Spuren systematischer Klüfte auf einer Schichtfläche im Unterkreide- Tonstein in der ehemaligen Abgrabung der Dachziegelwerke in Heisterholz (heute Altdeponie Heisterholz). Archivfoto: ddm

Atommüll-Endlager im Kreis Minden-Lübbecke? – Geologische Zusammenhänge

Petershagen (ddm). In der Mai-Ausgabe des Petershäger Anzeigers haben wir die Methodik beschrieben, mit der die Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE) bei der Suche nach einem Endlagerstandort für hochradioaktive Abfallstoffe verfährt. Im ersten Schritt wurden im Zwischenbericht Gebiete ausgewiesen, in denen in Tiefen von mehr als 300 Meter Gesteine vorkommen, die die Anforderungen an eine „geologische Barriere“ im tieferen Untergrund erfüllen könnten, darunter auch Bereiche im Kreis Minden-Lübbecke. 

Das ist kein Zufall, stehen hier doch in erheblicher Mächtigkeit Tongesteine an, die das Interesse der BGE wecken – und lange vorher im Focus der Abfallwirtschaft standen. Altdeponie Heisterholz, Sonderabfalldeponie Münchehagen, Deponie Pohl’sche Heide, Standortsuchverfahren für eine Sonderabfalldeponie im Regierungsbezirk Detmold 1992 sind nur die bekanntesten Namen für obertägige Deponieprojekte, bei denen die hiesigen Tongesteine eine elementare Rolle spielten. Werfen wir also einmal einen Blick auf das Gesteinsmaterial, das für die jetzigen Begehrlichkeiten sorgt.

Der Unterkreide-Tonstein im zweiten Bauabschnitt des Entsorgungszentrums Pohlsche Heide. Die Punkte markieren steilstehende, parallele Kluftflächen Archiv-Aufnahme aus dem Jahr 1993. Auf dem anstehenden Gestein wurde eine drei Meter mächtige Basisabdichtung aufgebracht, um zu verhindern, dass Sickerwasser aus dem Müll in das im Tonstein zirkulierende Grundwasser gerät. Foto: privat

Ton und Tonstein

Der Begriff Ton dürfte jedem schon von Kindertagen an als knetbare Masse vertraut sein, aus der vielerlei keramische Produkte für unseren täglichen Bedarf hergestellt werden. Ebenso bekannt ist, dass Ton im Unterschied zu Sand eine geringe Wasserdurchlässigkeit besitzt und wasserstauend wirkt – das Merkmal, welches Ton und Tongesteine für die Mülldeponierung so interessant macht.

Geologisch betrachtet ist Ton zunächst eine Korngrößenbezeichnung. Die Tonfraktion umfasst Gesteinspartikel mit einem Korndurchmesser kleiner als 0,002 Millimeter. Das sind winzige Partikel, viel kleiner als Sandkörner, die sich mit dem bloßen Auge einzeln nicht mehr erkennen lassen.

Tonpartikel sind weitestgehend ein Produkt der Verwitterung von Gesteinen. Durch die Einwirkung von Wind, Wasser, Temperaturschwankungen und biologischen Prozessen zerfallen über Jahrmillionen selbst ganze Gebirge aus härtesten Gesteinen in Gesteinsschutt mit Tonpartikeln am Ende der Korngrößenpalette.

Freigelegte Kluftflächen in der ehemaligen Tongrube der Dachziegelwerke in Heisterholz. Als Maßstab dient der Hammer. Archivfoto: ddm

Ein typisches geologisches Milieu, in dem mächtige Tonschichten entstehen können, sind nicht allzu weit vom Festland entfernte Meeresbecken, in denen der Meeresboden langfristig absinkt.  Flüsse, die in solche Meeresbereiche münden, können über geologische Zeiträume Unmengen von Gesteinspartikeln vom Festland heran transportieren. Während sich die gröberen Partikel meist nahe der Küste absetzen, werden die feinsten Körnchen, die Tonpartikel, weiter ins Becken geschwemmt, so dass sich dort am Meeresboden Schichten aus feinem Schlamm bilden. 

Mit zunehmender Überdeckung durch jüngere Sedimente und weiterer Absenkung in der Erdkruste beginnt sich der ursprünglich lockere Schlamm immer mehr in ein festes, mehr oder weniger sprödes Gestein zu verwandeln (Fotos oben). Wie genau dieser Prozess abläuft und was im Anschluss daran mit solchen Gesteinsschichten passiert, kann sich von Region zu Region unterscheiden, abhängig von deren jeweiliger geologischer Entwicklung im Verlauf der Erdgeschichte. Entsprechend unterschiedlich können sich auch Tongesteine von Ort zu Ort verhalten, auch hinsichtlich ihrer Durchlässigkeit.

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Tongesteine sind prinzipiell dicht – oder?

In den 1960er und 1970er Jahren herrschte scheinbar auch unter Geowissenschaftlern die Meinung vor, dass die hiesigen Tongesteine ähnlich wie Ton nahezu wasserundurchlässig wären. Eine folgenschwere Fehleinschätzung, wie die Vorgänge um die Sonderabfalldeponie Münchehagen zeigen. In den 1970er Jahren wurde dort Sondermüll in offenen Gruben im Tongestein deponiert — welches sich wenig später als grundwasserführend herausstellte. Um den Schadstoffaustrag aus dem Deponiekörper durch das im Tongestein zirkulierende Grundwasser zur Seite hin zu begrenzen, wurde hier 1999 eine 30 Meter tiefe und 1,25 Kilometer lange Dichtwand als Sicherungsmaßnahme um den Deponiekörper gezogen.

Auch der Kreis Minden-Lübbecke kann zum Thema Grundwasser im Tongestein Daten liefern, unter anderem aus Heisterholz, wo Anfang der 1970er Jahren eine Kreismülldeponie in der ehemaligen Tongrube der dortigen Dachziegelwerke angelegt worden war. In dieser Deponie sind die Abfälle ohne seitliche Abdichtung bis an die ehemalige Abbaukante des Tonsteins geschüttet wurden. Aus dem damals für dicht gehaltenen Tonstein strömt, wie man inzwischen weiß, ständig Grundwasser in den Abfallkörper, je nach den jahreszeitlichen Wetterverhältnissen zwischen 32000 und 55000 Kubikmeter Grundwasser pro Jahr. Das entspricht einer durchschnittlichen Tagesmenge zwischen 87 und 150 Kubikmeter, die aufwendig aufbereitet werden müssen.

Und selbst beim Bau der Weserschleuse in Minden mußten sich die Ingenieure mit dem Thema befassen, sorgt das Grundwasser im Tongestein unter den Betonfundamenten doch für Auftrieb, der beim Bau der Schleuse berücksichtigt werden musste.

Geologischer Schnitt zwischen Friedewalde und Uchte. Quelle: Geologische Karte 1:25000, Blatt Uchte-Süd. Mit freundlicher Genehmigung des Niedersächsischen Landesamtes für Bergbau, Energie und Geologie, Hannover. Der Pfeil markiert die Petershagener Störung, die ein komplewes Grabensystem nach Süden begrenzt. Karte: Openstreetmap

Klüftung im Tongestein

Die Ursache für die beobachtete Wasserführung der Tongesteine ist ein dichtes Netz verknüpfter natürlicher Risse im Gestein, die von Geowissenschaftlern Klüfte genannt werden. Besondere Bedeutung haben dabei gradlinige Trennflächen, die aussehen, als ob sie mit einem überdimensionalen Messer ins Gestein geschnitten worden wären (siehe Fotos). Diese sogenannten systematischen Klüfte verlaufen typischerweise nahezu senkrecht, treten in Scharen paralleler  Flächen auf und lassen sich je nach Aufschlussverhältnissen über beträchtliche Distanzen verfolgen.

Die Ergebnisse gutachterlicher Untersuchungen für die Stadt Petershagen im Jahr 1993 lassen wenig Zweifel daran, dass solche Klüfte im Vorland des Weser-Wiehengebirges mindestens im Raum zwischen Niedernwöhren und Stemwede flächenhaft verbreitet sind und auch tiefliegende Schichten durchtrennen. 

Eine solche Art von Klüftung ist eigentlich typisch für „festere“ Gesteinsarten (Sandsteine, Kalksteine etc.), auch in Gebieten, in denen es keine nennenswerten tektonischen Aktivitäten gab. Aus mächtigen Tonsteinfolgen hingegen wurde eine solche intensive Art von Klüftung wie hier im Kreisgebiet selten beschrieben. Möglicherweise hängt die Entstehung dieser Klüftung mit einer kräftigen Aufheizung zusammen, die die Gesteine in unserem Raum durch magmatische Schmelzen im tieferen Untergrund erfahren hat, welche während der Oberkreidezeit bis in etwa 6 Kilometer Tiefe aufgestiegen sind. Die dabei emittierte Wärme hat hier für eine höhere Festigkeit und damit ein spröderes Materialverhalten des Tongesteins gesorgt als in anderen Regionen.

Systematische Klüfte im Polder IV der SAD Münchehagen. Die Aufnahme wurde1993 vom Bürgerbüro Münchehagen zur Verfügung gestellt.

Störungen

Zu dem Inventar an Klüften kommen im Vorland des Weser-Wiehengebirges auch noch große und kleine Verschiebungen von Gesteinspaketen an geologischen Störungen, die mit dem Auf und Ab der Erdkruste in der geologischen Vergangenheit zusammenhängen. Das geologische Profil oben vermittelt einen Eindruck vom Bauplan der größten Verschiebung im Stadtgebiet, der sogenannten Petershagener Störung, die das Stadtgebiet ungefähr in West-Ost-Richtung quert und sich in seismischen Profilen sicher bis in den Heisterholzer Wald verfolgen lässt. Bewegungen an solchen Störungen haben sowohl mechanische als auch hydraulische Auswirkungen auf Gesteine in ihrem Umfeld und sind daher in einem Endlagerbereich nicht erwünscht.

Dass die beschriebenen Sachverhalte keine guten Voraussetzungen für ein Endlager bedeuten und der hiesige Raum damit sicher nicht zu den bestgeeigneten Standorten für ein Endlager in der Bundesrepublik gehört, dürfte klar sein. Allerdings ist nicht zu erkennen, dass diese Erkenntnisse auch Eingang in den Zwischenbericht der BGE gefunden haben.