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Kreisläufe der Erde

Eine Einführung in die Geographie

 

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Inhalt:

 

Eckhard Grimmel
Kreisläufe der Erde
Eine Einführung in die Geographie
Reihe: Geosystemanalysen
Bd. 1, 2004, 200 S., 19.90 EUR, br., ISBN 3-8258-8212-8


Abbildungen: Claus Carstens (CC), Peter Uwe Thomsen (PUT)
Textverarbeitung und DTP: Claus Carstens, Gisela Gajek

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Die Geographie ist eine fächerübergreifende Generalwissenschaft, welche die Erde ganzheitlich unter dem Aspekt der Wechselwirkungen zwischen den Geosphären betrachtet. Da diese Wechselwirkungen im Wesentlichen auf dem Kreislaufprinzip der Natur basieren, lassen sich die Beziehungen im Geosystem am besten an den großen Kreisläufen der Erde verdeutlichen. Diese Kreisläufe liefern auch die Leitlinien für eine nachhaltige naturund sozialverträgliche Nutzung der Erde

Geosystemanalysen

Herausgegeben von Prof. Dr. Eckhard Grimmel

Warum ich diese Schriftenreihe herausgebe?

Im Zeitalter der weit fortgeschrittenen Spezialisierung der Wissenschaften ist es nötig, die zahlreichen von den Spezialisten gelieferten Bausteine des Wissens kritisch zu bewerten und zu einem einfachen konzentrierten wissenschaftlichen Gesamtmosaik zusammenzufügen. Diese Aufgabe hat die Geographie. Denn sie ist eine fächerübergreifende Generalwissenschaft, welche die Erde, das Geosystem, unter dem Aspekt der Wechselwirkungen zwischen den Geosphären (Kosmosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre, Biosphäre, Pedosphäre, Anthroposphäre) "geosystematisch" betrachtet und auf dieser Grundlage Vorschläge für eine systemerhaltende Nutzung der Erde durch die Menschen erarbeitet. Geographische Arbeiten, welche diese methodischen Anforderungen erfüllen, können als "Geosystemanalysen" bezeichnet werden. Geosystemanalysen können in verschiedenen Erdmaßstäben angefertigt werden: global, zonal, kontinental, regional oder lokal. In jedem Fall ist eine integrative Betrachtung aller Geosphären unverzichtbar.

Ich gebe diese Reihe heraus, weil die meisten Geographen, die sich gegenwärtig in den geographischen Universitätsinstituten betätigen, das fachspezifische generalwissenschaftliche Feld der Geographie aufgeben und sich stattdessen auf spezialwissenschaftlichen Feldern niederlassen, die aber den Spezialwissenschaftlern vorbehalten sind. Mit dieser Reihe will ich versuchen, dem fachwidrigen Spezialisierungstrend in der Geographie entgegenzuwirken, indem ich geographische Modellstudien herausgebe, die den oben dargestellten methodischen Ansprüchen sowohl an die klassische als auch an die moderne planungsorientierte Geographie gerecht werden.


Inhalt

Vorwort

1. Die Kosmosphäre

1.1. Kreisläufe des Weltalls
1.2. Die Erde im Licht der Sonne
1.3. Kosmische Kollisionen
1.4. Der Schalenbau der Erde

2. Die Atmosphäre

2.1 Der Luftkreislauf
2.2. Eruptionen und Klima
2.3. CO2 ein Klimagift?

3. Die Hydrosphäre

3.1. Der Wasserkreislauf
3.2. Chemische Belastungen des Wassers
3.3 Hydraulische Störungen des Wasserkreislaufs


4. Die Lithosphäre

4.1. Die Theorie der Plattentektonik
4.2. Die Theorie der Erdexpansion
4.3. Der Gesteinskreislauf
4.4. Lithosphärische Rohstoffe
4.5. Energiegewinn durch Rohstoffverlust?
4.6. Der so genannte Kernbrennstoffkreislauf
4.7. Zur „Endlagerung" radioaktiver Abfälle
4.8. Rezyklierung von nicht radioaktiven Abfällen

5. Die Biosphäre

5.1. Der Kreislauf von Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff:
       Photosynthese und Atmung
5.2. Der Kreislauf des Lebens:
       Produzenten, Konsumenten, Reduzenten
5.3. Räume und Rohstoffe: Kämpfe und Kooperationen

6. Die Pedosphäre

7. Die Anthroposphäre

7.1. Bevölkerungswachstum -
       Wie viele Menschen erträgt die Erde?
7.2. Grundflächen und Rohstoffquellen -
       Wem sie gehören sollten
7.3. Geld Wie ein kranker Kreislauf saniert werden kann

Nachwort

Literatur

Abbildungsquellen


Vorwort

„Nach ewigen, ehrnen
großen Gesetzen
müssen wir alle
unseres Daseins
Kreise vollenden. "

JOHANN WOLFGANG GOETHE
(1749 1832)

Im Zeitalter der weit fortgeschrittenen Spezialisierung der Wissenschaften
ist es nötig, die zahlreichen von den Spezialisten gelieferten Bausteine des Wissens kritisch zu bewerten und zu einem einfachen konzentrierten wissenschaftlichen Gesamtmosaik zusammenzufügen. Diese Aufgabe hat die Geographie. Denn sie ist eine fächerübergreifende Generalwissenschaft, welche die Erde, das Geosystem, unter dem Aspekt der Wechselwirkungen zwischen den Geosphären (Kosmosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre, Biosphäre, Pedosphäre, Anthroposphäre) „geosystematisch" betrachtet und auf dieser Grundlage Vorschläge für eine systemerhaltende Nutzung der Erde durch die Menschen erarbeitet.

Diese Aufgabe ist eigentlich gar nicht lösbar. Denn jeden Tag erscheinen etwa 30.000 neue wissenschaftliche Aufsätze. Das Wissen der Menschheit soll sich angeblich alle 5 7 Jahre verdoppeln. In den letzten 2 Jahren waren genauso viele Wissenschaftler am Werk wie in 2000 Jahren davor.

Allerdings sollte man nicht vergessen, dass bei der heutigen hektischen Aktivität sicherlich nicht weniger „Spreu" als „Weizen" produziert wird. Doch ist es oft nicht leicht zu unterscheiden, was Weizen und was Spreu ist. In anerkannten Lehrbüchern wird oft der falsche Eindruck erweckt, als sei alles Wesentliche bereits bekannt. Tatsache ist jedoch, dass in solchen Büchern meistens nur die herrschenden Lehrmeinungen unserer Zeit serviert werden, aber andere oft sogar besser begründete Meinungen verschwiegen werden.

Herrschende Lehrmeinungen sind immer Mehrheitsmeinungen, welche abweichende Minderheitsmeinungen unterdrücken. Doch verständlicherweise kann man über wissenschaftliche Wahrheiten nicht abstimmen und mehrheitlich über Wahrheit oder Unwahrheit entscheiden.

Die Forschungsgeschichte lehrt an zahlreichen Beispielen, dass oft ein Einzelner Recht hatte, aber kein Recht bekam, weil ihm seine Zeitgenossen sein Recht verweigerten. Warum eigentlich?

Unter den Wissenschaftlern gibt es nicht wenige „nützliche Zwerge" (LENIN), die gut bezahlte Gefälligkeitsforschung für wirtschaftliche oder politische Zwecke betreiben, ohne sich am wissenschaftlichen Maßstab der Wahrheit zu orientieren.

Unter den Wissenschaftlern gibt es nicht anders als in anderen sozialen Gruppen auch zahlreiche Opportunisten. Das sind Leute, die sich einer wie auch immer zustande gekommenen Mehrheitsmeinung anpassen, weil sie nicht als „Dissidenten" auffallen wollen, insbesondere um nicht ihre Karriere zu gefährden.

Weiterhin gibt es solche Wissenschaftler, die aus Angst vor Prestigeverlust niemals ihre einmal veröffentlichte Auffassung korrigieren; auch dann nicht, wenn sich herausgestellt hat, dass ihre Auffassung nicht mehr haltbar ist. Lieber diskreditieren und diffamieren sie progressive Kollegen, als dass sie zugeben, sich geirrt zu haben.

In Anbetracht nicht weniger solcher Kollegen meinte der große Physiker Max Planck (1858-1947) einmal verbittert, dass nicht nur die alten Professoren, sondern auch ihre Schüler erst ausgestorben sein müssten, bevor der Weg für neue Erkenntnisse frei sei.

Trotz dieser Schwierigkeiten bei der Auswertung der wissenschaftlich genannten Literatur will ich versuchen, die Wahrheit so weit wie möglich herauszufinden und die Funktionsprinzipien der Natur ganzheitlich darstellen, um daraus Konsequenzen für ein sinnvolles und zweckmäßiges Verhalten der Menschen abzuleiten. Denn diese Prinzipien verdeutlichen uns, wie die Natur arbeitet und seit Urzeiten gearbeitet hat, um die Erde und das Leben der Erde zu entwickeln und zu erhalten. Erst wenn wir diese Gesetzmäßigkeiten begriffen und verinnerlicht haben, können wir beurteilen, welche zeitlos gültigen Gesetze sich die Menschen im eigenen Interesse geben müssen, damit sich ihr Verhalten nicht gegen die Lebensgrundlagen der Erde und somit gegen sie selbst richtet. Wie lange und wie erfolgreich die Natur vor uns „gewirtschaftet" hat, zeigt am besten der folgende Zeitraffervergleich. Unsere Erde entstand, wie auch immer, vor etwa 4,5 Milliarden Jahren zusammen mit der Sonne und den anderen Planeten durch Zusammenballung kosmischer Stäube oder Gase unbekannter Herkunft. Denken wir uns diese 4,5 Milliarden Jahre Erdge-

schichte auf ein Jahr geschrumpft, ergibt sich, dass die Erde zwei bis drei Monate lang „wüst und leer" war, wie es in der Schöpfungsgeschichte der Bibel heißt. Dann entstand, im Laufe des März/April, das erste Leben, und zwar im Wasser. Aber erst im November kamen einige Tiere auf die Idee, an Land zu gehen. Die endgültige Landbesiedlung, zunächst durch Amphibien, dann durch Reptilien, geschah Anfang Dezember. Die ersten Säugetiere entstanden am Ende der ersten Dezemberwoche. Aber die meisten der heute lebenden Arten haben sich erst am Silvestertag gebildet. Menschenähnliche Säugetiere treten erst in der zweiten Hälfte dieses letzten Tages auf. Die Anfänge der Kultur dokumentiert in schriftlichen Aufzeichnungen aus Indien, China, Mesopotamien und Ägypten bildeten sich um 23.59 Uhr. Jesus lebte vor zwanzig Sekunden, Karl der Große vor zehn Sekunden, Bismarck vor einer Sekunde.

Wie kommt es, dass die Menschen mit immer schneller werdendem Tempo die Erde ruinieren, in „Erdsekunden" das zerstören, was im „Erdjahr" davor mühsam aufgebaut worden ist? Warum plündern die Menschen ihren Planeten? (GRUHL) Warum haben sie noch immer keine naturgemäßen Sozialund Wirtschaftsordnungen, welche den Erhalt des Lebens und der Lebensgrundlagen gewährleisten? Sind die Menschen zum Überleben zu dumm? Wenn dies zutrifft, wird die pessimistische These des österreichischen Verhaltensforschers KONRAD LORENZ aus dem Jahre 1983 schon in diesem Jahrhundert, also in der nächsten Erdsekunde, Wirklichkeit werden:

„Zur Zeit sind die Zukunftsaussichten der Menschheit außerordentlich trübe. Sehr wahrscheinlich wird sie durch Kernwaffen schnell, aber durchaus nicht schmerzlos Selbstmord begehen. Auch wenn das nicht geschieht, droht ihr ein langsamer Tod durch die Vergiftung der Umwelt, in der und von der sie lebt. Selbst wenn sie ihrem blinden und unglaublich dummen Tun rechtzeitig Einhalt gebieten sollte, droht ihr ein allmählicher Abbau all jener Eigenschaften und Leistungen, die ihr Menschentum ausmachen" (LORENZ 1983, S. 11).

Aber dieser pessimistischen These lässt sich auch eine optimistische Antithese gegenüberstellen: Die bisherige katastrophenträchtige Entwicklung wird moralische Kräfte mobilisieren, die den Untergang in der letzten Erdsekunde verhindern und einen Übergang in eine lebensfreundlichere, menschlichere und friedlichere Zukunft ermöglichen werden. Dieses Buch vertritt die Antithese bzw. versucht diese zu vertreten.


4.7. Zur „Endlagerung“ radioaktiver Abfälle

Trotz jahrzehntelanger Bemühungen hat bisher kein Land der Erde ein akzeptables
Konzept für eine einigermaßen sichere Lagerung radioaktiver Abfälle entwickeln können. Dennoch sind gegenwärtig in fast 30 Ländern der Erde mehr als 400 Kraftwerkreaktoren und etliche weitere Reaktoren ausschließlich für die Atomwaffenproduktion in Betrieb. Allein in Deutschland lagern bereits mehr als 5.000 t hochradioaktiver abgebrannter Brennelemente, außerdem etwa 50.000 m3 schwach- bis mittelaktiver Abfälle, abgesehen von den stillgelegten und noch stillzulegenden Atomkraftwerken und anderen atomtechnischen Anlagen mit ihren zum Teil stark verstrahlten Bauteilen.

Einigkeit besteht heute darüber, dass eine Endlagerung radioaktiver Abfälle nur als Tieflagerung in der kontinentalen Erdkruste durchgeführt werden darf. Aber nach welchem Konzept? In welchen Gesteinen? In welchen geologischen Strukturen? Und schließlich – an welchen Standorten? Von einer seriösen Beantwortung jeder dieser Fragen sind wir noch weit entfernt. Trotzdem wird die „Produktion“ radioaktiver Abfälle fortgesetzt. Eine Lösung des Problems der Endlagerung, das heißt, einen sicheren Abschluss der Radionuklide von der Biosphäre für Zeitspannen von zehn bis zwanzig Halbwertzeiten, gibt es, wie gesagt, nur für kurzlebige Nuklide. Die langlebigen kehren früher oder später mit dem Gesteins- und Wasserkreislauf in die Biosphäre zurück und werden zum Schadstoffbestand des Biozyklus. Ist denn, vor diesem Hintergrund betrachtet, eine unkontrollierbare Endlagerung in der Erdkruste überhaupt nötig? Sollte man die Abfälle nicht besser in oberirdisch zugänglichen Bauwerken unter Verschluss halten?

Die oberirdische Lagerung ist sicherlich so lange die sicherste Art der Aufbewahrung, bis die geowissenschaftlich bestmögliche Form der Tieflagerung in der Erdkruste gefunden ist; denn wir können wohl kaum von nachfolgenden Generationen erwarten, dass sie unseren Atommüll ad infinitum kontrollieren und bewachen.

Wir brauchen uns nur vorzustellen, dass unsere Vorfahren, zum Beispiel zur Zeit der Neandertaler, die vor etwa 100.000 Jahren lebten, Atommüll-Lager hinterlassen hätten, die wir überwachen müssten. Es wären heute erst vier Halbwertzeiten des Plutonium-239 und nicht einmal ein 1/20 einer Halbwertzeit des noch schädlicheren Neptunium-237 abgelaufen.

Auf jeden Fall wird oberirdisch gelagerter und unbetreuter Atommüll durch Verwitterung und Abtragung der Deponien viel früher diffus in die Biosphäre verteilt als tief gelagerter Abfall. Deshalb ist die Tieflagerung in der Erdkruste der bestmögliche Weg, Atommüll zu entsorgen. Sie ist aber nur eine Notlösung, keine Lösung der Entsorgung.

International sind sich die Fachleute darüber einig, dass an einem Endlagerstandort das so genannte Multibarrieren-Konzept verwirklicht werden muss. Das heißt, dass mehrere voneinander weitgehend unabhängige geologische und technische Barrieren für einen langfristigen Abschluss eines Endlagers von der Biosphäre erforderlich sind. Zu den technischen Barrieren zählen die Abfallmatrix (z.B. Glas), die Verpackung der Abfälle (z.B. Metallcontainer) und die Verfüllung der Einlagerungshohlräume in der Erdkruste. Als geologische Barriere bezeichnet man die Endlagerformation mit dem Wirtgestein und das Deckgebirge.

Übereinstimmung herrscht auch darin, dass eine Langzeitisolierung der Abfälle von der Biosphäre nur durch die geologischen Barrieren geleistet werden kann. Um die Qualität geologischer Barrieren beurteilen zu können, bedarf es eines detaillierten Vergleichs zwischen verschiedenen

  • Endlagerkonzepten (z.B. Bergwerkkonzept, Tiefbohrlochkonzept) (Abb. 38),
  • Wirtgesteinen (z.B. Granit, Basalt, Tuff, Ton, Salz),
  • Endlagerformationen (z.B. Granitplutone, Salzstöcke),
  • Standorten.

Das seit 1977 beispielsweise in Deutschland praktizierte Vorgehen entspricht diesen Anforderungen nicht. Die zuständigen Bundesbehörden haben sich von Anfang an auf Steinsalz als Wirtgestein und Salzstöcke als Endlager- formation, zumindest für hochradioaktive Abfälle, festgelegt, ohne eine vergleichende Bewertung der Alternativen durchzuführen und ohne die bekannten chemisch-physikalischen von Salz und die geologischen Schwächen von Salzstöcken beachtet zu haben.

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Abb. 38: Schematischer Vergleich von Tiefbohrloch- und Bergwerkkonzept bei der Endlagerung radioaktiver Abfälle Quelle: RINGWOOD 1980, S. 158

Gravierend ist weiterhin der Tatbestand, dass seit 1979 nur ein einziger Standort, nämlich Gorleben, untersucht wird und dass man sich geweigert hat, Kriterien zu benennen, anhand derer man die Qualität der Untersuchungsergebnisse nachvollziehbar bewerten könnte. Statt dessen wurde behauptet, die Bewertung des Standortes sei erst nach Abschluss aller Untersuchungen möglich. Dazu seien nicht nur Bohrungen, sondern auch der Bau eines „Erkundungsbergwerks“ erforderlich. Dieses Vorgehen widerspricht den elementaren Grundsätzen wissenschaftlicher Methodik, da die genannten vergleichenden Untersuchungen beziehungsweise Bewertungen nicht durchgeführt worden sind. Außerdem schafft es politische und finanzielle Sachzwänge, die dazu führen können, dass schließlich ein minderwertiger Standort für geeignet erklärt wird.

Spätestens nach Abschluss der Bohrungen im Jahre 1984 hätte eine seriöse geowissenschaftliche Bewertung der Bohrergebnisse zu der Entscheidung führen müssen, den Standort Gorleben aufzugeben. Das ist nicht geschehen. Ohne Besinnungspause begann man noch im selben Jahr mit dem Bau des Bergwerks. Erst im Jahre 2000 hat man erkannt, dass Steinsalz als Endlagergestein, Salzstöcke als geologische Formation und Gorleben als Standort doch wohl nicht besonders geeignet sind und deshalb vereinbart, die Erkundung des Salzstockes in Gorleben für mindestens drei Jahre, längstens jedoch für zehn Jahre zu unterbrechen. Um dann weiterzumachen? Oder den Standort Gorleben aufzugeben?

Werfen wir einen Blick auf die geologische Entwicklungsgeschichte der norddeutschen Salzstöcke, eine Perspektive, die uns helfen wird, die bisherigen Ergebnisse der Untersuchungen am Standort Gorleben zu bewerten. In der Perm-Zeit, vor etwa 250 Millionen Jahren, existierte in weiten Teilen Mittel- und Osteuropas ein epikontinentales Becken. Die Sedimente, die in diesem Becken abgelagert wurden, waren größtenteils Evaporite („Verdunstungsgesteine“). Insgesamt wurden bis zu 2.000 m mächtige Schichten aus Steinsalz (NaCl), Kalisalzen (KCl, MgCl2, KMgCl3 x 6H2O u.a.), Anhydrit (CaSO4) und Salzton abgelagert.

Die Basis des Beckens senkte sich in den nachfolgenden geologischen Zeiten weiter ab, so dass die Evaporite mit einem Schichtenpaket von 2.000 bis 4.000 m Mächtigkeit überlagert wurden. In diese Deckschichten („Deckgebirge“) sind zwar auch noch einzelne Salzlager eingeschaltet, aber zum überwiegenden Teil bestehen sie aus Kalk, Sand, Silt und Ton. Der zunehmende Überlagerungsdruck verfestigte die Sedimente nach und nach zu Sedimentgesteinen (vgl. Kap. 4.3.). Heute liegen nur noch die tertiären und quartären Schichten in weitgehend lockerer Form vor; und zwar handelt es sich vorwiegend um Meeres- und Küstensedimente (Tertiär) sowie Gletschereis- und Schmelzwassersedimente (Quartär). Sie haben eine Dichte von 2,1- 2,4 g/cm3. Dagegen sind die darunter folgenden Schichten auf 2,4-2,7 g/ cm3 höher verdichtet worden.

Der größten Druckeinwirkung waren die zuunterst liegenden Permsalze ausgesetzt. Doch trotz sehr hohen Überlagerungsdrucks haben sie sich nicht über einen durchschnittlichen Wert von 2,2 g/cm3 verdichten lassen. Auch noch in anderer Hinsicht verhalten sich Salzgesteine abweichend von anderen Sedimentgesteinen: Sie reagieren unter Druck relativ plastisch, das heißt, sie können aus Bereichen höheren Drucks in solche geringeren Drucks kriechen. Auf diese Weise bilden sich zuerst flache „Salzkissen“ und später, beim Aufstieg und Durchbruch der Salze durch das Deckgebirge, steil aufragende „Salzstöcke“ (Abb. 39).

Der Salzaufstieg („Diapirismus“) setzt sich so lange fort, bis ein weit gehender Schwereausgleich des Salzkörpers mit den umgebenden Gesteinen erreicht ist. Bei den vorhandenen Dichteunterschieden müssten die Salzstöcke eigentlich bis über die Erdoberfläche hinausgetrieben werden. Dennoch findet man bei uns keinen Salzstock an der Erdoberfläche, denn unter dem heutigen feuchten mitteleuropäischen Klima gelangen die Salzstöcke bei ihrer Annäherung an die Erdoberfläche in den Einflussbereich des Grundwassers. Hier werden die Salze gelöst („abgelaugt“) und mit den Grundwasserströmen forttransportiert. Am oberen Ende des Salzstocks entsteht dadurch eine Kappungsfläche, die man „Salzspiegel“ nennt.

Über den Salzspiegel reichern sich die schwer oder gar nicht löslichen Rückstände des Salzstocks, wie Gips und Ton, an und werden zu einem „Gipshut“ verbacken. Wäre die Aufstiegsrate größer als die Ablaugungsrate, müssten die Salzstöcke an der Erdoberfläche auftauchen, wie das zum Beispiel im ariden Iran der Fall ist.

Doch auch in Mitteleuropa hat es in der jüngsten erdgeschichtlichen Vergangenheit Bedingungen gegeben, unter denen ein höherer Aufstieg der Salzstöcke als heute möglich war. Das geschah unter den subpolaren Klimabedingungen in den quartären Kaltzeiten, als Dauerfrostboden im Umland der Gletscher eine Grundwasserneubildung verhinderte, weil Wasser nicht versickern konnte. Damals hoben viele Salzstöcke ihre gefrorenen Deckschichten an und verursachten Aufbeulungen an der Erdoberfläche. In den Warmzeiten wurde das Salz verstärkt gelöst. Dabei entstanden so genannte Subrosionssenken an der Erdoberfläche, weil Deckschichten und Gipshut nachsackten.

Im Einzelnen sind große Unterschiede in Beginn und Ablauf der Salzwanderung festzustellen. Viele Salzkörper sind über das Salzkissenstadium nicht hinausgekommen oder als Salzstöcke in größerer Tiefe stecken geblieben; andere liegen mit ihrem Salzspiegel dicht unter der Erdoberfläche

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Abb. 39: Entstehung eines Salzstocks Quelle: GERA 1972, S. 3555 PUT/CC heute vor ca. 200 Mio. Jahren

und steigen noch weiter auf. Allen Salzstöcken gemeinsam ist, dass die ursprünglich horizontal lagernden Evaporite beim Aufstieg außerordentlich stark und kompliziert gefaltet wurden und dass besonders die spröde reagierenden Evaporite (Anhydrit, Salzton) dabei vielfach zerbrochen sind, so dass Grundwasser über Klüfte und Spalten bis tief in solche Salzstöcke eindringen kann, bei denen vor allem Anhydritschichten vom Salzspiegel gekappt wurden (Abb. 40).

Betrachtet man Steinsalz und Salzstöcke unter dem Aspekt der Endlagerung radioaktiver Abfälle, so zeigt sich, dass sie im Vergleich zu anderen Gesteinen und geologischen Formationen wesentliche Nachteile aufweisen. Der von Salzbefürwortern immer wieder betonte „Vorteil“ von Steinsalz als Wirtgestein, nämlich seine äußerst geringe Wasser- und Gasdurchlässigkeit aufgrund hoher Plastizität, erweist sich bei komplexer Betrachtung als zweifelhaft: Diese Wissenschaftler behaupten, die in einem Endlagerbergwerk deponierten radioaktiven Abfälle würden vom plastisch sich verformenden Steinsalz nach und nach fest eingeschlossen und könnten deshalb nicht mehr mit der Biosphäre in Verbindung treten. Sie verschweigen jedoch, dass große zusammenhängende Bereiche von chemisch reinem Steinsalz in der Natur kaum vorkommen. Denn meistens ist Steinsalz nicht nur durch andere Salze „verunreinigt“, sondern weist auch eingefaltete Kalisalzschichten auf. Aber Kalisalze enthalten hohe Anteile an Kristallwasser, das unter dem Wärmeeinfluss hochradioaktiver Abfälle abgegeben wird. Dabei wandelt sich festes Salzgestein in flüssige Salzlösung um. Außerdem enthalten Salzgesteine bis zu vielen Kubikmetern umfassende Einschlüsse von Salzlösungen („Laugenspeicher“). Dieser wandern zu Wärmequellen hin, also zu hochaktiven Abfällen („Thermomigration“). Schließlich erreichen die Salzlösungen die Wärmequellen. Unter hohen Gebirgsdrücken und Temperaturen stehend, sind Salzlösungen chemisch besonders aggressiv; sie zerstören die technischen Barrieren der Abfälle in wenigen Jahrzehnten, höchstens einigen Jahrhunderten. Dabei kommt es zu vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Salzlösungen und Abfällen.

Unter anderem entstehen große Mengen gasförmigen Wasserstoffs. Wenn dieser nicht entweichen kann, etwa weil infolge der Plastizität des Salzgesteins alle Spalten im Salzstock geschlossen sind, durch die sonst ein Druckausgleich nach oben hätte stattfinden können, bauen sich Drücke auf, die schließlich zum Bersten des Salzstocks führen können. Dabei und durch das anschließend weiter fortschreitende Zusammenkriechen („Konvergenz“) des Salzes können die hochradioaktiven Lösungen aus dem Salzstock in das Deckgebirge und somit in das Grundwasser ausgepresst werden.

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Abb. 40: Typische Innenstruktur eines Salzstocks (oben) Bisherige Kenntnisse über die Innenstruktur des Salzstocks Gorleben-Rambow aufgrund der Interpretationen von Bohrungen - NW-SW-Profil südlich von Gorleben (unten) Quellen: SEIDL, 1921, S. 129 (oben) Bundesamt für Strahlenschutz 1990, S. 50 (unten)

Aber nicht nur der Kontakt der radioaktiven Abfälle mit Salzlösungen ist problembehaftet. Auch trockenes Salz ist instabil: Es wird durch die Gamma- Strahlung der Abfälle in metallisches Natrium und Chlorgas gespalten („Radiolyse“), die sich im Kristallverband des Steinsalzes anreichern. Später kann es zu explosiven Rückreaktionen (2Na + Cl2 ? 2NaCl) unter Freisetzung großer Wärmemengen kommen. Dabei können sowohl die technischen als auch die geologischen Barrieren zerstört beziehungsweise beschädigt werden.

Im Übrigen führt der permanente Wärmeeintrag seitens der hochradioaktiven Abfälle auch zu einem verstärkten Diapirismus des Salzstocks. Ob ein Salzbergwerk dabei überhaupt stabilisiert werden kann, ist sehr fraglich. Doch plastische Deformationen von Salzgestein in der Tiefe schließen spröde Reaktionen weiter oben nicht aus. Etwa als Folge des Bergbaus können über einem Bergwerk durch Zugspannungen Risse und Spalten entstehen, durch die Grundwasser aus dem Deckgebirge eindringen würde. Dadurch könnte das gesamte Bergwerk volllaufen. Im Gegensatz zu Bergwerken in anderen Gesteinen (z.B. Granit) ist ein Leerpumpen „ersoffener“ Salzbergwerke erfahrungsgemäß nicht möglich, denn die extrem hohe Wasserlöslichkeit von Stein- und Kalisalzen sorgt dafür, dass nachströmendes Grundwasser die Spalten schneller erweitert, als sie durch die Konvergenz geschlossen werden können.

Aus diesen und weiteren Gründen wird zum Beispiel in Kanada und in den USA eine Endlagerung radioaktiver Abfälle in Salz nicht verfolgt. Doch in Deutschland hat man sich am Salz „festgebissen“, obwohl spätestens nach Abschluss der übertägigen Erkundung im Jahre 1984 feststand, dass der Salzstock Gorleben-Rambow (Abb. 41) als Endlager ungeeignet ist, nicht nur aus allgemein physikalisch-chemischer, sondern auch aus regionalgeologischer Sicht; denn

  • Der Salzstock ist nicht durch eine hinreichend mächtige und lückenlose Tondecke von den grundwasserführenden Schichten über dem Salzstock abgeschirmt (Abb. 42);
  • Der Salzstock ist nicht in Ruhe, sondern bis in quartäre Zeiten aufgestiegen und steigt noch weiter auf;
  • Der Salzstock hat durch Salzauflösung bereits einen großen Teil seiner Substanz verloren und wird noch weiter abgelaugt;
  • Der Salzstock weist eine sehr komplizierte Innenstruktur mit Lösungsund Gaseinschlüssen auf (Abb. 40 unten).

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Abb. 41: Salzstrukturen im mittleren Norddeutschland Quellen: Geol. Jahrbuch, A 10, 1973 Petermanns Geogr. Mitt., 109, 1956, Tafel 32 Geol. Karte der BRD 1 : 1 Mio., 1973

Aber wohin mit dem Atommüll? Da das mitteleuropäische Bruchschollenland aus geologischen, hydrologischen und klimatischen Gründen keine akzeptablen Voraussetzungen für eine Endlagerung radioaktiver Abfälle liefert, sollten internationale Lösungen gesucht werden, die Endlagerstandorte mit folgenden Eigenschaften bieten: • Mechanisch und chemisch weit gehend stabile Endlagerformationen in großer Tiefe mit niedrigem Rohstoffpotential, damit die Wechselwirkungen zwischen Abfällen und Gestein möglichst gering, die Radionuklidwanderwege zur Biosphäre möglichst weit und die Gefährdung der Endlager durch zukünftige Rohstoffsuchende, die von der Existenz der Endlager eventuell nichts mehr wissen, möglichst klein sind (petrographische Barriere);

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Abb. 42: Struktur des Deckgebirges über dem Salzstock Gorleben-Rambow Quelle: PTB 1983, S. 58

  • Hohe tektonische Stabilität in der geologischen Vergangenheit, damit die Wahrscheinlichkeit zukünftiger Aufbrüche der Endlager durch Erdkrustenbewegungen möglichst gering ist (tektonische Barriere);
  • Kontinentale Binnenentwässerung, damit aus Endlagern entweichende Radionuklide nicht über Flüsse ins Weltmeer gelangen können, sondern räumlich begrenzt festgehalten werden (morphologische Barriere);
  • Arides Klima, damit aus Endlagern entweichende Radionuklide keine zumindest in der geologischen Gegenwart dicht besiedelten und intensiv genutzten Kulturlandschaften schädigen können (klimatologische Barriere).

Angesichts der extrem langen Halbwertzeiten vieler Radionuklide und in Anbetracht der langfristigen Umwälzungen der Erdkruste im Rahmen des Gesteinskreislaufs sowie kurz- und mittelfristiger klimatischer und hydraulischer Veränderungen auf der Erde gewährleistet selbstverständlich auch das soeben dargestellte Barrierensystem keinen absoluten Schutz der Biosphäre vor den Radionukliden. Eben darum gibt es keine Lösung, sondern nur eine Notlösung der Endlagerung, und deshalb sollte die Produktion weiterer radioaktiver Abfälle unverzüglich eingestellt werden.

Ob eine Endlagerung radioaktiver Abfälle in Zukunft durch die Transmutationsforschung entschärft werden kann, lässt sich beim heutigen Stand von Wissenschaft und Technik noch nicht beantworten. Aber vielleicht gelingt es eines Tages, möglicherweise schon in einigen Jahrzehnten, vielleicht auch erst in Jahrhunderten, langlebige radioaktive Isotope in großem industriellen Umfang in kurzlebige umzuwandeln.

Bearbeitet am:24.04.2005 /ad


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