Technischer Bericht NTB 88-22

Organische Stoffe sind nach dem gegenwärtigen Stand der Planung in grösserer Menge Bestandteil von Endlagern für mittel- und schwachradioaktive Abfälle. Das Verhalten dieser Stoffe während der notwendigen Lagerzeit ist für die Sicherheitsanalyse der Endlager von Bedeutung. Heute bestehen bezüglich möglicher Abbau- und Umwandlungsvorgänge organischer Stoffe und deren Auswirkungen noch erhebliche Wissenslücken (NTB 84-07, 85-18/-19/-20/-21, 85-43).

In der vorliegenden Studie, welche in Zusammenarbeit zwischen Archäologen und Chemikern entstand, wurden zur Ermittlung der Langzeitbeständigkeit organischer Materialien archäologische bzw. (prä)historische Analoga herangezogen. Diese Analoga sind Funde in archäologischen Schichten, deren Materialzusammensetzung den in Endlagern eingebrachten Stoffen ähnlich ist. Im Vordergrund stehen dabei einmal bitumenähnliche Stoffe wie Birkenrindenpech und Harzkitt, welche als Schäftungsmasse, Dichtungsmaterial und Klebestoffe dienten. Diese Materialien repräsentieren das zur Verfestigung von Abfällen in grossen Mengen eingesetzte Bitumen. Daneben bilden Holzfunde wichtige Hinweise für Schichten mit konservierenden Eigenschaften, da dieses Material über alle Zeitepochen in grosser Quantität verarbeitet wurde. Die bitumenähnlichen Fundmaterialien wurden mit Hilfe von analytischen Methoden (z. B. Gaschromatographie, Infrarotspektroskopie) identifiziert. Bei den Holzfunden gelangten spezifische Verfahren, welche den Zellulose- und den Lingninanteil quantitativ bestimmten, zur Anwendung.

Holz und bitumenähnliche Stoffe stellen an ihre Konservierungsbedingungen in Bodenschichten unterschiedliche Ansprüche. Die Anforderungen zur Erhaltung von Bitumen sind dabei weniger hoch, was unter anderem auch darin zum Ausdruck kommt, dass die Feuchtigkeit der Lagerstätte eine untergeordnete Rolle spielt. Die Beständigkeit bitumenähnlicher Stoffe drückt sich besonders im hohen Alter der Funde aus, welches bis zu 50'000 Jahre beträgt. Allerdings konnte im Rahmen dieser Studie nicht geprüft werden, ob die Funde infolge der Lagerung an gewissen ursprünglich vorhanden gewesenen Komponenten verarmt sind. Im Gegensatz dazu wird Holz nur unter bestimmten Bedingungen über längere Zeit konserviert. Die ältesten Holzfunde in der Schweiz stammen aus dem Mesolithikum, sind also rund 8'000 Jahre alt. Die chemische Analyse dieses Fundmaterials zeigte einen gegenüber rezentem Holz signifikant tieferen Zellulosegehalt.

Um einen Bezug zwischen dem Erhaltungsgrad des organischen Fundmaterials (hier besonders Holz) und den Eigenschaften der Bodenschichten herzustellen, wurden letztere durch die Messung verschiedener Parameter wie Redoxpotential, Gehalt an organischer Substanz, Wassergehalt, pH-Wert, etc. charakterisiert. Die Resultate dieser Untersuchungen zeigen, dass konservierende Bodenschichten im Allgemeinen die folgenden spezifischen Eigenschaften aufweisen:

• Wassersättigung
• Abwesenheit von Sauerstoff, stark negatives Redoxpotential
• geringe biologische Aktivität
• tiefe Temperaturen
• geringer Stofftransport durch Konvektion und
• keine Störungen

 Als besonders geeignet für die Langzeitlagerung von organischem Material erweisen sich wassergesättigte Umweltkompartimente wie z. B. Seesedimente und Moore.