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Standortbeschreibung Gorleben Teil 1

Die Hydrogeologie des Deckgebirges des Salzstocks Gorleben

Hrsg.: Hans Klinge; Jens Boehme; Christoph Grissemann

[Description of the Gorleben Salt dome Part I: Hydrogeology of the cover rock of the Gorleben Salt Dome, Germany (nuclear waste disposal site candidate)]

2007. 147 Seiten, 59 Abbildungen, 4 Tabellen, 1 Anlage, 17x24cm, 460 g
Language: Deutsch

(Geologisches Jahrbuch Reihe C, Band C 71)

ISBN 978-3-510-95962-4, brosch., price: 34.00 €

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nuclear waste disposal site hydrogeology gorleben

Contents

Kurzbeschreibung top ↑

Der Salzstock Gorleben wird seit dem Jahre 1979 auf seine Eignung als Endlager für radioaktive Abfälle untersucht. Im Zeitraum von 1979 bis 1998 wurde ein umfangreiches Bohr- und Erkundungsprogramm zur Erkundung der hydrogeologischen Verhältnisse und der Geologie der Deckschichten über dem Salzstock durchgeführt. Die vorliegende Publikation stellt die wesentlichen Ergebnisse der hydrogeologischen Erkundung des Salzstocks zusammenfassend dar.

Die tertiären und quartären Deckschichten des Salzstocks bilden ein bis zu maximal 430 m mächtiges System von Grundwasserleitern und -geringleitern. Hydrogeologisch lassen sich diese in einen durch tertiäre und elsterzeitliche Sande und Kiese gebildeten unteren Grundwasserleiter und einen oberen Wasserleiter in den saale- und weichselzeitlichen Ablagerungen gliedern. Prägendes Strukturelement im Deckgebirge des Salzstocks Gorleben ist die elsterzeitlich entstandene Gorlebener Rinne, in derem zentralen Bereich über dem Salzstock gut durchlässige Rinnensande unmittelbar dem Hutgestein, lokal auch Zechsteinsalzen auflagern

Die Elster-Rinnensande sind durch den gering durchlässigen Lauenburger-Ton-Komplex vom oberen Grundwasserleiter getrennt, im Norden und Süden des Salzstocks stehen sie jedoch mit dem überregional verbreiteten bedeutenden Grundwasserleiter der tertiären Braunkohlensande hydraulisch in Kontakt.

Die Gorlebener Rinne ist für die Grundwasserverhältnisse über dem Salzstock von besonderer Bedeutung. Im Zentrum der Rinne kommt es aufgrund des direkten Kontaktes zwischen dem Zechsteinsalinar und dem unteren Aquifer zu einer starken Aufsalzung der Grundwässer. Die Betrachtung möglicher Ausbreitungspfade aus dem Salzstock ist eng mit der Frage der Salzwasserbewegung innerhalb des Deckgebirges verknüpft. Basierend auf der gegenwärtigen Süß-/Salzwasserverteilung lassen sich folgende zwei Ausbreitungspfade dieser Salzwässer definieren: a) ein lateraler Austrag von hochkonzentrierten Salzwässern in die nordwestliche Randsenke, in der sich die Wässer aufgrund ihrer erhöhten Dichte an der Aquiferbasis sammeln; b) ein vertikaler Salzwasseraufstieg in den oberen Grundwasserleiter infolge lokal erhöhter Durchlässigkeiten innerhalb des überlagernden Grundwassergeringleiters. Diese Salzwässer erreichen in der Elbeniederung die Grundwasseroberfläche.

Die numerische Modellierung der Wasserbewegung unter Verwendung dreidimensionaler Strömungsmodelle führt bei Annahme von Süßwasserverhältnissen zu Laufzeiten vom Kontaktbereich in der Gorlebener Rinne zur Grundwasseroberfläche in der Größenordnung von mehreren tausend bis zehntausend Jahren. Dagegen zeigt die 2D-Modellierung der Wasserbewegung in der Gorlebener Rinne unter Berücksichtigung der vom Salzgehalt abhängigen Wasserdichte, dass sich unter Salzwasserbedingungen andere Strömungsmuster mit durchschnittlich kleineren Fließgeschwindigkeiten und entsprechend längeren Transportzeiten im Salzwasserbereich einstellen.

Entsprechende Hinweise ergeben sich auch aus der Isotopenzusammensetzung der Salzwässer, die z. T. noch pleistozän kaltzeitlich geprägt sind oder aber Mischungen zwischen eiszeitlichen und holozänen Wässern darstellen. Hieraus lässt sich ableiten, dass die nacheiszeitliche Grundwasserbewegung auch die Salzwässer in der Gorlebener Rinne erfasst. Das Vorkommen eiszeitlich entstandener Wässer ist aber ebenfalls ein Beleg für eine insgesamt geringe Salzwasserbewegung in der Rinne.

Abstract top ↑

The Gorleben salt dome has been investigated since 1979 to ascertain its suitability as a repository for radioactive waste. A wide-ranging drilling and exploration programme was carried out from 1979 to 1998 to investigate the hydrogeological conditions and the geology of the cover rock above the salt dome. This report brings together all of the most important results of this hydrogeological investigation.

The Tertiary and Quaternary strata covering the salt dome form a system of aquifers and aquitards with a maximum thickness of 430 m. These can be hydrogeologically divided up into Tertiary and Elsterian sands and gravels forming a lower aquifer, overlain by Saalian and Weichselian deposits forming an upper aquifer. The most dominant structural element in the cover rock of the Gorleben salt dome is the Elsterian Gorleben channel (Gorlebener Rinne). In the central part of the channel above the salt dome, this is filled with channel sands of good permeability lying directly on the cap rock, and locally also on Zechstein salts. The Elsterian channel sands are separated from the shallow aquifer by the low permeability Lauenburger-Ton- Komplex. However, to the north and south of the salt dome, they are in hydraulic contact with the supra-regionally widespread and important aquifer formed by Tertiary Braunkohlensande.

The Gorleben channel is of considerable importance when assessing the long-term safety of a repository within the salt dome. Because of the direct contact between the Zechstein evaporites and the lower aquifer in the centre of the channel, there is a considerable increase in the salinity of the groundwater. An assessment of any potential migration paths out of the salt dome is closely connected with the transport of saline water within the cover rock. Two migration paths for this brine can be defined on the basis of the current freshwater/saltwater distribution: a) Lateral migration of highly concentrated brines in the northwestern rim syncline where the water collects at the base of the aquifer because of its higher density; b) Vertical rise of the brine in the upper aquifer as a result of locally increased permeability within the overlying aquitard. This brine reaches the groundwater surface in the Elbe depression.

Numerical modelling of the flow of water using three-dimensional flow models indicates that it would take several thousand to a few ten thousand years for freshwater to flow from the contact zone in the Gorleben channel to the groundwater surface. In contrast, 2D modelling of groundwater flow in the Gorleben channel, considering the brine-concentration-dependent water density, indicates that other flow patterns develop when brine is present, and that these have lower flow velocities on average and thus longer travel times within the saltwater zone.

This is also indicated by the isotopic composition of the brine, which in some cases still bears a Pleistocene signature or in other cases represents mixtures of Pleistocene and Holocene waters. It can be concluded from this that the flow of groundwater in the post-glacial period in the Gorleben channel also includes brine. On the other hand the presence of Pleistocene water reveals that there is only a minor amount of saltwater flow overall in the channel.

Bespr.: TerraTech 9/2007 TT2 top ↑

Der Salzstock Gorleben wird seit dem Jahr 1979 auf seine Eignung als Endlager für radioaktive Abfälle untersucht. Im Zeitraum von 1979 bis 1998 wurde ein umfangreiches Bohr- und Erkundungsprogramm zur Erkundung der hydrogeologischen Verhältnisse und der Geologie der Deckschichten über dem Salzstock durchgeführt. Diese Publikation stellt die wesentlichen Ergebnisse der hydrogeologischen Erkundung des Salzstocks zusammenfassend dar.

Die Gorlebener Rinne ist für die Grundwasserverhältnisse über dem Salzstock von besonderer Bedeutung. Im Zentrum der Rinne kommt es aufgrund des direkten Kontaktes zwischen dem Zechsteinsalinar und dem unteren Aquifer zu einer starken Aufsalzung der Grundwässer. Die Betrachtung möglicher Ausbreitungspfade aus dem Salzstock ist eng mit der Frage der Salzwasserbewegung innerhalb des Deckgebirges verknüpft. Basierend auf der gegenwärtigen Süß-/Salzwasserverteilung wird auf zwei Ausbreitungspfade der Salzwässer eingegangen.

Die numerische Modellierung der Wasserbewegung unter Verwendung dreidimensionaler Strömungsmodelle führt bei Annahme von Süßwasserverhältnissen zu Laufzeiten vom Kontaktbereich in der Gorlebener Rinne zur Grundwasseroberfl äche in der Größenordnung von mehreren tausend bis zehntausend Jahren. Dagegen zeigt die 2D-Modellierung der Wasserbewegung in der Gorlebener Rinne unter Berücksichtigung der vom Salzgehalt abhängigen Wasserdichte, dass sich unter Salzwasserbedingungen andere Strömungsmuster mit durchschnittlich kleineren Fließgeschwindigkeiten und entsprechend längeren Transportzeiten im Salzwasserbereich einstellen.

Durch entsprechende Hinweise aus der Isotopenzusammensetzung der Salzwässer lässt sich ableiten, dass die nacheiszeitliche Grundwasserbewegung auch die Salzwässer in der Gorlebener Rinne erfasst. Das Vorkommen eiszeitlich entstandener Wässer ist aber ebenfalls ein Beleg für eine insgesamt geringe Salzwasserbewegung in der Rinne.

TerraTech 9/2007 TT2

Bespr.: ZGW 35 (6) 2007 top ↑

„Der Salzstock Gorleben ist im Jahr 1977 von der Niedersächsischen Landesregierung als möglicher Standort für ein Bergwerk zur Endlagerung radioaktiver Abfälle vorgesehen worden“. So beginnt das einleitende Kapitel der Standortbeschreibung Gorleben. Heute, so erfährt der Leser im Vorwort, ruhen infolge der Vereinbarung zwischen Bundesregierung und den Energieversorgungsunternehmen aus dem Jahre 2000 die Arbeiten am Standort Gorleben. 30 Jahre also, in denen Geowissenschaftler, unter ihnen Hydrogeologen, an der Erkundung und Bewertung des Standortes gearbeitet haben, häufig auch kritisch beäugt von der Öffentlichkeit. 30 Jahre, in denen sich die Diskussion um die Energieversorgung sowie auch deren technischen Möglichkeiten gewandelt haben, in denen es zum Reaktorunfall in Tschernobyl als auch zur Öffnung der innerdeutschen Grenze kam, und in denen sich die geologischen Erkundungsmethoden bedeutend weiter entwickelt haben. Da wird es endlich Zeit, die umfangreichen Erkundungen in einen Gesamtzusammenhang zu stellen. Dieser Aufgabe haben sich die Autoren der 4 Teilbände gestellt und verbinden damit den Anspruch (lt. Vorwort) „… die in der Öffentlichkeit und im politischen Raum kontrovers geführte Diskussion um den Standort Gorleben zu versachlichen.“

Teil 1 der Standortbeschreibung Gorleben beschränkt sich auf die Hydrogeologie des Deckgebirges im Bereich des Salzstockes und kann demzufolge auch nur als eine Teilbewertung im Hinblick auf einen möglichen Schadstoffaustrag angesehen werden, wie die Autoren deutlich machen. Die Autorengemeinschaft setzt sich aus anerkannten Wissenschaftlern der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover (BGR), der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH in Braunschweig und der International „Atomic Energy Agency“ in Wien zusammen. Die dargelegten Befunde beziehen sich zusätzlich auf Forschungsprogramme einer Vielzahl von Institutionen und Universitätseinrichtungen aus 30 Jahren Untersuchungsdauer.

In insgesamt neun Kapiteln werden nun die einzelnen Arbeitspakete von der geologisch- hydrostratigraphischen Erkundung, über die Untersuchung der stofflichen Beschaffenheit der Grundwässer bis hin zur Modellierung der Strömungs- und Transportbedingungen dargestellt. Immer werden die verwendeten Methoden hinreichend erläutert und schließlich die Ergebnisse, die in bis zu 30 Jahren erarbeitet wurden, dargelegt und interpretiert. Die Datengrundlage wird nachvollziehbar beschrieben, und jedes Kapitel wird kurz zusammenfassend eingeleitet. Besonders positiv macht sich dabei bemerkbar, daß die Autoren stets Bezug nehmen auf die mit anderen Methoden gewonnenen Ergebnisse, z.B. die Bestätigung geologischer Erkundungen durch geothermische Messungen oder isotopenhydrologische Befunde. Damit wird der Bericht zu einem Musterbeispiel für gute interdisziplinäre Zusammenarbeit. Das abschließende Kapitel 10 bildet eine gut verständliche Synopse aller Einzelbefunde.

Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefaßt werden: Hydrostratigraphische Untersuchungen ergeben das Bild eines oberen saale-weichselzeitlichen Grundwasserleiters und eines tieferen tertiären und elsterzeitlichen Grundwasserleiters, die i.d.R. durch den gering durchlässigen elsterzeitlichen Lauenburer Ton getrennt sind. Besonderes Strukturmerkmal ist die elsterzeitliche Gorlebener Rinne, die im Bereich des Salzstockesunmittelbar dem Hutgestein des Salzstockes auflagert.

Zwei Bewegungspfade des salinaren Wassers des tieferen Grundwasserleiters werden identifiziert; zum einen der laterale Austrag ausgehend vom Salzstock in die nordwestliche Randsenke und zum anderen ein vertikaler Aufstieg oberhalb des Salstockes in den oberen Grundwasserleiter bedingt durch lokal erhöhte hydraulische Leitfähigkeiten.

Mittels numerischer Modelle werden Zeitspannen zwischen dem Kontaktbereich in der Gorlebener Rinne bis zur Grundwasseroberfläche angegeben, die bei konservativer Betrachtung einige tausend bis zehntausend Jahre betragen, unter Berücksichtigung der erhöhten Dichte des Salzwassers jedoch länger sein können. Entsprechend ergeben Isotopenuntersuchungen, daß die Salzwässer z. T. pleistozän geprägt sind, aber auch holozäne Beimischungen enthalten. Zusammenfassend wird daraus eine geringe Salzwasserbewegung abgeleitet.

Besonders positiv wirkt sich die klare Sprache des Textes aus, begleitet von kurzen, aber hinreichenden Methodenerläuterungen und hervorragenden farbigen Abbildungen. Man möchte - und man kann sogar - diesen absolut unprätentiös geschriebenen Bericht auch dem hydrogeologischen Laien empfehlen. In diesem Sinne haben die Autoren ihren Anspruch, nämlich die Grundlage für eine versachlichte Diskussion in der Öffentlichkeit zu legen, vollständig erreicht.

Nur hier und da hat die Rezensentin doch kleine Kritiken anzumerken. Warum z. B. wird nur zwischen Süß- (< 1g/L TDS) und Salzwasser (> 1g/L TDS, s.a. Anlage „Hydrochemische Vertikalschnitte“) unterschieden. Üblicherweise sprechen wir doch von Brackwasser bei Salinitäten zwischen 1g/L und 10g/L. Auch ist es etwas verwirrend, daß zumeist dieselben Vertikalschnitte besprochen werden, diese aber im Textteil und im Anhang unterschiedliche Bezeichnungen erhalten. Schließlich empfindet die Rezensentin die Abbildung der Grundwasserneubildung (Abb. 4) in sofern als sehr unglücklich, da mittels zweier verschiedener Farbkodierungen in nicht mehr unterscheidbaren Grüntönen versucht wird, die Neubildungsraten für die ehemals getrennten West- und Ostdeutschen Areale des Untersuchungsraums flächenhaft darzustellen. Außerdem wäre eine etwas breitere Darstellung der vielen verschiedenen hydraulischen Modelle wünschenswert gewesen. Schließlich wurden hier über 30 Jahre hinweg jeweils dem Stand der Technik entsprechende Modellwerkzeuge eingesetzt; seien es konservative oder Dichte-berücksichtigende, 3D oder 2D-Modelle, die jedes für sich einen immensen Arbeitsaufwand bedeutet haben.

Was allerdings machen diese kleinen Unschönheiten im Vergleich zu dem Gesamtwerk aus? Die Rezensentin hat die Lektüre der 147 Seiten + Anhang sehr genossen und empfiehlt sie gerne Geologen und Hydrogeologen, aber auch dem interessierten Laien.

MARIA-TH. SCHAFMEISTER, Greifswald

ZGW 35 (6) 2007

bespr.: GMIT Nr. 31 (März 2008) top ↑

Das Buch ist der 1. Teil einer Tetralogie zum Salzstock Gorleben und seiner Eignung als Endlager für radioaktive Abfälle. Neben der Hydrogeologie des Deckgebirges (Teil 1) sollen die geologische Erkundung des Deck- und Nebengebirges (Teil 2), die Erkundung des Salinars (Teil 3) und die geotechnischen Untersuchungen (Teil 4) vorgestellt werden. Nach dem Vorwort in Teil 1 ist es das Ziel der Veröffentlichungen, neben der Dokumentation auch die in der Öffentlichkeit und im politischen Raum kontrovers geführte Diskussion um den Standort Gorleben zu versachlichen.

Wer eine klare Aussage zur Eignung des Salzstockes als Endlager für radioaktive Abfälle erwartet, wird enttäuscht. Der Teil 1 enthält hierzu keine direkte Aussage. Er ist vielmehr eine anschauliche und umfassende Darstellung der hydrogeologischen Situation im Umfeld des Salzstockes. Dies beinhaltet jedoch eine Auswertung der erhobenen Daten und Modellvorstellungen im Hinblick auf mögliche Ausbreitungspfade von Schadstoffen von der Salzstockoberfläche durch das Grundwasser an die Erdoberfläche.

Die einzelnen Kapitel sind für sich eigenständig. Sie sind überwiegend Zusammenstellungen von früheren Veröffentlichungen, die hier zusammengeführt werden. Im abschließenden Kapitel 10 gelingt der Versuch, die vorhergehenden Kapitel im Hinblick auf eine mögliche Ausbreitung von Schadstoffen, die aus dem Salzstock stammen, bis an die Erdoberfläche zusammenzufassen. Das Buch zeigt, dass Salzwasser vom Top des Salzstockes in verdünnter Form an die Erdoberfläche gelangt.

Mein Tipp: Erst das zusammenfassende Kapitel 10 lesen und sich dann gezielt die anderen Kapitel anschauen. Das erleichtert das Verständnis der in den vorhergehenden Kapiteln vorgenommen Ausführungen.

Das Buch ist eine durch und durch wissenschaftliche Veröffentlichung für Fachleute, die aber auch, insbesondere wegen der sehr anschaulichen und qualitativ hochwertigen Abbildungen inkl. der Anlage von Fachleuten dazu genutzt werden kann, Nicht-Fachleuten unterschiedliche Sachverhalte im Zusammenhang mit der Problematik zu erklären. Wenn das im Vorwort mit aufgeführte Ziel, das Versachlichen der in der Öffentlichkeit und im politischen Raum kontrovers geführten Diskussion um den Standort Gorleben in diesem Sinne zu verstehen ist, hat die Veröffentlichung ihr Ziel erreicht.

Bernd Leßmann, Wiesbaden

GMIT Nr. 31 (März 2008), S. 72

Bespr.: BWK Bd. 61 (2009) Nr. 1/2 top ↑

Der Salzstock in Gorleben wird seit 1979 auf seine Eignung als Endlager für radioaktive Abfälle untersucht. Bis 1998 wurde ein umfassendes Bohrprogramm zur geologischen Erkundung der Deckschichten über dem Salzstock durchgeführt. Der erste Teil der Reihe zum Salzstock in Gorleben fasst die Ergebnisse der hydrogeologischen Erkundung zusammen. Die tertiären und quartären Deckschichten des Salzstocks bilden ein bis zu 430 m mächtiges System von Grundwasserleitern und -geringleitern. Hydrogeologisch lassen sie sich in einen unteren und in einen oberen Wasserleiter gliedern. Prägendes Element im Deckgebirge ist die Gorlebener Rinne, die für die Grundwasserverhältnisse über dem Salzstock von besonderer Bedeutung ist. Im Zentrum der Rinne werden Grundwässer durch direkten Kontakt des Zechsteinsalinars mit dem angrenzenden Aquifer stark aufgesalzen. Die Betrachtung möglicher Ausbreitungspfade aus dem Salzstock ist eng mit der Salzwasserbewegung im Deckgebirge verknüpft. Aus der Isotopenzusammensetzung der Salzwässer lässt sich ableiten, dass die nacheiszeitliche Grundwasserbewegung auch Salzwässer in der Gorlebener Rinne erfasst. Das Vorkommen eiszeitlicher Gewässer ist ein Beleg für die insgesamt geringe Salzwasserbewegung in der Rinne.

BWK Das Energie-Fachmagazin Bd. 61 (2009) Nr. 1/2

Inhaltsverzeichnis top ↑

1 Einleitung 11
2 Das hydrogeologische Untersuchungsprogramm Gorleben 12
3 Morphologische und hydrologische Beschreibung
des Untersuchungsgebietes 14
3.1 Lage, Morphologie, Gewässernetz, Landnutzung 14
3.2 Klima und Niederschlag 17
3.3 Grundwasserneubildung 18
4 Hydrogeologie des Deckgebirges 21
4.1 Überblick 21
4.2 Hydrostratigraphische Gliederung der Schichtenfolge 21
4.2.1 Tertiär 23
4.2.2 Quartär 25
4.3 Hydrogeologischer Bau 27
5 Hydraulische Eigenschaften 33
5.1 Langzeitpumpversuche 33
5.1.1 Aufgabenstellung und Ziele 33
5.1.2 Auswertungsmethodik 36
5.1.3 Ergebnisse 37
5.1.3.1 Hydraulische Kennwerte 37
5.1.3.2 Raumzeitliches Absenkungsverhalten 38
5.2 Durchlässigkeitsbeiwerte 43
6 Geothermische Untersuchungen 46
6.1 Ziel 46
6.2 Datenbasis 46
6.3 Zu erwartendes geothermisches Feld 46
6.4 Grundwassertemperaturen im Deckgebirge 47
6.5 Verbreitung der Wärmestromdichte 49
6.6 Thermische Indikationen für Grundwasserströmungen 53
7 Grundwasserbeschaffenheit 59
7.1 Räumliche Verteilung der Gesamtsalzgehalte 59
7.1.1 Vorgehensweise bei der Datenauswertung 59
7.1.2 Beschreibung der Süß-/ Salzwasserverteilung 61
7.2 Chemische Zusammensetzung der Grundwässer 71
7.2.1 Typisierung der Grundwässer 71
7.2.2 Geochemische Wechselwirkungen zwischen Grundwässern
und Sedimenten 74
7.3 Isotopenhydrologische Untersuchungen 79
7.3.1 Tritium 80
7.3.2 Stabile Sauerstoff- und Wasserstoffisotope 82
7.3.3 14C-Altersdatierungen 88
7.3.4 Untersuchungen an Bohrkernen des Hamburg-Tons und
des Lauenburger-Ton-Komplexes 92
8 Grundwasserbewegung 97
8.1 Grundwässerstände 97
8.2 Grundwasserbewegung im Süßwasserkörper 101
8.2.1 Oberflächennahes Grundwasser 101
8.2.2 Der Süßwasserkörper des unteren Grundwasserleiters
in der Elbe-Löcknitz-Niederung 105
8.3 Grundwasserbewegung im Salzwasserkörper 107
9 Modellrechnungen 110
9.1 Dreidimensionales Grundwassermodell mit konstanter Dichte 110
9.2 Modellrechnungen zur Grundwasserbewegung mit variabler Dichte 113
9.3 Paläohydrogeologische Untersuchungen 117
9.4 Schlussfolgerungen aus den Modellrechnungen 122
10 Zusammenfassende Diskussion zur Süß-/Salzwasserdynamik
im Deckgebirge des Salzstocks Gorleben 123
11 Literaturverzeichnis 141
12 Abkürzungsverzeichnis 146