Absaufen: Im Bergbau hat der salopp wirkende Begriff eine seriöse Bedeutung. Gemeint ist, dass sich Stollen, Tunnel oder Schächte im Untergrund mit Wasser füllen. Das Wasser kann von der Erdoberfläche oder aus Gesteinsschichten in solche Hohlräume eindringen. Dieses Wasser wird dann als Bergwasser bezeichnet.
Das als Trinkwasser nutzbare Grundwasser liegt nahe an der Erdoberfläche. Um dieses Wasser auch langfristig vor den radioaktiven Abfällen zu schützen, sollen diese in rund 800 Metern Tiefe in einer gut 100 Meter dicken Tonschicht gelagert werden.
Diese Gesteinsschicht namens Opalinuston ist praktisch wasserundurchlässig, was für den Schutz des Grundwassers entscheidend ist. Doch um das Endlager so tief unten bauen zu können, müssen zuerst Gesteinsschichten mit Wasser drin durchquert werden.
Solche wasserführenden Schichten werden Aquifere genannt (lat. aqua = Wasser, ferre = tragen/führen). Da stellt sich die Frage: Kann Bergwasser den Bau, den Betrieb oder gar die langfristige Sicherheit des Lagers gefährden?
Wasser vom verschwundenen Meer
Die grösste wasserführende Gesteinsschicht über dem Opalinuston ist der Malmkalk aus der Jurazeit. Der Kalkstein ist zwar hart, aber brüchig. Daher ist er stellenweise von Brüchen und Spalten durchzogen. Auch könnte er verkarstet sein: Wo kohlensäurehaltiges Wasser den Stein aufgelöst hat, sind Hohlräume entstanden.
Ob Klüfte oder Karst: Die Hohlräume könnten so miteinander verbunden sein, dass ein Fliessweg für Wasser entsteht. Und weil auch der Malmkalk als Gesteinsschicht etwas schräg im Untergrund liegt, kommt er mancherorts an die Erdoberfläche. Über solche Orte sickert Regen-, Fluss-, Schmelz- oder Meerwasser in die Tiefe.
Da der Malmkalk nicht besonders durchlässig ist, bewegt sich solches Wasser nur sehr langsam im Untergrund. Entsprechend lange dauert es, bis es erneuert wird. Darum gibt es im Malmkalk noch heute Salzwasser – es stammt von dem Meer, das vor rund 20 bis 17 Millionen Jahren Teile der heutigen Schweiz bedeckte.
Wenn Wasser aufwärts fliesst
Egal, wie langsam sich das Wasser in dem Kalkstein bewegt: Über die labyrinthartig miteinander verbundenen Hohlräume entsteht eine durchgängige Wassersäule. Diese reicht von der Erdoberfläche, wo das Wasser in den Untergrund sickert, bis mehrere hundert Meter in die Tiefe.
Das hat zur Folge, dass auf dem Wasser im Untergrund das Gewicht dieser Säule lastet. Das Wasser in der Tiefe steht also unter Druck, Fachleute sprechen auch von gespanntem Grundwasser. Was geschieht, wenn solches Wasser angebohrt oder beim Bau eines Schachtes durchquert wird? Es steigt, entgegen der Schwerkraft, ein Stück weit das Bohrloch hoch, oder es fliesst in den Schacht hinein.
Solche Wassereinbrüche müssen beim Bau der Zugangsschächte zum Tiefenlager möglichst verhindert werden. Und das ist auch gut möglich, da es dafür im Berg- und Tunnelbau bewährte Verfahren und viel Erfahrung gibt.
Aufspüren, ausweichen oder abdichten
Die Schächte, die in die Tiefe führen, werden voraussichtlich einen Durchmesser von 12 bis 14 Meter haben. Bevor dafür der Fels ausgebrochen wird, werden grössere Hohlräume im Voraus ausfindig gemacht, um ihnen möglichst ausweichen zu können. Beispielsweise mit sogenannten Schachterkundungsbohrungen.
Im Malmkalk zum Beispiel könnte es wasserführende Karst-Hohlräume geben. Zwar wurden bislang keine Hinweise darauf gefunden. Ausgeschlossen werden können sie aber nicht. Der genaue Verlauf der Schächte bis auf die Ebene des Tiefenlagers wird erst später festgelegt.
Lassen sich mit Wasser gefüllte Hohlräume beim Bau der Schächte nicht umgehen, werden sie vorgängig abgedichtet. Dabei wird entweder eine zementähnliche Masse in den Hohlraum gepresst. Oder das Wasser darin wird gefroren, etwa mit flüssigem Stickstoff.
Auf diese Weise wird der Wassereinbruch temporär unterbunden, sodass der Schacht weiter herausgebrochen werden kann. Anschliessend werden die zuvor entschärften Stellen definitiv abgedichtet. Solche Abdichtungen haben sich im Tunnel- und Bergbau bewährt, damit kein unter Druck stehendes Bergwasser hereinbricht. Kleinere Wassermengen werden, wie in jedem Tunnel, gesammelt und abgepumpt.
Und schliesslich muss die Oberflächenanlage, also der oberirdische Zugang zum Tiefenlager, so geplant und gebaut werden, dass das Lager auch von dort nicht überflutet werden kann. In Nördlich Lägern, wo das Tiefenlager gebaut werden soll, wird diese Anlage im Gebiet Haberstal geplant. Ihr Standort ist nicht durch Hochwasser gefährdet.
Den Worst Case berücksichtigen
Aber was würde passieren, wenn all die Vorsichtsmassnahmen versagen würden? Wenn also das Tiefenlager während des Baus oder Betriebs mit Wasser volllaufen, absaufen würde? Obschon ein solches Szenario als sehr unwahrscheinlich erachtet wird, berücksichtigt es die Nagra in ihren Sicherheitsanalysen und bei der Planung des Lagers.
Die Analysen zeigen, dass ein unkontrollierter Wassereinbruch zu keiner gefährlichen Freisetzung radioaktiver Stoffe aus dem Tiefenlager führen würde. Zwar kämen in einem solchen Extremereignis Abfallbehälter mit Wasser in Kontakt. Da diese stabilen und dichten Behälter die Abfälle aber gut einschliessen, werden keine strahlenden Teilchen weggeschwemmt. Das überflutete Tiefenlager könnte also ausgepumpt werden, ohne dass gefährliche Mengen von Radionukliden in die Umwelt gelangen würden.
Die verschweissten Stahlbehälter für die hoch radioaktiven Abfälle zum Beispiel sind so konstruiert, dass sie für mindestens 1000 Jahre dicht bleiben. Eine vorübergehende Überflutung der Behälter mit Wasser kann dem Inhalt somit nichts anhaben. Übrigens: Wenn diese Behälter in ferner Zukunft nicht mehr dicht sind, übernimmt in erster Linie der Opalinuston die Sicherheitsfunktion im Tiefenlager.
Kein langfristiger Schaden
Auch müsste ein geflutetes Tiefenlager nicht aufgegeben werden. Der nass gewordene Opalinuston könnte nach dem Abpumpen des Wassers abtrocknen. Dabei würde er seine günstigen Eigenschaften für den Einschluss der radioaktiven Abfälle nicht verlieren: Weil das Tongestein praktisch wasserundurchlässig ist, könnte das Flutwasser nur oberflächlich in das Gestein eindringen. So bliebe es standfest und die Lagerstollen stabil.
Als weitere Massnahme sind während des Lagerbetriebs nur wenige Stollen gleichzeitig offen, die in dem Worst-Case-Szenario überflutet werden könnten. Es werden keine Stollen auf Vorrat aus dem Opalinuston herausgebrochen. Sondern nur so viele, wie gleich mit Abfällen befüllt und danach verschlossen werden können.
Ein solcher Verschluss bedeutet, dass die Hohlräume zwischen den Behältern und der Stollenwand verfüllt und somit verschlossen werden. Das gesamte Tiefenlager wird, nach einer Beobachtungsphase, komplett verschlossen. Da es ab dann keine Hohlräume mehr gibt im Untergrund, dringt auch kein Bergwasser mehr ins Lager ein.
Mit diesem Verschluss endet die Betriebssicherheit, und die Langzeitsicherheit beginnt. Das heisst, dass ab dem Zeitpunkt nicht mehr der Mensch oder technische Vorkehrungen für die Sicherheit sorgen, sondern die Geologie allein. Das ist das Prinzip der passiven Sicherheit, die dem Konzept der Tiefenlagerung zugrunde liegt.
Winzige Hohlräume, riesiger Unterschied
Abgedichtete Schächte sind zwar während des Baus und Betriebs des Tiefenlagers wichtig. Nicht aber für die Langzeitsicherheit von einer Million Jahre: Sobald alle Hohlräume im Untergrund verfüllt und das Lager damit verschlossen ist, gibt und braucht es die Schächte nicht mehr.
Doch der Untergrund wird nie frei von Wasser sein – er muss es auch nicht. Zentral ist der Unterschied zwischen Bergwasser und Porenwasser: Bergwasser bewegt sich durch Spalten und Klüfte im Gestein, mehr oder weniger schnell. Porenwasser hingegen befindet sich in winzigen Hohlräumen. So auch im Opalinuston.
Dieses Porenwasser bewegt sich äusserst langsam, sodass mit ihm keine gefährlichen Mengen radioaktiver Stoffe aus dem Lager gelangen können. Die Bewegung des Porenwassers durchs Gestein, die sogenannte Diffusion, hat die Nagra intensiv untersucht. Ein Resultat davon: Das Wasser im Opalinuston ist sehr alt. Das zeigt, dass es sich kaum bewegt.
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 digitalisierten Dokumente und Berichte zu den Gesuchen gelesen oder nach Stichworten durchsucht werden. Weitere Informationen zum Thema Überflutung gibt es zum Beispiel in folgenden Berichten:
- Technischer Bericht 24-01: Sicherheitsbericht
- Arbeitsbericht NAB 24-02: Generische Sicherheitsbetrachtungen der Einwirkungen von innen für ein geologisches Tiefenlager
- Arbeitsbericht NAB 22-41: Beherrschung möglicher karstbedingter Wasserzutritte während des Baus und Betriebs eines geologischen Tiefenlagers
Titelfoto: Shuterstock / ID: 2295900177
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