An der Erdoberfläche sind radioaktive Abfälle sicher, so etwa im Zwischenlager (Zwilag) im aargauischen Würenlingen. Doch der Schutz vor dem strahlenden Material ist nur dann möglich, wenn der Mensch aktiv dafür sorgt. Ständige Bewachung und technische Sicherheitsmassnahmen sind nötig, zum Beispiel, wenn ein Flugzeug auf die Anlage stürzt.
Dafür kann nur eine funktionierende Gesellschaft sorgen, die für hunderttausende von Jahren aber nicht vorausgesetzt werden kann. So lange dauert es, bis die Abfälle durch radioaktiven Zerfall auf ein für Mensch und Umwelt ungefährliches Mass abgeklungen sind.
Ob das Kollabieren der staatlichen Ordnung oder die Erosion durch künftige Eiszeitgletscher: Weil die Erdoberfläche auf lange Sicht kein sicherer Ort ist, setzt das Konzept der Tiefenlagerung auf die Stabilität der Geologie in der Tiefe.
Denn dort unten verändern sich die Verhältnisse, im Vergleich zur Oberfläche, äusserst langsam. So entsteht der benötigte «Zeit-Raum» von einer Million Jahre. Eine Umgebung, die passiv sicher ist – also ohne das Zutun des Menschen.
Drei gute Eigenschaften
Der Untergrund ist nicht einheitlich aufgebaut. Die Gesteinsschichten, die wie die Lagen einer Torte aufgebaut sind, haben verschiedene Eigenschaften. Daher ist für den Bau des Endlagers nicht nur die Tiefe wichtig, sondern auch, wie diese Schichten beschaffen sind.
Das Lager soll im Opalinuston gebaut werden, einer gut 100 Meter dicken Schicht in rund 800 Metern Tiefe. Das 175 Millionen Jahre alte Tongestein hat drei günstige Eigenschaften: Erstens ist es für Wasser praktisch undurchlässig. Zweitens dichtet das Gestein einmal entstandene Risse wieder ab. Und drittens bleiben die meisten der strahlenden Teilchen, die Radionuklide, an ihm kleben.
Getrennte Gesteinsschichten
Wasser im Untergrund ist in zweifacher Hinsicht von Bedeutung. Zum einen hat das geplante geologische Tiefenlager das Ziel, das Grundwasser zu schützen. Zum anderen stellt Wasser ein «Transportmittel» dar, mit dem radioaktive Stoffe aus dem Lager gelangen könnten.
Um das möglichst zu verhindern, sollen die radioaktiven Abfälle im Opalinuston gelagert werden. Ob mit Analysen und Tests in tiefen Bohrlöchern oder mit Experimenten in Laboren: Nach Jahrzehnten der Forschung kann die Nagra nachweisen, dass sich Wasser im Tongestein praktisch gar nicht bewegt.
Und vor allem: Dass es zwischen dem Opalinuston und anderen, wasserführenden Gesteinsschichten seit vielen Millionen Jahren praktisch keinen Austausch gibt. Zwar haben sich in der Zeit gewisse Stoffe durch das Gestein bewegt. Aber sie taten es äusserst langsam und nur in sehr kleinen Mengen.
Wasser tritt ein und aus
Man kann sich die verschiedenen Gesteinsschichten im Untergrund auch wie Strassen vorstellen, die parallel zueinander verlaufen. Auf einigen sind viele Fahrzeuge unterwegs, auf anderen nur wenige oder fast gar keine. Oder eben: Manche Schichten führen Wasser, die sogenannten Aquifere. Auf anderen, wie im Opalinuston, gibt es kaum Wasser.
Wie schnell sich die «Autos» auf einer Strasse bewegen, hängt vor allem von der Durchlässigkeit des jeweiligen Gesteins ab. Hat es mehr Hohlräume, ist das Wasser schneller unterwegs. Bei wenigen stehen die Autos im Stau – Fachleute sprechen von stagnierendem Grundwasser.
Ober- und unterhalb des Opalinustons gibt es zwei grössere «Wasserstrassen». Oben der Malmkalk aus der Jurazeit, unten der Muschelkalk aus der Triaszeit. Die beiden Kalksteinschichten sind zwar hart, aber spröde und daher von Brüchen und kleinen Hohlräumen durchzogen. Damit kann sich Wasser – anders als im weichen und feinkörnigen Opalinuston – einen Weg durch dieses Gestein bahnen.
Wie die übrigen Gesteinsschichten liegen auch der Malm- und der Muschelkalk leicht schräg im Untergrund. Das hat zur Folge, dass die Schichten am Nordrand der Schweiz an die Erdoberfläche kommen. Und dort, wo sie zutage treten, kann Regen-, Schmelz-, Meer- oder Flusswasser in die Schichten gelangen, was als Infiltration bezeichnet wird. Geschieht es andersherum, tritt also Wasser aus solchen Aufschlüssen an die Oberfläche, ist von Exfiltration die Rede.
Wasser auf verschiedenen Wegen
Beim Muschelkalk ist das Gefälle zwischen der Eintritts- und Austrittsstelle des Wassers grösser als beim Malmkalk. Zudem ist der Muschelkalk als Gestein durchlässiger. Beides bewirkt, dass sich das Wasser in ihm schneller bewegt als im Malmkalk, wo es fast stagniert, also bleibt, wo es ist.
Der Muschelkalk kommt vor allem entlang des Rheins und der Wutach nördlich von Schaffhausen an die Oberfläche. Im oberen Wutachtal sickert Wasser in den Muschelkalk ein. Danach bewegt es sich in der Tiefe nach Südosten und dann in einem weiten Bogen nach Südwesten. Dabei unterquert es auch die Region Nördlich Lägern, wo das Tiefenlager gebaut werden soll.
Später ändert sich die Fliessrichtung nach Nordwesten, wo das Muschelkalk-Wasser schliesslich im Raum Koblenz-Waldshut wieder austritt. Es exfiltriert also beim Zusammenfluss von Aare und Rhein über eiszeitliche Ablagerungen an die Oberfläche.
Weil sich das Wasser im Malmkalk und Muschelkalk nicht gleich schnell bewegt, dauert es auch unterschiedlich lange, bis es in der Tiefe erneuert respektive ausgetauscht wird. Im Malmkalk ist bis heute Salzwasser enthalten. Es stammt von dem Meer, das vor etwa 20 bis 17 Millionen Jahren Teile der heutigen Schweiz bedeckte.
Dieses alte Wasser im Malmkalk wird seit dem Rückzug des Meeres durch einsickerndes Süsswasser verdrängt, allerdings äusserst langsam. Im Vergleich dazu wird das Wasser im Muschelkalk schneller erneuert, das «nur» zwischen 115 und 12 Tausend Jahre alt ist. Dieses Wasser ist während der letzten eiszeitlichen Kältephase in die Gesteinsschicht eingesickert.
Nicht trotz, sondern wegen des Grundwassers
Im Muschelkalk bewegt sich das Wasser im Durchschnitt etwa 20 Zentimeter pro Jahr. In einer Million Jahre wären das rund 200 Kilometer. Da stellt sich die Frage: Können gefährliche Mengen radioaktiver Stoffe aus dem Tiefenlager in den Muschelkalk-Aquifer geraten und über diese «Wasserstrasse» an die Erdoberfläche gelangen? Konkret: Könnte radioaktives Tiefengrundwasser den Grundwasserstrom des Rheins verseuchen?
Eine besorgniserregende Vorstellung. Doch gäbe es berechtigte Gründe für eine solche Sorge, dürfte das Tiefenlager nicht gebaut werden. Die seit Jahrzehnten andauernde Forschung der Nagra zielt darauf ab, dass ein solches Ereignis nicht eintritt. Um das Grundwasser, und damit Mensch und Umwelt, zu schützen, wird das geologische Tiefenlager geplant – das ist sein höchster Zweck.
Das Lager wird somit nicht trotz, sondern gerade wegen des Grundwassers gebaut. Denn wie zu Beginn erwähnt: Das nutzbare Wasser, das in den eiszeitlichen Kies- und Sandablagerungen nahe an der Erdoberfläche liegt, lässt sich langfristig nicht schützen, wenn es dort radioaktive Abfälle gibt. Diese Schutzaufgabe soll der Opalinuston übernehmen: Man geht mit den strahlenden Abfällen bewusst in die Tiefe in eine praktisch wasserundurchlässige Gesteinsschicht.
Selbst das Unmögliche denken
In ihren Sicherheitsanalysen und Modellrechnungen geht die Nagra konservativ, also besonders vorsichtig, vor. Das bedeutet, dass selbst äusserst unwahrscheinliche und sogar ausgeschlossene Szenarien berücksichtigt werden.
Eine konservative Annahme ist zum Beispiel: Gelangen Radionuklide aus dem Tiefenlager in den Muschelkalk-Aquifer, werden sie so behandelt, als wären sie schon im nutzbaren Grundwasser an der Erdoberfläche angelangt – im Trinkwasserglas. Sie sind somit bereits dann in der Umwelt, wenn sie sich noch auf einer der «Wasserstrassen» ober- oder unterhalb des Tiefenlagers befinden.
Diese verschärfte Annahme gilt auch bei Worst-Case-Szenarien. Wenn sich etwa ein Spalt quer durch die Stollen im Opalinuston auftäte und über ihn Radionuklide aus dem Lager geschwemmt würden. Dass so etwas in dem Tongestein geschieht, gilt als ausgeschlossen und wurde auch noch nie beobachtet.
Und trotzdem berücksichtigt die Nagra in ihren Sicherheitsanalysen auch ein solches Szenario. Die darauf basierenden Berechnungen zeigen: Selbst in dem Fall läge die Menge radioaktiver Stoffe, die zum Beispiel in den Muschelkalk-Aquifer gelangen würde, weit unter dem gesetzlichen Grenzwert.
Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost: Diese drei möglichen Endlager-Standortregionen hat die Nagra zuletzt vertieft untersucht, zum Beispiel mit Tiefbohrungen. Die Untersuchungen zeigen: In allen drei Regionen sind die wasserführenden Gesteinsschichten schon seit langer Zeit gut getrennt vom Opalinuston, in dem das Lager gebaut werden soll.
In Nördlich Lägern ist allerdings der Abstand zur nächsten «Wasserstrasse» am grössten, sodass die Sicherheitsmarge dort am grössten ist. Das ist einer der Gründe, weshalb die Nagra diese Region für den Bau des geologischen Tiefenlagers vorschlägt.
Fragen zum Tiefenlager? Hier finden Sie Antworten
Um sich in den umfangreichen Unterlagen der Rahmenbewilligungsgesuche (RBG) zurechtzufinden, hat die Nagra eine Website geschaffen: www.drbg.ch Dort können die Dokumente und Berichte zu den Gesuchen gelesen und nach Stichworten durchsucht werden. Eine zusammenfassende Darstellung der Hydrogeologie findet sich in Kapitel 4.5 der Geosynthese (NTB 24-17).
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