23. November 2010, 13:45 Gorleben, Stuttgart21, Schmalkalden Des Salzes Fluch und Segen

Der Untergrund in Deutschland besteht teilweise aus Salzgestein. Das lässt mancherorts die Erde einbrechen und macht Großprojekte wie Stuttgart21 und das atomare Endlager Gorleben unkalkulierbar.

Von Angelika Jung-Hüttl

Der Zerfall der Altstadt von Staufen, die Kosten von Stuttgart21, das Erdloch im thüringischen Schmalkalden und die Diskussionen um ein atomares Endlager in Gorleben - all diese aktuellen Themen haben eine gemeinsame Ursache: Salz. Genauer gesagt Salzgestein, das vor Jahrmillionen während heißer Klimaperioden in den flachen Lagunen längst verschwundener Meere entstanden ist und heute den Untergrund von Deutschland durchzieht.

Ein ausgetrocknetes Urmeer hat diese Steinsalz-Schichten in einer Stollenwand im Bergwerk Berchtesgaden hinterlassen. Erdbewegungen haben sie gefaltet und Eisenmineralien stellenweise rot gefärbt. Der Druck in der Tiefe brachte die ursprünglich horizontal abgelagerten Schichten zum Fließen. Am Rand des Salzstocks ist auch dunkles Tongestein in das Gemenge hineingeraten. Die Aufnahme stammt von dem Fotografen Bernhard Edmaier. (www.bernhardedmaier.de/)

(Foto: )

Unter Salzgestein verstehen die Geologen nicht nur Steinsalz, wie es seit Jahrhunderten abgebaut wird und im Mittelalter als "weißes Gold" viele Städte, so auch München, reich machte. Es geht auch nicht nur um Kalisalz, das heute aus dem Boden des thüringisch-hessischen Kalisalz-Gebietes am Fluss Werra geholt und hauptsächlich zu Düngemitteln für die Landwirtschaft verarbeitet wird. Auch Gips ist chemisch gesehen ein Salzgestein, ein wasserhaltiges Kalziumsulfat, so wie sein wasserfreier Verwandter, der Anhydrit.

Als sich diese Salzgesteine bildeten, war es sehr warm - so warm, dass das Wasser der urzeitlichen Meere verdampfte, und in flachen Buchten und Lagunen zu einer ätzenden Brühe wurde, aus der schließlich die Salzmineralien ausfielen. Zuerst lagerte sich eine dünne Schicht Gips und Anhydrit ab, dann Steinsalz in großen Mengen und darüber legte sich - wenn die Lagunen vollständig austrockneten - eine Lage aus Kalisalzen. Oft wurden die Meeresbecken mehrmals überflutet und trockneten wieder aus.

Salzgesteine sind nicht so hart und fest wie Gneis, Granit oder Sandstein. Gips und Steinsalz lassen sich mit dem Fingernagel ritzen, Anhydrit mit einer Münze. Steinsalz reagiert unter Druck zudem plastisch, und es löst sich - wie vom Speisesalz bekannt - in Wasser auf. Anhydrit verwandelt sich mit Wasser in Gips. Dabei nimmt er Wassermoleküle in seine Kristallstruktur auf und vergrößert sein Volumen um bis zu 60 Prozent.

Der Boden hebt sich in Staufen

Diese Eigenschaft wurde der badischen Stadt Staufen zum Verhängnis. Kurz nachdem im September 2007 sieben Bohrungen zur Gewinnung von Erdwärme 140 Meter tief in den Boden niedergebracht waren, fing die Erde unter der Altstadt an, sich zu heben, seit Beginn der Bohrungen um mehr als 30 Zentimeter.

Die Bohrlöcher hatten in einer Tiefe zwischen 60 und 120 Metern Schichten mit Anhydrit durchdrungen und das darunter liegende Grundwasser erreicht, das unter Druck stand, so dass es aufsteigen konnte. Weil die Bohrlochabdichtung Lücken hatte, traf Wasser auf Anhydrit - und dieser begann sich in Gips umzuwandeln und aufzublähen. In Wohnhäusern reißen seither die Wände auf, Fliesen platzen von den Wänden, Dachfirste neigen sich.

Der Boden hebt sich inzwischen zwar langsamer. Waren es zu Beginn noch elf Millimeter im Monat, so messen die Ingenieure jetzt 7,5 Millimeter pro Monat im Zentrum der Altstadt. Als Gegenmaßnahme wird Grundwasser abgepumpt, damit es nicht mehr in die Anhydrit-Schichten eindringen kann. Doch ein Ende der Bewegung ist nicht abzusehen.

Auch bei den Planungen für das Bahnhofs-Großprojekt Stuttgart21 spielt der unterirdische Anhydrit von Baden-Württemberg eine wichtige Rolle. Beim Bau des 33 Kilometer langen, mehrgleisigen Röhrensystems treffen die Bohrtrupps unweigerlich auf Partien mit dem quellfähigen Salzgestein.

Die Tunnel, die im Rahmen des Projekts Stuttgart21 gebaut werden sollen, führen auch durch sogenanntes anhydrithaltiges Gestein. Bei großen Hohlraumquerschnitten gibt es das Risiko quellendem Anhydrits. Durch solche Prozesse waren zum Beispiel die Kosten des Engelbergbasistunnels der Autobahn A81 bei Leonberg erheblich gestiegen.

(Foto: DB-Projekt Stuttgart 21/ddp)

Die Fachleute betonen zwar, das Problem im Griff zu haben. "Die Erfahrungen zeigen", sagt Ralph Watzel, Leiter des Landesamtes für Geologie, Rohstoffe und Bergbau in Freiburg, "dass unter Einsatz entsprechender Technik auch im Sulfatgestein sichere Tunnel gebaut werden können."

Tatsächlich durchqueren im Stadtgebiet von Stuttgart und im südwestdeutschen Raum mehrere Tunnel anhydrithaltiges Gestein, ohne dass es bisher Schwierigkeiten gab. Dazu gehören zum Beispiel die in den 70er und 80er Jahren gebauten Stadtbahntunnel, sowie der Hasenbergtunnel für die S-Bahn.

Allerdings erhöht sich das Risiko bei großen Hohlraumquerschnitten - wie die beiden 2530 Meter langen Röhren des Engelbergbasistunnels der Autobahn A81 bei Leonberg zwischen Stuttgart und Heilbronn zeigen. Durch jede Röhre führen drei Fahrspuren und eine Standspur. Probleme mit quellendem Anhydrit während des Baus Ende der 90er Jahre ließen die prognostizierten Kosten von damals 600 Millionen auf weit über 800 Millionen Mark steigen. Noch heute muss immer wieder teuer saniert werden.

Auch der zwölf Meter tiefe Krater, der sich im thüringischen Schmalkalden plötzlich öffnete und ein Straßenstück samt einem Auto verschluckte, ist dem salzigen deutschen Untergrund geschuldet. Erdfälle sind keine Seltenheit in Norddeutschland. Allein in Thüringen sind mehr als 8000 registriert. Man findet sie auch in Niedersachsen und Sachsen-Anhalt - überall dort, wo sich vor etwa 260 Millionen Jahren das so genannte Zechsteinmeer ausbreitete und Gips sowie Anhydrit hinterlassen hat.

"Dann sackt schlagartig der Boden weg"

Liegen diese Salzgesteine knapp unter der Erdoberfläche - also bis in eine Tiefe von etwa 120 Metern, können sie von Grund- und Regenwasser ausgelaugt werden. "Dann entstehen Hohlräume", erklärt Joachim Fritz vom Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie in Hannover. "Wenn das Dach einer solchen Höhle einbricht, sackt an der Oberfläche schlagartig der Boden weg."

Nach Statistiken des Landesamtes in Hannover hat aber nur jedes hundertste Loch einen Durchmesser von mehr als zehn Metern, die Hälfte aller Löcher ist kleiner als zwei Meter.

Auch das Salzgestein im Untergrund von Gorleben, das als Endlager für die hochradioaktiven Abfälle zur Diskussion steht, ist ein Überrest des Zechsteinmeeres. Dieses ist über einen Zeitraum von vielen Tausend Jahren mindestens viermal ausgetrocknet. Das Paket aus Salzgesteinsschichten, das zurückblieb, war im Zentrum des Meeresbeckens über 1000 Meter dick.

"Diese Schichten lagen ursprünglich horizontal übereinander", sagt Volkmar Bräuer von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover, die an den Untersuchungen beteiligt ist. Doch das Steinsalz, das etwa 80 Prozent der Salzgesteinsmasse des Zechsteinmeeres ausmacht und heute für die Endlagerung des hochradioaktiven Mülls vorgesehen wird, ist beweglich. Es beginnt unter dem Druck der Felsschichten, die in späteren Jahrmillionen darüber abgelagert werden, zu fließen. So werden die Steinsalzschichten an manchen Stellen dünner. An anderen Stellen bilden sie sogenannte Salzkissen.

Weil das Steinsalz vergleichsweise leicht ist, wird es stellenweise zur Erdoberfläche hochgepresst. Im Lauf der Jahrmillionen kann es die darüber liegenden Schichten nach oben drücken und durchbrechen. Eine gewaltige pilzförmige Masse wächst im Untergrund heran - ein Salzstock oder Salzdiapir. Bei diesem Vorgang werden die ursprünglichen Salzschichten verformt, gefaltet und gekippt. Gips- und Anhydritschichten unter den Steinsalzlagen aus verschiedenen Eindampfungszyklen sowie Kalisalze darüber werden mit eingefaltet.

Der Salzstock von Gorleben, der sich wie die anderen Salzstöcke im Untergrund von Norddeutschland im Lauf von Jahrmillionen bildete, hat am Ende der Kreidezeit vor 65 Millionen Jahren sogar die Erdoberfläche durchstoßen. So mancher Dinosaurier mag damals durch das Salz gestapft sein. Heute findet man Diapire, die an der Erdoberfläche zutage treten, nur noch im Zagrosgebirge in Iran. Weil das überfließende Salz Eisströmen gleicht, werden sie als Salzgletscher bezeichnet.

Der Gorlebener Salzstock ist zwölf Kilometer lang, vier Kilometer breit und reicht mehr als dreieinhalb Kilometer tief. Über ihm haben sich seit der Kreidezeit wieder Sedimente abgelagert. Diese Deckschichten sind etwa 250 Meter dick.

Vor allem die mechanischen Eigenschaften machen die mächtigen Steinsalzpartien des Diapirs interessant für die Endlagersuche. Das Steinsalz kann Behälter innerhalb von Jahren oder Jahrzehnten fest und dauerhaft umschließen. Außerdem leitet es Hitze ab - radioaktiver Müll ist bei seiner Einlagerung immer noch an die 200 Grad Celsius heiß. Der feste Einschluss im Steinsalz hat jedoch auch Nachteile. Denn der Atommüll lässt sich nicht mehr überwachen oder gar zurückholen, sollten unvorhersehbare Probleme in der geologischen Struktur auftreten.

Eine Gefahr sehen Kritiker auch in der Löslichkeit von Steinsalz in Wasser. Sie befürchten Grundwassereinbrüche wie im Versuchsstollen Asse und im Salzbergwerk von Morsleben, in dem seit DDR-Zeiten radioaktive Abfälle eingelagert werden. Trotzdem sei Steinsalz "prinzipiell undurchlässig für Wasser und Gase", sagt Volkmar Bräuer. Wenn kein Wasser an das kompakte Steinsalz im Endlagerbereich herankomme, dann könne auch nichts aufgelöst werden. Umstritten ist jedoch, wie dicht die 250 Meter dicken Deckschichten über dem Salzstock von Gorleben sind.

"Da können Gletscher einer weiteren Eiszeit drüber schürfen"

Ein weiterer Kritikpunkt ist der immer noch anhaltende Auftrieb des Steinsalzes. Doch dieses Argument entkräftet der Geologe: "Wir haben eine Bewegung von etwa 0,02 Millimetern pro Jahr ermittelt - das macht 20 bis 30 Meter Aufstieg in einer Million Jahre." Das spiele keine entscheidende Rolle, sagt er, wenn man bedenkt, dass der Atommüll 800 bis 900 Meter tief unter der Erdoberfläche stecke. "Da können auch die Gletscher einer weiteren Eiszeit drüber schürfen."

Aus der früheren Erkundung des Salzstockes Gorleben weiß man aber, dass es Problemschichten im Steinsalz gibt, zum Beispiel Lagen aus Kalisalzen wie dem Carnallit. Dieses Salzmineral enthält Wasser in seiner Kristallstruktur, das unter der Hitze der eingelagerten Behälter frei werden, das Steinsalz in der Umgebung auflösen sowie sich einen Weg aus dem Salzstock heraus bahnen könnte.

Wenn Behälter undicht geworden sind - "womit man nach einigen Zehntausend Jahren durchaus rechnen muss", sagt Gerhard Jentzsch, Geophysiker an der Universität Jena und Mitglied der Entsorgungskommission im Bundesumweltministerium - könnten radioaktive Stoffe in die Umwelt gelangen.

Bei den neuen Erkundungen in Gorleben geht es also darum, homogene Partien aus reinem Steinsalz zu finden, die groß genug sind, um den hochradioaktiven Müll der Bundesrepublik für eine Million Jahre sicher zu verschließen. Dort sollen 21.600 Tonnen 200 Grad heiße, radioaktiv strahlende Schwermetalle, verteilt auf Hunderte von Behältern, versenkt werden.

Diese Steinsalzpartien sollen auch dann dicht und unlöslich bleiben, wenn Erdbeben und tektonische Kräfte an dem Salzstock zerren oder die Verwitterung das Deckgebirge zerfrisst. Unter diesen Gesichtspunkten ist es durchaus möglich, dass sich der Salzstock Gorleben als ungeeignet herausstellen wird.