleistozän eine weitere Abkühlung. Infolge veränderter Meeresströmungen vereisten Grönland und die Nordpolregion durch starke Schneefälle. Ein eindrucksvolles Beispiel wie das Klima der Erde durch plattentektonische Prozesse gesteuert wird.

Seit dem mittleren Pleistozän beobachten wir Klimafluktuationen, bei denen die kälteren Perioden etwa alle 100.000 Jahre von einer relativ kurzen Warmzeit unterbrochen werden. Aber auch innerhalb dieser Zyklen sind kurzfristige Klimaveränderungen zu verzeichnen. Sie sind charakteristisch für das Quartär und spiegeln sich in den abgelagerten Sedimenten wider.

Der Wechsel von kaltzeitlichen Sedimenten, verursacht durch globale Gletschervorstöße (Glaziale) und warmzeitlichen Sedimenten der eisfreien Intervalle (Interglaziale) repräsentiert das stratigraphische Gliederungsprinzip des quartären Systems.

Maximale Eisbedeckung der nördlichen Hemisphäre während der letzten quartären Vereisungs-phase (hellgelb) im Vergleich mit dem Umfang der heutigen Eisbedeckung (lila) / aus: Meschede (2015)
Maximale Eisbedeckung der nördlichen Hemisphäre während der letzten quartären Vereisungs-phase (hellgelb) im Vergleich mit dem Umfang der heutigen Eisbedeckung (lila) / aus: Meschede (2015)

Konzept des menschengemachten Klimawandels

Komplexe Computersimulationen prognostizieren in unterschiedlichen Szenarien eine globale Klimakatastrophe, wenn sich die mittlere Durchschnittstemperatur der Atmosphäre um mehr als 1,5 Grad C erhöht (in den Medien als Erderhitzung bezeichnet). Als Ursache für die Erwärmung der Atmosphäre wird diversen Studien zufolge anthropogen erzeugtes CO2 angenommen.

Deshalb wurde bereits im Jahr 2005 der CO2-Emissionsrechtehandel eingeführt. Bislang allerdings ohne Erfolg für die Umwelt. Wohl aber für Banker und Spekulanten. Denn global steigt der CO2-Gehalt der Atmosphäre weiter an. Er liegt derzeit bei 400 ppm. Das entspricht 0,004 %.

 

Rohstoffseitige Konsequenzen für die Ziegelindustrie

Durch den CO2-Emissionsrechtehandel ist die Ziegelindustrie angehalten, CO2-Emissionen sukzessive zu reduzieren. Bis zum Jahr 2050 soll möglichst überhaupt kein anthropogenes CO2 mehr freigesetzt werden. Beim keramischen Brand geben Ziegelrohstoffe unterschiedliche Mengen an CO2 ab. Sie resultieren aus organisch oder anorganisch gebundenem Kohlenstoff, der bei der Sedimentation der Tone als Detritus oder durch chemische Fällung in den Rohstoff gelangt.

Ziegelrohstoffe mit hoher CO2-Freisetzung werden weltweit seit Jahrtausenden bei der Herstellung von Mauerziegeln eingesetzt. In Deutschland vor allem bei der Produktion hochwärmedämmender High-Tech-Ziegel.

CO2-Emission typischer konventioneller Ziegelrohstoffe beim keramischen Brand und deren mineralogische Ursachen
CO2-Emission typischer konventioneller Ziegelrohstoffe beim keramischen Brand und deren mineralogische Ursachen

Konventionelle Ziegelrohstoffe

Um Mauerziegel mit geringer Scherbenrohdichte und hoher Wärmedämmung zu produzieren, kommen als Basisrohstoffe traditionell kohlenstoffhaltige Tone und Tonmergel mit hoher CO2-Emission zum Einsatz. Geologisch stammen diese Rohstoffe vorwiegend aus dem Oberen Buntsandstein, dem Mittleren Keuper, dem Unteren und Mittleren Jura, dem Neogen (Obere Süßwassermolasse) und dem Pleistozän (Geschiebemergel, Bändertone).

CO2-Emission alternativer Ziegelrohstoffe beim keramischen Brand und deren mineralogische Ursachen
CO2-Emission alternativer Ziegelrohstoffe beim keramischen Brand und deren mineralogische Ursachen

Alternative Ziegelrohstoffe

Der Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie definiert Nachhaltigkeit als zentrales Zukunftsthema und hat Klimaneutralität bis 2050 angekündigt. Das bedeutet in der Konsequenz, dass kohlenstoffreiche Tone durch CO2-arme Rohstoffe substituiert werden sollen.

Hierzu bietet sich vor allem der Einsatz hochwertiger Kaoline und kaolinreicher Sekundärrohstoffe an. Die Mikroporosierung und gewünschte Wärmedämmung wird hier nicht durch Dissoziation der Karbonate, sondern durch den sukzessiven Zerfall des Phyllosilikat-Kristallgitters unter Abgabe von Wasserdampf erzielt. Als CO2-arme Zusatzstoffe mit geringer Scherbenrohdichte kommen darüber hinaus bestimmte Gesteinsmehle mit gleichem Wirkungsprinzip in Betracht.

CO2-Emission und Scherbenrohdichte von konventionellen und alternativen Ziegelrohstoffen im direkten Vergleich
CO2-Emission und Scherbenrohdichte von konventionellen und alternativen Ziegelrohstoffen im direkten Vergleich

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