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Nagra informiert: Aktuelles zur nuklearen Entsorgung

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27.07.2011

Seismische Messungen im Winter 2011/2012

In der Nordschweiz werden im Winter 2011/2012 seismische Messungen durchgeführt.

Das Untersuchungsgebiet erstreckt sich über rund 100 Gemeinden der Kantone Aargau und Zürich. Die Messungen dienen der vertieften Untersuchung des geologischen Untergrundes der möglichen Standortgebiete für die Lagerung von hochaktiven Abfällen. 

Die für den kommenden Winter geplanten seismischen Messungen in den Standortgebieten Nördlich Lägern und Jura Ost haben zum Ziel, zusätzliche Kenntnisse über die geologischen Strukturen zu gewinnen.

Die neuen Daten erlauben eine vertiefte Beurteilung des geologischen Schichtaufbaus und der geologischen Langzeitentwicklung.

Seismische Messungen werden in der Schweiz seit über 30 Jahren für verschiedene Zwecke routinemässig durch geführt, um geologische Strukturen im Untergrund zu erfassen. Vibrationsfahrzeuge oder kleine Sprengladungen (in wenige Meter tiefen Bohrlöchern) erzeugen schwache Schwingungen, die sich wellenartig im Untergrund ausbreiten, wo sie von den verschiedenen Gesteinsschichten reflektiert werden. Innerhalb von Sekunden erreichen diese «Echos» wieder die Erdoberfläche, wo sie mit empfindlichen Messgeräten (Geofonen) aufgezeichnet und anschliessend ausgewertet werden.

Die Messlinien der geplanten Seismikkampagne der Nagra im Winter 2011/2012. Die Messungen erstrecken sich über ca. 250 Kilometer Länge und umfassen ein Gebiet von rund 100 Gemeinden (inkl. der deutschen Gemeinde Hohentengen).

 

 

 

Tiefenlager und Gletscher

So könnte das Mittelland während einer Eiszeit ausgesehen haben. Copyright Mammutmuseum Niederweningen, Illustration: Atelier Bunter Hund.  Maximale Gletscherausdehnung in der Schweiz während der letzten Eiszeit. Schön zu sehen die vollständige Bedeckung der Alpen und die grossen Gletscherzungen, die aus den Alpen ins Mittelland vorstiessen. Bild: swisstopo

 

Die nächste Eiszeit kommt bestimmt – trotz aller Diskussionen um die globale Erwärmung. Nur wann und wie gross sie sein wird, ist heute nicht bekannt. Aber was passiert dann eigentlich mit einem geologischen Tiefenlager?

Das Wissen um das Verhalten von Gletschern und die damit verbundenen abtragenden (erosiven) Kräfte waren eine der Grundlagen bei der Auswahl von geologischen Standortgebieten für radioaktive Abfälle.

Gletscher bedeckten grosse Teile der Schweiz

Gletscher bewegen sich aufgrund der Schwerkraft ständig. Eine Schmelzwasserschicht unter dem Gletscher erleichtert das Fliessen der Eismasse zusätzlich. Das Eis vermag dabei grosse Mengen von Gestein abzutragen. Gletscher bewirkten im Mittelland eine Nivellierung des Reliefs: Aufstehende Formen wurden abgeschliffen (Rundhöcker), Senken mit eiszeitlichen Ablagerungen aufgefüllt. Wo der Gletscher am Fels festgefroren ist, reisst das Eis bei jeder Bewegung Material vom Untergrund mit. Die festgefrorenen Gesteinsblöcke wiederum kratzen am Untergrund. Solche Kratzspuren auf der Felsoberfläche sind nach dem Gletscherrückzug als Gletscherschliff zu erkennen.

Auf, im und unter dem Gletscher transportiert fliessendes Wasser einen Teil des erodierten Materials. Das Geschiebe wird aber auch vom Eis an die Gletscherstirn transportiert und bleibt dort beim Schmelzen des Gletschers als Endmoräne liegen. Ein Gletscher vermag Gesteinsstücke unterschiedlicher Grösse zu transportieren; vom Sandkorn bis zu riesigen, haushohen Blöcken, die als Findlinge bezeichnet werden.

Moränen, Findlinge und Reste von Schottern zeigen die Verbreitung früherer Eiskörper. An ihnen lassen sich sogar verschiedene Gletschervorstösse unterscheiden und manchmal auch datieren.

Übertiefte Felsrinnen werden bei der Standortsuche gemieden

Entlang der Hauptfliessachsen gruben sich die eiszeitlichen Gletscher im Mittelland in die Molassesedimente ein und bildeten tiefe Felsrinnen. Je grösser die Übertiefung, desto eher folgten die späteren Gletschervorstösse wieder den entsprechenden Tälern. Sie reichen vom Alpenvorland bis an eine Linie, die in etwa dem heutigen Verlauf der Aare entspricht (z.B. Wehntal, Glatttal, Limmattal, Reusstal, Seetal, Wiggertal). Bei der Festlegung der potenziellen Standortgebiete wurden übertiefte Felsrinnen in der Nordschweiz möglichst gemieden. Wo in den Standortgebieten tiefe Felsrinnen vorkommen (Nördlich Lägern und Zürich Nordost), liegen zwischen dem Rinnenboden und der potenziellen Lagerebene mindestens 500 Meter Gestein. Diese Felsüberdeckung besteht unter anderem aus mächtigen Kalksteinserien, die gegenüber Erosionseffekten eine Art Schutzschicht bilden. 

Ist ein Tiefenlager geschützt bei kommenden Eiszeiten?

Bei der Planung von Tiefenlagern werden die Kenntnisse der Gletschermechanik vergangener Eiszeiten berücksichtigt. Insgesamt sind in den letzten 2,6 Millionen Jahren 13 Eiszeiten bekannt. Die grösste Vergletscherung fand vor rund 700’000 Jahren statt.

Auch wenn von einem anhaltenden Eiszeitklima ausgegangen wird und für die nächsten paar Zehntausend Jahre ähnliche klimatische Bedingungen erwartet werden, wie sie heute vorherrschen, ist in der nächsten Million Jahre mit einer oder mehreren ausgeprägten Kaltzeiten zu rechnen, in der die Gletscher wieder weit bis ins Alpenvorland vordringen. Die gewählte Überdeckung des Tiefenlagers von mehreren Hundert Metern Gestein und das Umgehen früherer Übertiefungen stellen sicher, dass das Lager nicht freigelegt wird, selbst wenn neue tiefe Rinnen entstehen sollten.

Gletscher: Grosse Eismasse auf dem Festland, die durch Umkristallisation von Schnee zu Eis in kalten Regionen entsteht. Talgletscher (fliesst durch ein Tal; in polnäheren Gebieten bis auf Meereshöhe); Inlandeis (fliesst in alle Richtungen; Grönland, Antarktis).

Geschiebe: Alles Material glazialer Entstehung, das auf dem Festland, in Seen oder auf dem Meeresboden abgelagert wurde.

Moräne: Mächtige Ansammlung von steinigem, sandigem und tonigem Geschiebe (Endmoräne, Seitenmoräne, Mittelmoräne, Grundmoräne).

Eiszeit: Abschnitt der Erdgeschichte, in dem wesentliche Teile der Erde von einer Eisschicht (Gletscher und Inlandeis) bedeckt waren.

Felsrinnen: In den Tälern im Mittelland liegen unter den Lockergesteinen (Kies, Sand) zum Teil tiefe Felsrinnen. Liegt eine Wannenform vor, spricht man von Übertiefung. Übertiefte Rinnen können nur durch Gletscher oder unter dem Eis fliessendes Schmelzwasser entstanden sein.

Erosion: Abtragung von Gestein durch Wasser und Wind.

 

«Die Nordschweiz ist geologisch sehr gut durchleuchtet.»

 

Die Nagra hat in der Nordschweiz bereits viele Bohrungen abgeteuft und diverse Seismikprogramme durchgeführt. Sie verbessert die vorhandene Wissensbasis laufend für die anstehende Etappe 2 des Sachplans geologische Tiefenlager (SGT). Kein Standort darf aufgrund weniger umfangreicher Untersuchungen oder geringerer Kenntnisse ausgeschlossen werden.

 

Im Oktober 2008 hat die Nagra sechs Standortgebiete vorgeschlagen, die die Errichtung von sicheren Tiefenlagern erlauben. Über diese Vorschläge der Etappe 1 wird der Bundesrat vermutlich diesen Herbst entscheiden. Danach folgt die Etappe 2 des Sachplans mit vertieften Untersuchungen und einem sicherheitstechnischen Vergleich zwischen den Standortgebieten.

Am Ende der Etappe 2 darf kein Standort in der Auswahl bleiben, der sicherheitstechnisch als eindeutig weniger geeignet bewertet wird als die anderen. Ebenso darf auch keiner ausgeschlossen werden, nur weil der Kenntnisstand für diesen Standort nicht ausreicht, um seine Eignung stufengerecht schlüssig zu bewerten. Diese Bewertung erfolgt anhand sogenannter provisorischer Sicherheitsanalysen und eines sicherheitstechnischen Vergleichs. Für die provisorischen Sicherheitsanalysen muss der Kenntnisstand einen schlüssigen Vergleich der Standorte erlauben, aber noch nicht die Detaillierung für ein Rahmenbewilligungsgesuch mit vertieften Sicherheitsanalysen in Etappe 3 erreichen. Die Anforderungen dazu sind im Sachplan und in einem speziellen Bericht des Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorats (ENSI) festgelegt worden.

Wie viel muss die Nagra wissen für die Etappe 2?

Zurzeit läuft ein umfangreiches erdwissenschaftliches Untersuchungsprogramm zur Erhöhung des Kenntnisstandes von Etappe 1 zu Etappe 2 für den anschliessenden sicherheitstechnischen Vergleich. Die Prüfung durch das Eidgenössische Nuklearinspektorat hat ergeben, dass in Etappe 2 des Sachplans keine zusätzlichen Forschungsbohrungen notwendig werden. Solche Bohrungen werden in Etappe 3 durchzuführen sein.

Für die Etappe 2 des Sachplans hat das ENSI jedoch 41 Forderungen gestellt, die mit dem laufenden Untersuchungsprogramm abgearbeitet werden müssen, damit der Kenntnisstand den Anforderungen der Etappe 2 genügt.

Weitere Untersuchungen im Gang

Die Nagra vertieft die vorhandenen Kenntnisse zurzeit laufend. «Die Nordschweiz ist geologisch bereits sehr gut durchleuchtet», sagt Piet Zuidema, Leiter Technik & Wissenschaft der Nagra. «Trotzdem erhöhen wir schon jetzt den Kenntnisstand deutlich», ergänzt er.

Neben den geplanten Seismikmessungen im nächsten Winter (vgl. Seite 1) laufen zahlreiche andere Untersuchungen:

Bezüglich Geometrie und Strukturen des Wirtgesteins werden in allen Standortgebieten Tiefenlage des Wirtgesteins sowie Lage und Orientierung von Störungen durch  verschiedene Methoden überprüft.

Hinsichtlich den Eigenschaften des Wirtgesteins werden die Kenntnisse über die Effinger Schichten und den sogenannten Braunen Dogger ergänzt. Auch für den Opalinuston werden durch Untersuchungen an Bohrkernen weitere Daten gewonnen.

Für die Untersuchung der Eigenschaften des Wirtgesteins können auch Daten aus Erdwärmebohrungen verwendet werden (z. B. Geothermiebohrung Schlattingen).

Für die Standortgebiete Bözberg und Jura-Südfuss werden die hydrogeologischen Kenntnisse verbessert.

Im Themenkomplex «Geologische Langzeitentwicklung» sind standortübergreifende Untersuchungen in Arbeit, unter anderem bezüglich Verbreitung, Form und Alter von Talfüllungen und quartären Terrassen sowie Spuren neotektonischer Aktivität.

Im Standortgebiet Jura Ost wird zusätzlich das Erosionspotenzial speziell untersucht.

Untersuchungsmethoden: Schweremessungen (oben), satellitengestützte Präzisions-Messungen (unten), Opalinuston-Bohrkerne, rechts.

 

etc.

Erdwissen.ch – der neue Geo-Blog

Der neue Blog Erdwissen.ch, bearbeitet von Nagra-Mitarbeiterin Andrea Rieser, bietet wöchentlich spannende Einblicke in die faszinierende Welt der Geologie. Alles rund um bekannte Ausflugsziele, Bauwerke, Rohstoffe, Gesteine, Fossilien, selbst das Tagesgeschehen wird in interessanten Beiträgen verarbeitet. Lassen auch Sie sich jeden Dienstag von Neuem überraschen!

 

«Fukushima» ändert nichts am Entsorgungsprogramm»

Bundesrätin Doris Leuthard hat am 14. März 2011 nach einer gemeinsamen Sitzung mit Vertretern des Bundesamtes für Energie (BFE) und des Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorats (ENSI) beschlossen, die laufenden Verfahren für die Rahmenbewilligungsgesuche für Ersatzkernkraftwerke zu sistieren. Gleichzeitig laufen die aktuellen politischen Diskussionen über einen möglichen Ausstieg der Schweiz aus der Kernkraft. 

Das Sachplanverfahren geologische Tiefenlager läuft aber planmässig weiter, da die Entsorgung unabhängig von der Ausstiegsdebatte gelöst werden muss. Aufgrund der aktuellen Vorkommnisse in Japan steht nun die Sicherheit von Tiefenlagern bei Erdbeben im Fokus.

 

Erdbeben und Tiefenlager

Erdbeben tangieren Anlagen auf der Erdoberfläche viel stärker als solche im Untergrund. Eine sicherheitsrelevante Beeinträchtigung eines Tiefenlagers durch Erdbeben kann ausgeschlossen werden. Dies zeigen weltweite Erfahrungen (Auswirkungen von Erdbeben auf Tunnel, Bergwerke etc.).

Für geologische Tiefenlager werden gezielt seismisch ruhige und tektonisch stabile Gebiete gesucht. Das ENSI kommt zum Schluss, dass die in Etappe 1 des Sachplanverfahrens vorgeschlagenen Standortgebiete diese Anforderung erfüllen, da Zonen mit erhöhter seismischer Aktivität gemieden wurden und genügend Abstand eingehalten wurde zu Störungszonen, an denen künftig im Zusammenhang mit grösseren Erdbeben Bewegungen stattfinden könnten.

Mehr Informationen im Themenheft«Erdbeben»
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