Ausschlusskriterien "Seismische Aktivität, Aktive Störungszonen, Grundwasseralter"

Land / Region: Deutschland

Projektanfang: 01.10.2019

Projektende: 30.09.2020

Projektstand: 25.09.2020

Die Suche nach einem Endlagerstandort in Deutschland für hochradioaktive Abfälle mit der bestmöglichen Sicherheit für eine Million Jahre ist im Standortauswahlgesetz (StandAG) geregelt. Hierin werden im § 22 sechs Ausschlusskriterien definiert. Ein Gebiet ist demnach nicht als Endlagerstandort geeignet, wenn mindestens eines dieser Ausschlusskriterien in diesem Gebiet erfüllt ist. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) hat im Auftrag der Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) ausgewählte Fragestellungen für die drei Ausschlusskriterien „Seismische Aktivität“, „Aktive Störungszonen“ und „Grundwasseralter“ bearbeitet und diese im Rahmen von Berichten erörtert.

Abb. 1: Schadenserdbeben in Deutschland seit dem Jahr 800 (Epizentralintensität) Quelle: BGR

Seismische Aktivität

Deutschland befindet sich einem Bereich relativ geringer Seismizität, aber es treten trotzdem Erdbeben auf, die Schäden hervorrufen können (siehe Abbildung). Nach dem Ausschlusskriterium „seismische Aktivität“ ist ein Gebiet nicht als Endlagerstandort geeignet, wenn die örtliche seismische Gefährdung größer als in Erdbebenzone 1 nach der Norm DIN EN 1998-1/NA:2011-01 ist. Im Oktober 2018 wurde für die Norm ein Entwurf E DIN EN 1998-1/NA:2018-10 vorgelegt, der als Ersatz für die seit 2011 geltende Norm vorgesehen ist. Der Entwurf enthält keine Zuordnungen in Erdbebenzonen mehr, sondern weist die seismische Gefährdung räumlich kontinuierlich aus. Dabei beruhen sowohl die Karte der Erdbebenzonen in DIN EN 1998-1/NA:2011-01 als auch die Karte der seismischen Gefährdung im Entwurf auf probabilistischen seismischen Gefährdungsanalysen für eine Überschreitenswahrscheinlichkeit 10 % in 50 Jahren. Bei den Gefährdungsberechnungen für DIN EN 1998-1/NA:2011-01 und E DIN EN 1998-1/NA:2018-10 bestehen jedoch erhebliche Unterschiede im Datenbestand, in den Berechnungsmethoden und in den ingenieurseismologischen Kenngrößen.

Für die Wahl einer Vorgehensweise zur Anwendung des Ausschlusskriteriums unter Verwendung von E DIN EN 1998-1/NA:2018-10 werden objektive Kriterien aufgestellt und angewendet. Im Ergebnis schlägt BGR vor, als Grenzwert zur Anwendung des Ausschlusskriteriums den Wert im Plateaubereich der spektralen Antwortbeschleunigung von 1,8 ms^-2 in E DIN EN 1998-1/NA:2018-10 zu verwenden. Dieser Wert entspricht der makroseismischen Intensität 7, für den die seismische Gefährdung größer als in Erdbebenzone 1 nach DIN EN 1998-1/NA:2011-01. Für solche Gebiete, in denen dieser Wert überschritten wird, gilt das Ausschlusskriterium somit als erfüllt.

Zwischenbericht: Anwendung des Ausschlusskriteriums Seismische Aktivität (April 2020)

Abschlussbericht: Anwendung des Ausschlusskriteriums Seismische Aktivität (August 2020)

Abb. 2: Beispiel einer Störung: Durch Ab- und Aufschiebung zwischen Unterem Muschelkalk eingeschuppter Röt-Ton. Steinbruch Papenberg, östlicher Leinetal-Graben. Quelle: F. Jähne-Klingberg

Aktive Störungszonen

Nach Gesetzestext werden unter „aktiven Störungszonen“ Brüche in den Gesteinsschichten der oberen Erdkruste wie Verwerfungen mit deutlichem Gesteinsversatz sowie ausgedehnte Zerrüttungszonen mit tektonischer Entstehung verstanden, an denen nachweislich oder mit großer Wahrscheinlichkeit im Zeitraum Rupel bis heute (also innerhalb der letzten 34 Millionen Jahre), Bewegungen stattgefunden haben. Atektonische und aseismische Vorgänge, die zu ähnlichen Konsequenzen für die Sicherheit eines Endlagers wie tektonische Störungen führen können, sind wie diese zu behandeln.

Die von der BGR im Bericht bearbeiteten Fragestellungen reichen von Erläuterungen und der Kompilation von bestehenden Definitionen zu Störungen und atektonischen Strukturen, einer zusammenfassenden Darstellung gängiger Methoden zur Ermittlung des Zeitraums der Störungsaktivität, bis hin zur Betrachtung der hypothetischen Gefährdung eines Endlagersystems durch Grundgebirgsstörungen und atektonische Vorgänge sowie einer Darlegung der Charakteristika von Störungen im Steinsalz. Darüber hinaus wurden die Grundlagen für die Festlegung des im StandAG geforderten abdeckenden Sicherheitsabstands zu geologisch aktiven Störungszonen diskutiert sowie der Umgang mit potentiellen Datenredundanzen, wie sie im Zuge der Anwendung des Ausschlusskriteriums entstehen können, behandelt.

Abschlussbericht: Ausschlusskriterium „Aktive Störungszonen“, April 2020

Abb. 3: Zeitskala von Indikatoren für die Bestimmung des Grundwasseralters (Suckow 2014; Kazemi et al. 2006) Quelle: F. Jähne-Klingberg

Grundwasseralter

In Kapitel 3 des StandAG wird ausgeführt, dass ein Gebiet nicht als Endlagerstandort geeignet ist, wenn in den Gebirgsbereichen, die als einschlusswirksamer Gebirgsbereich (ewG) oder Einlagerungsbereich in Betracht kommen, junge Grundwässer nachgewiesen worden sind. In der Bundestags-Drucksache 18/11398 (2017) wird dazu dargelegt: „Durch das Kriterium werden Gebiete ausgeschlossen, in denen nachgewiesen ist, dass tiefe Grundwässer in den als einschlusswirksamer Gebirgsbereich oder Einlagerungsbereich vorgesehenen geologischen Bereichen am aktuellen hydrologischen Kreislauf teilnehmen. Als Bewertungsgrundlage kann die Konzentration der Isotope Tritium und Kohlenstoff-14 im Grundwasser des vorgesehenen einschlusswirksamen Gebirgsbereiches oder Einlagerungsbereiches herangezogen werden“.

Methodisch wird eine Literaturstudie vorgelegt, die auf der Auswertung vorwiegend wissenschaftlich-technischer Publikationen beruht, die ein „Peer-Review“ Verfahren durchlaufen haben. Es werden Methoden zu Altersdatierung von Grundwasser mit Tritium und Kohlenstoff 14, eine Auswahl alternativer Methoden sowie Verfahren zur Altersdatierung von Porenwasser erörtert. Neben den Methoden zur Bestimmung von jungem Grundwasser werden im Hinblick auf die Komplexität hydrogeologischer Systeme auch Bestimmungsmethoden für ältere Grundwässer besprochen. Aspekte der Validierung der Grundwasseralter mit hydrochemischen und isotopenhydrologischen Methoden und alternative Herangehensweisen zur Bewertung des Ausschlusskriteriums und der Plausibilitätsprüfung gewonnener Grundwasseralter werden diskutiert.

Zwischenbericht: Ausschlusskriterium Grundwasseralter, Mai 2020

Abschlussbericht: Ausschlusskriterium Grundwasseralter, September 2020

Literatur:

Suckow, A. (2014): The age of groundwater – Definitions, models and why we do not need this term. Applied Geochemistry, 50: 222-230. DOI:10.1016/j.apgeochem.2014.04.016

Kazemi, G.A., Lehr, J.H. & Perrochet, P. (2006): Groundwater Age. (John Wiley & Sons, Inc.). DOI:10.1002/0471929514