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Felslabor
Ein Felslabor bieten den Forschern die Möglichkeit, Experimente in einem grossen Massstab durchzuführen.
Dabei wird einerseits das Gestein und sein Verhalten untersucht, andererseits die Funktionsweise technischer Sicherheitsbarrieren und das Transportverhalten von Schadstoffen in Sicherheitsbarrieren und Gestein. Diese Experimente liefern wichtige Erkenntnisse für den Bau von geologischen Tiefenlagern.
Die Nagra besitzt ein eigenes Felslabor am Grimselpass und beteiligt sich am Felslabor Mont Terri im Kanton Jura, das vom Bund (swisstopo) geleitet wird und die beide von Gruppen besucht werden können.
Das Felslabor Grimsel liegt 450 Meter tief unter dem Juchlistock, 1730 Meter über Meer in granitischen Gesteinen des Aarmassivs.
Es wird über den Zugangsstollen der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) erreicht. Das Labor ist rund einen Kilometer lang und wurde 1983 mit einer Tunnelbohrmaschine und im Sprengvortrieb aufgefahren und 1995/1997 erweitert.
Internationale Zusammenarbeit und Know-how-Austausch, Projekte auf allen Gebieten der Geowissenschaften, Engineering und aktiver Dialog bei Besichtigungen mit der Bevölkerung und Politikern finden im Felslabor Grimsel statt.
Bild: DesAir
- Felslabor Grimsel
- Räterichsbodensee
- Grimselsee
- Juchlistock
Geologie
Vor etwa 300 Millionen Jahren drang Magma aus dem Erdinnern und erstarrte in rund 13 km Tiefe zu kristallinen Gesteinen. Bei der Abkühlung verminderte sich das Volumen des Gesteins und es entstanden tiefe Kluftsysteme, durch die das weitere flüssige Gestein aufstieg und Ganggesteine (Lamprophyre und Aplite) bildete.
Während der folgenden 200 Millionen Jahre veränderten sich die Gesteine des Aarmassivs kaum. Im Laufe der Entstehung der alpinen Gebirge — vor zirka 40 Millionen Jahren — begann aber eine starke Beanspruchung dieses Massivs. Durch die nach Norden vorstossenden alpinen Decken wurde das Aarmassiv abgesenkt und überlagert. Zur Zeit der höchsten Überlagerung von ca. 12 km war es hohen Temperaturen von ca. 450 °C und Drücken von ca. 300 MPa ausgesetzt. In dieser Phase bildeten sich Schieferungen und Scherzonen. In der anschliessenden Hebungsphase vor rund 16 Millionen Jahren entstanden Zerrklüfte oder Risse im Gebirge, in denen sich teils schöne Kristalle bildeten. Diese Hebung dauert bis heute an und beträgt immer noch rund 0,5 bis 0,8 Millimeter pro Jahr.
Geologisch-tektonisches Profil entlang der Grimselstrasse
- Sedimente der Wildhorndecke (Jura, Kreide)
- Autochthone und paraautochthone Sedimente (Trias bis unteres Tertiär)
- Innertkirchner Kristallin
- Altkristallin
- Vulkanoklastite
- Mittagfluhgranit
- Zentraler und südlicher Aaregranit
- Grimsel-Granodiorit
Versuche
Die unterschiedlichen geologischen Verhältnisse im Felslabor Grimsel (sowohl geklüftete und wasserführende als auch homogene Gesteinsbereiche) bieten ideale Rahmenbedingungen für verschiedenartige Versuche. Heute stehen Fragestellungen nach der Leistung und Sicherheit technischer und natürlicher Barrieren in geologischen Tiefenlagern im Vordergrund. Im Felslabor Grimsel werden dazu Projekte durchgeführt, die Lagerkonzepte im Massstab 1:1 untersuchen. Eine kontrollierte Zone im Felslabor Grimsel ermöglicht den Einsatz von Radionukliden, um Modelle zum Transport radioaktiver Substanzen im Gestein direkt zu testen.
Stollenanlage des Felslabors Grimsel.
Die Abkürzungen bezeichnen eine kleine Auswahl von Versuchsstandorten.
- FEBEX 1:1 Demonstrationsversuch des Einlagerungskonzeptes für hochaktive Abfälle
- PSG Bestimmung der Porenraumgeometrie in der Gesteinsmatrix
- GMT Gastransport durch technische Barrieren und angrenzendes Gestein
- CRR Retardation von Kolloiden und Radionukliden
- HPF Hoch-pH-Fahne in geklüftetem Gestein
- CFM Bildung und Transport von Kolloiden und Radionukliden
- LTD Langzeitdiffusion von Radionukliden
Das Felslabor Mont Terri im Kanton Jura steht unter der Leitung des Bundesamtes für Landestopografie, swisstopo, und wird als internationales Forschungsprojekt durchgeführt.
Die Nagra ist seit dem Beginn im Jahr 1996 beteiligt.
Das Labor kann während des ganzen Jahres von Gruppen besucht werden.
Das Besucherzentrum des Felslabors Mont Terri. Bild: Comet Photoshopping, Dieter Enz
Geologie
In der Jurazeit vor etwa 175 Millionen Jahren lagerten sich feine Schlammpartikel am Grund eines flachen Meeres ab. Über die folgenden Jahrmillionen entstand eine bis zu 150 Meter mächtige Schicht aus Tongestein — der Opalinuston.
Während der Jurafaltung vor zirka 10 Millionen Jahren bildete sich die Mont-Terri-Grossfalte (Antiklinale). Die Antiklinale wurde gegen Nordwesten über den Tafeljura der Ajoie aufgeschoben. Im Bereich des Felslabors fallen deshalb die Schichten mit etwa 45 Grad gegen Südosten ein.
Versuche
Die geologischen Verhältnisse im Felslabor Mont Terri (sowohl geklüftete als auch ungestörte Bereiche) bieten ideale Rahmenbedingungen für verschiedenartige Versuche. Fragestellungen, die sich mit der Leistung und Sicherheit von technischen und geologischen Barrieren in geologischen Tiefenlagern befassen, stehen im Vordergrund. Im Felslabor Mont Terri werden dazu Projekte durchgeführt, die Lagerkonzepte im Massstab 1:1 untersuchen. Im Felslabor ist der Einsatz von Radionukliden erlaubt, um Modelle zum Transport radioaktiver Substanzen im Gestein direkt zu testen.
Zurzeit laufen insgesamt 46 verschiedene Experimente, von denen viele Langzeitversuche sind, die sich über mehrere Forschungsphasen erstrecken. Die Projektpartner diskutieren bei regelmässigen Treffen die Resultate und beraten über die Durchführung und Finanzierung neuer Experimente.
Die Abkürzungen bezeichnen eine kleine Auswahl von Versuchsstandorten:
- EB Technische Barrieren (Demonstration Einlagerungstechnik)
- EZ-B Kluftbildung in der Auflockerungszone
- DR Diffusion und Retention (Zurückhalten) von Radionukliden
- FE 1:1-Einlagerungsversuch zur Untersuchung des Stollenumfelds
- HG-A Gasfliesswege durch Gestein und längs Abdichtungen
- VE Ventilationsexperiment