Im Schweizer Mittelland stehen wir Menschen wie kleine Figuren auf einer grossen, geschichteten «Torte». Unter unseren Füssen liegen verschiedenartige Gesteine, die sich während vieler Millionen Jahre abgelagert haben – Schicht für Schicht. So entstand die «Torte», die heute mehrere hundert Meter hoch ist.
Mal fand die Ablagerung der Sedimente in Süsswasser, mal in Meerwasser statt. Mal sind die Schichten hart und brüchig, mal weich und formbar. Manchmal ist das Material feinkörnig, manchmal besteht es aus groben Gesteinsstücken. Auch die Farben können ganz unterschiedlich sein.
Die unterste Schicht ist über 300 Millionen Jahre alt, die oberste gerade einmal ein paar tausend Jahre. Im Zürcher Unterland, in etwa 800 Metern Tiefe, liegt eine Schicht aus einem eher weichen, aber praktisch wasserundurchlässigen Gestein: In dem gut 100 Meter dicken Opalinuston sollen die radioaktiven Abfälle der Schweiz entsorgt werden, um Mensch und Umwelt zu schützen.
Das graue Tongestein bildete sich vor rund 175 Millionen Jahren im Erdzeitalter Jura, nachdem sich winzige Gesteinsteilchen auf dem Grund eines flachen, tropischen Meeres abgelagert hatten. Der Opalinuston ist eine von gut 20 verschiedenen «Tortenschichten» respektive Gesteinsformationen im Untergrund der Nordschweiz.
Den «Tortenboden» bildet das Grundgebirge. Es entstand aus erstarrtem Magma. Also aus zähflüssigem Gestein, das in grosser Tiefe langsam erkaltet ist. Granit ist ein Beispiel eines magmatischen, aus kristallähnlichen Teilchen aufgebauten Gesteins – daher auch die Bezeichnung kristallines Tiefengestein.
Wenn das Gestein unter Druck gerät
So anschaulich der Vergleich mit der Torte auch sein mag, er hat einen Haken: In der Realität steht der tortenähnliche Gesteinsstapel mächtig unter Druck. Im Mittelmeerraum, zwischen der Afrikanischen und der Eurasischen Kontinentalplatte eingeklemmt, liegt die kleinere Adriatische Platte. Diese Mikroplatte wird bis heute vom afrikanischen Kontinent nordwärts gedrückt. Dabei wurden in der Vergangenheit die Gesteinsschichten zwischen den Platten zusammengeschoben, sodass sich wie in einem Teppich Falten bildeten – die Alpen entstanden.
Der Schub aus dem Süden führte auch nördlich des Hochgebirges zu Spannungen, sodass die «Torte» an manchen Stellen brach. Wie durch Messerschnitte entstanden Verwerfungen: Senkrechte, waagrechte oder schräge «Schnitte» liessen Gesteinsblöcke entstehen, die sich gegeneinander verschieben. Diese Verschiebungen finden zwischen wenigen Millimetern bis zu mehreren Kilometern statt. An solchen Stellen ist das Gestein oft geschwächt oder gestört – daher die Bezeichnung: geologische Störung.
In der Nordschweiz gibt es drei grosse Störungszonen. Im Raum Basel beginnt der etwa 300 Kilometer lange und bis 40 Kilometer breite Oberrheingraben. Entstanden ist der Graben durch Brüche im Grundgebirge: Der zerbrochene «Tortenboden» sank nach unten, die darüber liegenden Schichten rutschten nach. So entstand die Vertiefung, in der heute der Rhein nordwärts fliesst. Durch die Absenkung wurden die Ränder nach oben gedrückt – die beiden Mittelgebirge Schwarzwald und Vogesen wuchsen in die Höhe. Weil sich der Oberrheingraben bis heute absenkt, entladen sich Spannungen entlang der Bruchstellen in Form von Erdbeben.
Im Oberrheingraben bei Freiburg im Breisgau zweigt eine zweite grosse Störungszone ab. Sie verläuft nach Südosten und durchzieht den Schwarzwald bis an den Bodensee. Auch hier glitten riesige Gesteinsblöcke nach unten, und es bildete sich ein Graben. Dabei wurden die Blöcke bis zu 200 Meter zueinander versetzt. Wegen der geschwächten Kruste drang dort vor rund 15 Millionen Jahren erstmals Magma bis an die Erdoberfläche – die Hegau-Vulkane entstanden. Die Neuhauser Störung ist die äusserste, westlichste Bruchlinie des Hegau-Bodensee-Grabens. Sie begrenzt das Tiefenlager-Standortgebiet Zürich Nordost im Osten.
Die dritte grosse Störungszone der Nordschweiz ist das stark gefaltete Gebiet des Jura. Wie für die Alpen ist auch hier die nach Norden drückende Afrikanische Kontinentalplatte die treibende Kraft. Durch diesen Schub aus südlicher Richtung geriet ein Teil der «Torte» in Bewegung: Weiche Salz- und Gipsablagerungen aus der Trias-Zeit wirkten wie eine Schmierschicht, sodass der darüberliegende Gesteinsstapel horizontal ins Rutschen geriet. Auf diesem sogenannten Abscherhorizont glitt der Stapel nordwärts, wurde bis zur Erdoberfläche gedrückt und dort wie ein Teppich zum heutigen Juragebirge aufgefaltet.
Auf der Suche nach einem sicheren Standort für das Tiefenlager wird grossen Störungen ausgewichen. Denn wo Gesteinsschichten gebrochen sind, könnte Wasser über Spalten ins Lager eindringen und radioaktive Teilchen in die Umwelt transportieren. Bei der Standortsuche muss also ein möglichst grosses und ungestörtes «Tortenstück» gefunden werden. Die drei infrage kommenden Tiefenlager-Regionen Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost liegen daher ausserhalb des stark gefalteten Gebiets des Jura, des Oberrheingrabens und des Hegau-Bodensee-Grabens.
Die Suche nach Ruhe – für 1 Million Jahre
Eine Million Jahre: Was in menschlichen Massstäben sehr lange ist, stellt in der Geologie eine relativ kurze Phase dar. Es ist die Zeit, die es braucht, bis der Atommüll durch radioaktiven Zerfall auf ein ungefährliches Mass abgeklungen ist. Die Entstehungsgeschichte der drei grossen Störungszonen zeigt, dass die ruhigen Gebiete dazwischen auch für die nächste Million Jahre stabil bleiben sollten.
Kleinere Störungen gibt es aber auch innerhalb der Endlager-Regionen. Um solche Brüche im Gestein aufzuspüren, hat die Nagra den Untergrund in allen drei möglichen Standortregionen mittels Seismik «durchleuchtet»: Künstlich erzeugte Erschütterungen an der Erdoberfläche lösen seismische Wellen aus, die von den unterschiedlich dichten Gesteinsschichten in der Tiefe verschieden reflektiert werden. So entsteht ein detailliertes Abbild der «Torte». Auf dieser Art Ultraschallbild ist zu erkennen, ob eine Schicht gebrochen und versetzt ist – sprich: ob eine Störung vorhanden ist.
Und was geschieht im Worst-Case?
Die seismischen Untersuchungen der Nagra haben ergeben, dass das grösste ungestörte «Tortenstück» in der Region Nördlich Lägern liegt. Dort ist die räumliche Flexibilität am grössten, um das Lager zu platzieren. Das Gebiet wird von zwei grösseren Störungen im Norden und Süden begrenzt. Es sind mehr oder weniger parallele Brüche im Gestein, die in Südwest-Nordost-Richtung verlaufen.
Bei der Planung des Tiefenlagers achtet die Nagra darauf, dass der Abstand zu solchen Störungen genügend gross ist. Es wird erwartet, dass künftige tektonische Spannungen vor allem von diesen bestehenden Störungen aufgenommen werden. Dass es also dort zu Bewegungen im Gestein kommt und nicht im ruhig gelagerten Bereich dazwischen, wo das Lager gebaut werden soll.
Doch bei aller Vorsicht: Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass das Gestein im heute ruhigen Bereich in Zukunft nicht trotzdem bricht. Dass neue Brüche entstehen, die mitten durch das Endlager verlaufen, wo der strahlende Abfall lagert. Um die Folgen eines solchen Szenarios abzuschätzen, untersuchte die Nagra vorhandene Störungen im Opalinuston. So hat sie im Felslabor Mont Terri und in mehreren Tiefbohrungen alte Bruchstellen auf ihre Dichtigkeit hin getestet.
Dabei wurde geprüft, ob sich radioaktive Teilchen wegen solcher Brüche leichter durch den Opalinuston bewegen. Die Tests haben gezeigt: Trotz solcher Schwachstellen im Tongestein ist die Durchlässigkeit nicht erhöht. Für den sicheren Einschluss radioaktiver Abfälle ist das ein Vorteil. Die Ursache für die Dichtigkeit ist der hohe Gehalt an Tonmineralien: Kommt Tongestein mit Wasser in Kontakt, quellt es auf und verschliesst Brüche im Opalinuston wieder. Fachleute bezeichnen das als Selbstabdichtungsvermögen.
Um sicher zu gehen, hat die Nagra in ihren Sicherheitsanalysen auch unwahrscheinliche Worst-Case-Szenarien berücksichtigt. Dass sich zum Beispiel ein neuer Spalt quer durch die verfüllten Lagerstollen auftut, er sich nicht mehr schliesst und so Wasser zu den radioaktiven Abfällen gelangt. Die Berechnungen der dabei austretenden Strahlendosis zeigen, dass selbst in diesem Szenario die Grenzwerte eingehalten würden.
Den völlig störungsfreien Untergrund gibt es zwar nicht. Doch es gibt Gebiete, in denen die Gesteinsschichten weitgehend und seit sehr langer Zeit ruhig gelagert sind. Aufgrund der geologischen Geschichte ist davon auszugehen, dass diese Ruhe für eine Million Jahre bestehen bleibt.. Sollte es dennoch zu neuen Brüchen im Gestein kommen: In den letzten 175 Millionen Jahren hat der Opalinuston solche Schwachstellen wieder verschlossen. Das ist einer der Hauptgründe, warum die radioaktiven Abfälle der Schweiz in dem dichten Tongestein gelagert werden sollen.
Noch Fragen? Antworten: www.drbg.ch
Warum soll das Tiefenlager für radioaktive Abfälle in Nördlich Lägern gebaut werden? Wie lässt sich der Atommüll für eine Million Jahre sicher lagern? Und welche Folgen haben Bau und Betrieb des Lagers auf Mensch und Umwelt? Antworten auf solche und weitere Fragen finden sich in den Rahmenbewilligungsgesuchen (RBG), welche die Nagra im November 2024 beim Bund eingereicht hat. Die Fachbehörden prüfen aktuell die Gesuchsunterlagen. Damit sich auch die Bevölkerung vertieft mit den Unterlagen auseinandersetzen kann, hat sie die Nagra veröffentlicht. So kann die breite Debatte über den Umgang mit den radioaktiven Abfällen der Schweiz frühzeitig beginnen. Vorgeschrieben wäre die Publikation der Dokumente erst im Rahmen der öffentlichen Auflage im Jahr 2028.
Um sich in den umfangreichen RBG-Unterlagen zurechtzufinden, hat die Nagra eine Website geschaffen: www.drbg.ch. Dort können alle Unterlagen gezielt durchsucht werden. Zudem helfen verschiedene Rubriken, zu den wichtigsten Antworten und Dokumenten zu gelangen.
Mehr über geologisch-tektonische Störungen (engl.: faults): Geosynthesis of Northern Switzerland (Technical Report NTB 24-17): Kapitel 4.3, Tectonic setting, ab Seite 121, insbesondere Kap. 4.3.4 und 4.3.7.
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