Eine geologische Schicht kann über Millionen von Jahren dicht bleiben

Die Entsorgung von Nuklearabfällen stellt heutzutage ein Problem von großer Bedeutung dar. Eine der unterbreiteten Lösungen ist die Endlagerung der Abfälle in geologischen Schichten. Das Problem besteht nun darin festzustellen, ob die Schichten über einen ausreichend langen Zeitraum dicht genug sind, um Austritte zu vermeiden.

Bisher war es äußerst schwierig die Sperrstoffeigenschaften von geologischen Schichten zu messen, da die Messinstrumente zu ungenau sind und die geologischen Zeiten so lang sind (typisch mehrere Millionen Jahre), dass numerische Modellierungen und Simulationen schwer umzusetzen sind.

Einem französischen Team von Forschern des CNRS (Französisches Zentrum für wissenschaftliche Forschung) und der ANDRA (Französische Organisation für die Entsorgung radioaktiver Abfälle) ist es dennoch gelungen, die Undurchlässigkeit einer geologischen Bodenschicht im Pariser Becken nachzuweisen.

Das Pariser Becken wurde bereits vorher mehrfach untersucht, da es mehrere Dutzende Millionen Jahre alt ist. Zwei wasserführende Schichten in der geologischen Formation der „Trias“ und „Dogger“ Periode (vor 250-150 Millionen Jahren) wurden diesmal insbesondere beobachtet. Die tiefere Schicht (der sogenannte Trias Aquifer) ist vom Dogger Aquifer durch eine geologische Mittelschicht getrennt, die „Trias und oberes Lias“ heißt. Diese Mittelschicht ist undurchlässig genug, um keine signifikante Menge Wasser zu enthalten. Die Forscher wollten bestimmen, ob eine Wasserübertragung zwischen den beiden wasserführenden Schichten existiert, d.h. ob die mittlere Schicht undurchlässig ist oder nicht.

Es ist jedoch schwierig die Übertragung in undurchlässigen Schichten zu charakterisieren, eben weil sie undurchlässig sind. Für diese Untersuchung haben die Forscher Heliumspuren in beiden Schichten analysiert.

Helium ist ein Edelgas und ist ein sehr gutes geologisches Erkennungszeichen für eine Diffusion. Seine Isotope (3He und 4He) ermöglichen es zu bestimmen, woher es kommt: 3He kommt zumeist aus dem Erdmantel und 4He entsteht meist beim Zerfall in der Erdkruste. Die Ergebnisse der Messungen zeigen, dass die Konzentrationen der Heliumisotope in beiden Schichten sehr unterschiedlich sind: Trias ist reicher an 3He und ärmer an 4He und Dogger ist ärmer an 3He und reicher an 4He. Aus diesem Grund kann man mit hoher Sicherheit schlußfolgern, dass es keinen Austausch zwischen den beiden Trias und Dogger Schichten gab und die Mittelschicht somit bemerkenswert undurchlässig ist.

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