Quantifizierung postholsteinzeitlicher Subrosionen am Salzstock Gorleben durch statistische Auswertung von Bohrergebnissen

The Gorleben salt dome is actually investigated for its suitability as a repository for radioactive waste. It is crossed by a subglacial drainage channel, formed during the Elsterian glaciation (Gorleben channel). Some units of its filling vary strongly in niveau and thickness. Lowest positions and/or largest thickness are found above the salt dome. This is interpreted as a result of subrosion during the Saalean glaciation. The rate can be calculated from niveau differences of sediments formed during the Holsteinian interglacial. However, their position might have been influenced by other factors also (relief of the channel bottom, glacial tectonics, settlement of underlying clay-rich sediments). Their relevance was estimated applying statistical techniques to niveau and thickness data from 79 drillings in the Gorleben channel. Two classes of drillings with features caused by either Saalean subrosion or sedimentary processes during the filling of the Gorleben channel can be distinguished by means of factor and discriminant analysis. This interpretation is supported by the results of classwise correlation and regression analysis. Effects of glacial tectonics on the position of Holsteinian sediments cannot be misunderstood as subrosional. The influence of the settlement of underlying clay sediments can be estimated quantitatively. Saalean subrosion rates calculated from niveau differences of Holsteinian sediments between both classes differ with respect to the method applied: maximum values are 0,83 or 0,96 mm/a, average values are 0,31 or 0,41 mm/a.

Spurenanalyse von Uran und Plutonium sowie Speziationsuntersuchungen an Plutonium mit massenspektrometrischen und kapillarelektrophoretischen Methoden

Die Elemente Uran und Plutonium besitzen seit Entdeckung der Kernspaltung und der technischen Nutzung der Kernenergie eine globale Bedeutung. So trägt Pu hauptsächlich zur Radiotoxizität von abgebrannten Brennelementen bei und erfordert im Falle einer Endlagerung in einer tiefen geologischen Formation einen sicheren Verschluss für bis zu einer Million Jahre. Das Wissen über die vorliegenden chemischen Spezies ist dabei entscheidend für das Verständnis der chemisch-physikalischen Wechselwirkungen im jeweiligen geochemischen System, insbesondere mit dem Wirtsgestein (hier Ton) und den allgegenwärtigen Huminstoffen (hier Fulvinsäure). Längerfristig sind so Vorhersagen über einen Transport des hochradioaktiven Abfalls nach Auslaugung und Austritt aus einem Endlager bis in die Biosphäre möglich. Gerade der Ultraspurenbereich, im Fernfeld eines Endlagers zu erwarten, ist dabei von besonderem Interesse. Darüber hinaus machen nuklearforensische Untersuchungen – in Hinblick auf illegal benutztes Nuklearmaterial, Schmuggel oder Nuklearterrorismus – zur Bestimmung der Herkunft, des Alters oder der Radiotoxizität isotopenselektive Nachweismethoden im Ultraspurenbereich notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierfür die Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) zur isotopenselektiven Spuren- und Ultraspurenanalyse von U und Pu sowie die Kapillarelektrophorese (CE) gekoppelt an die induktiv gekoppelte Plasma (ICP)-Massenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Speziation von Pu eingesetzt. Für den isotopenselektiven Nachweis von Ultraspurenmengen von Uran mittels RIMS wurden vorbereitende Studien durchgeführt und mehrere zweifach resonante Anregungsleitern mit nicht-resonanter Ionisation untersucht. Eine Effizienz von ca. 10^-10 bei einer Nachweisgrenze von 10^12 Atomen U-238 konnte erzielt werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radiochemie, TU München, wurde mittels RIMS die Isotopenzusammensetzung von Plutonium, abgetrennt aus einem panzerbrechenden Urangeschoss aus dem Kosovokonflikt, bestimmt und dieses als Waffenplutonium mit einem Gehalt von 15 pg Pu-239/g Uran identifiziert. Rückschlüsse über Herkunft und Alter des Plutoniums konnten daraus gewonnen werden. Für Studien zur Umweltüberwachung von Plutonium in Rheinland-Pfalz wurden Grund-, Oberflächen- und Klärwasserproben mittels RIMS untersucht. Oberhalb der Nachweisgrenze von ca. 10^7 Atomen Pu-239/500 mL konnte kein signifikanter Gehalt bestimmt werden. Zusätzlich wurden Klärschlammproben untersucht, wobei in einer Probe 5,1*10^7 Atome Pu-239/g gemessen wurde, was auf eine Anreicherung von Pu im Klärschlamm aus großen Wasservolumina hindeuten könnte. Speziationsuntersuchungen von Plutonium in Kontakt mit Fulvinsäure und dem Tonmineral Kaolinit wurden in Hinblick auf die Wechselwirkungen im Umfeld eines nuklearen Endlagers durchgeführt. Die Redoxkinetik von Pu(VI) in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure zeigt eine mit steigendem pH zunehmend schnellere und vollständige Reduktion und ein vergleichbares Verhalten zur Huminsäure. Für ein Plutoniumgemisch aus allen vier umweltrelevanten Oxidationsstufen in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure konnte nach ca. 1 Monat Kontaktzeit eine fasst vollständige Reduktion zum tri- und tetravalenten Pu beobachtet werden. Sorptionsuntersuchungen der stabilsten Oxidationsstufe, Pu(IV), in Kontakt mit Kaolinit bei pH = 0 bis 13 im Konzentrationsbereich 10^-7 bis 10^-9 mol/L verdeutlichen das ausgeprägte Sorptionsverhalten von Pu(IV) (ca. 60% bis 90% Sorption) im umweltrelevanten pH-Bereich bei einem Einsetzen der Sorption bei pH = 0 bis 2. Im Rahmen des "Colloid and Radionuclide Retardation" (CRR) Experiments im Felslabor Grimsel, Schweizer Alpen, wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgung, Karlsruhe, die kolloidgetragene Migration von Pu(IV) in einem Grundwasserstrom durch Scherzonen im Granitgestein unter umweltrelevanten Bedingungen untersucht. Bei Zugabe von im Grundwasser stabilen Bentonitkolloiden – Bentonit wird als ein geeignetes Verschlussmaterial für nukleare Abfälle erforscht – konnte ein erhöhter Transport des Pu(IV) beobachtet werden, der durch Sorption des Pu an die mobilen Kolloide hervorgerufen wird. Zur Speziation von Plutonium im Ultraspurenbereich wurde im Rahmen dieser Arbeit an der Entwicklung der Kopplung der CE mit der sehr sensitiven RIMS gearbeitet. Das Prinzip der offline-Kopplung basiert auf dem Sammeln der zu unterschiedlichen Zeiten am Ende der Kapillare eluierten Oxidationsstufen in einzelnen Fraktionen. Aus jeder Fraktion wird ein eigenes Filament hergestellt und mit RIMS auf seinen Plutoniumgehalt untersucht. Eine erste Validierung der Methode konnte durch Bestimmung der Oxidationsstufenzusammensetzung eines bekannten Gemischs erfolgreich für einen Gehalt von ca. 6*10^9 Atome Pu-239 durchgeführt werden. Dies stellt einen möglichen Zugang zu dem erwarteten Konzentrationsbereich im Fernfeld eines Endlagers dar.

Probleme und Risiken bei der geplanten Einlagerung radioaktiver Abfälle in einen nordwestdeutschen Salzstock

Der Plan, große Mengen radioaktiver Materialien in Salinar- gesteine von Salzstöcken einzulagern, schließt die Rück- holbarkeit praktisch aus. Bei der Abschätzung des Langzeitverhaltens der Gesteine, der Grubenbaue und des gesamten Diapirs sind - wie auch beim Einlagerungsvorgang selbst - Fehler nicht auszuschließen und nicht korrigierbar. Die Antragsteller behandeln die geowissenschaftlichen Aspekte der Einlagerung (Teilprojekt 6) nicht qualifiziert und widmen den damit verbundenen Problemen eine unangemessen geringe Aufmerksamkeit. Sie lassen die einem solchen Projekt adäquate planerische Sorgfalt vermissen, gehen mit den zur Verfügung stehenden Daten in ihrer Argumentation ungenau oder selektiv um und erwecken den Eindruck, unter der Erdoberfläche nach dem 'trial-and-error'-Prinzip Vorgehen zu wollen. Salzstöcke sind tektonisch grundsätzlich instabile Gesteinskörper. Die an ihrem Aufbau überwiegend beteiligten Gesteine sind die wasserlöslichsten der Erdkruste; sie reagieren am empfindlichsten auf mechanische und thermische Beanspruchung und sind am reaktionsfähigsten bei möglichen Interaktionen zwischen Einlagerungsmaterial und Einlagerungsmedium. Salzstöcke sind die auf bergtechnische Eingriffe am sensibelsten reagierenden Gesteinskörper, insbesondere, wenn der am Salzspiegel herrschende Lösungszustand gestört wird, wenn durch künstliche Hohlräume im Innern Kriechbewegung (Konvergenz) des gesamten Salinars ausgelöst wird und wenn mit der Einlagerung thermische Belastungen einhergehen, welche höher sind als die mit der Gesteinsbildung und -Umbildung verbundenen Temperaturen es jemals waren. Daß trotz dieser Empfindlichkeit Gewinnungsbergbau in Diapiren möglich ist, ist kein Beleg für ihre Eignung als Endlager. Die Geowissenschaften verfügen über Modellvorstellungen zur Deutung der Salinargenese, des Salzaufstiegs und des gebirgsmechanischen Verhaltens. Diese Modelle sind teils als 'Lehrbuchwahrheit1 allgemein akzeptiert, werden z.T. aber auch als Hypothesen kontrovers diskutiert. Langzeitprognosen über das Verhalten von Gesteinen sind nicht verläßlich, wenn sie auf widersprochenen Modellvorstellungen über das Wesen von Gesteinen und Gesteinsverhalten beruhen. Die Salzstockauswahl ging der geowissenschaftlichen Erkundung voraus. Die wenigen publizierten Daten zur regionalen Geologie lassen nicht auf einen bergbautechnisch besonders leicht zu beherrschenden Salzstock schließen. Die Lage des Diapirs im Verbreitungsgebiet wasserreicher quartärzeitlicher Rinnensysteme spricht genauso gegen die Standortwahl wie die zu erwartende komplizierte Interntektonik und die politisch bedingte Unerforschbarkeit der Gesamtstruktur Gorleben-Rambow. Als Fehlentscheidung ist die durch Landkäufe am Standort Gorleben vorweggenommene Auswahl des Fabrikgeländes einschließlich Schachtanlage und Tritiumwasser-Verpressung auf dem Salzstock zu werten. Der nicht auszuschließende "Störfall Wassereinbruch" kann sich über Tage auf die Standsicherheit der riesigen Gebäude und Lagerbecken zerstörerisch auswirken und so Kontamination der Umgebung verursachen. Geowissenschaftliche Gründe, Erfahrungen aus der Bergbaukunde und die Erwartung, daß man fehlerhaftes Handeln nicht ausschließen kann, führen den Verfasser zu der Überzeugung, daß die Endlagerung radioaktiver Abfälle im Salz nicht zu empfehlen und nicht zu verantworten ist.

Aufbau und Untergliederung des Niederterrassenkörpers der Unterelbe

Das untere Elbtal hat während der Weichsel-Kaltzeit (120.000-10.000 vor heute) als nordwestliche Fortsetzung der drei großen mitteldeutschen und polnischen Urstromtäler gedient (GIRARD 1855). Die drei Urstromtäler sind jeweils der Haupteisrandlage einer Vereisungsphase zuzuordnen und nacheinander in Funktion gewesen (KEILHACK 1887, 1898). Die drei Urstromtäler vereinigen sich nahe dem Elbknie bei Havelberg. Von dort aus sind die Schmelzwässer des skandinavischen Inlandeises gemeinsam mit den Flußwässern aus dem mitteldeutschen Einzuggebiet der Elbe zur Nordsee abgeflossen. Dazugekommen sind Schmelzwasserabflüsse vom Eisrand, der während des Höchststandes der Vereisung nur etwa 10 km vom Elbtal entfernt gelegen hat. Trotz der wichtigen Funktion des Elbe-Urstromtales bei der Entwässerung Mitteleuropas hat es bisher keine zusammenfassende Bearbeitung der weichselkaltzeitlichen Urstromtal - Ablagerungen gegeben. Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit ist die Frage gewesen, ob sich die weichselkaltzeitlichen Urstromtalabiagerungen, die als Niederterrassen-Ablagerungen bezeichnet werden, petrographisch von liegenden Schichteinheiten abtrennen lassen. Weitere thematische Schwerpunkte sind die Anlage und Entwicklung des Elbe-Urstromtales sowie die Untergliederung der dazugehörigen Sedimente. Geographischer Ausgangspunkt der Untersuchungen ist der Raum Gorleben. Dort wurde die kiespetrographische Gliederung der quartären Schichten erarbeitet, unter maßgeblicher Mitwirkung von Frau Dipl.-Geol. C. KABEL (in Duphorn 1980, 1983). Von Gorleben aus wird der Verlauf der Niederterrasse anhand von 11 Querprofilen bis in die Deutsche Bucht verfolgt.