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International research at the Grimsel Test Site

30.03.2016

The Grimsel Test Site is an important international rock laboratory in the Bernese Alps, where researchers from 12 countries work together on small- and large-scale experiments with a duration of a couple of weeks up to almost 20 years.

The partner organisations of the Grimsel Test Site meet on a regular basis. These are the participants in the 2015 meeting of the “International Steering Committee” (ISCO) that is traditionally held in Switzerland. Photo: Comet Photoshopping, Dieter Enz
The partner organisations of the Grimsel Test Site meet on a regular basis. These are the participants in the 2015 meeting of the “International Steering Committee” (ISCO) that is traditionally held in Switzerland. Photo: Comet Photoshopping, Dieter Enz

Ingo Blechschmidt is responsible for the smooth running of the research projects in the facility. He has worked for Nagra for 12 years and is particularly proud that his laboratory is internationally established as a research platform and that he can offer Nagra’s partner organisations optimum conditions for carrying out experiments. Here he answers questions on the main activities and the future of the Grimsel Test Site.

 

What is the main purpose of the Test Site?
In our rock laboratory, we are investigating the geological, chemical and physical processes that will occur later in a deep geological repository. The questions we seek to answer often relate to the behaviour of the geological and engineered barriers that will later safely contain the waste. We carry out experiments on a large scale under conditions that are as close to reality as possible in order to obtain results that we can then transfer to the planning and construction of the deep geological repositories. The running time of the experiment, the scale and the materials used all play an important role. For example, at the moment we are investigating the mobility of radionuclides in crystalline rock and the long-term interactions between cement solutions, porewaters and rock. We are also interested in what happens to gas that may be generated by the corrosion of the disposal canisters and have set up an experiment to investigate controlled gas transport through tunnel seals.

 

What makes «your» rock laboratory so unique?
We are the only underground laboratory worldwide where researchers can carry out experiments on the behaviour of radionuclides in fractured rock under controlled conditions. We use traces of radioactive substances to investigate how they migrate slowly through small fissures and fractures in the rock or how their transport is retarded.
The geological conditions in the rock laboratory are ideal: there are areas where the granite shows strong tectonic overprinting, meaning that fractures and small fissures are present in which water can flow. Then there are areas with no water flow because the granite is homogeneous and watertight. This allows us to select a suitable area depending on the experiment in question and the processes to be investigated. We have sufficient space and time to carry out long-term experiments. Just last year, one of the longest running demonstration experiments on a 1:1 scale worldwide was completed – the Full-Scale Engineered Barriers Experiment (FEBEX).

 

What are you particularly proud of?
The fact that the Grimsel Test Site is an internationally recognised research platform. 21 organisations from 12 countries are currently involved in the programme, including the EU. Our partners like being here as we can offer them optimum conditions with full infrastructure – even in winter. You recently reported in your blog on research in the rock laboratory during the winter months. We have well equipped offices and sufficient space to hold seminars and workshops. We have our own workshops as well as sleeping quarters in the case of an emergency. If we are cut off from the outside world, we can continue to work independently for a few days without any problems and can comfortably spend the night here. The only thing missing is windows! (laughs)

 

What are the greatest challenges facing you and your rock laboratory?
For me personally, it is very important to keep the research in the rock laboratory at a high level and to make sure the facility remains attractive to our international partners. In the future, we will also have to run new experiments that will make an important contribution to the planning and construction of safe repositories in Switzerland. I would also like to increase the potential of the laboratory for carrying out fundamental geoscientific research.


Das Gold in der Menschheitsgeschichte

30.03.2016

Dank der Unvergänglichkeit des Goldes haben wir sichere Zeugnisse aus der Kultur der Sumer ab dem 3. Jahrtausend v. Chr., aus dem pharaonischen Ägypten, aus den Südamerikanischen Hochkulturen, aus dem alten China und allen nachfolgenden Kulturen; die ältesten datierten Funde gehen allerdings auf die Varna Kultur am Schwarzen Meer im heutigen Bulgarien zurück. Die Goldmaske des Thraker-Königs Teres zeugt davon. Alles deutet darauf hin, dass die Varna-Kultur als die weltweit früheste Kulturform gilt, welche bereits in der Kupferzeit sozial und technisch so weit entwickelt war, dass sie Gold gewinnen und bearbeiten konnte. Ihr mysteriöses Verschwinden Ende des 5. Jahrtausends v. Chr. wird mit dramatischen Klimaänderungen zu jener Zeit in Zusammenhang gebracht, aber wissen tun wir es nicht.

König Teres aus Thracien, © Ann Wuyts Creative Commons
Goldmaske des Thraker-Königs Teres, Varna-Kultur 5. Jhrt. v. Chr., © Creative Commons

Die altägyptischen Pharaonen hielten sich für Abkömmlinge des Himmelsgottes Horus und überhäuften sich und ihre Umgebung mit Gold. Seine Schönheit und Symbolik machte Gold zum Kennzeichen der Könige und Götter und so waren alle Opfer- und Schmuckgegenstände, die Könige und Priester nutzten, aus Gold. Das Gold wurde in Nubien, dem heutigen Sudan und der arabischen Halbinsel abgebaut. Die Ägypter unterhielten einen professionellen Bergbau, in dem Tausende Sklaven unter erbärmlichen Bedingungen arbeiteten.

Wer kennt nicht die Geschichte aus dem Alten Testament, wo erzählt wird, dass Königin Saba an König Salomon’s Hof nach Jerusalem reist um seine Weisheit zu prüfen und ihm, überwältigt von seiner Klugheit, hundertzwanzig Zentner Gold schenkt.

Fresko_Sheba_Königin
Die Königin von Saba, äthiopisches Fresko © Wikimedia

Gold war und ist ein Symbol von Macht, Prestige und Unsterblichkeit, aber es wurde auch im Handel genutzt.

 

Bereits 550 vor Christus hat der legendäre Herrscher Krösus in Lydien, in der heutigen Türkei gelegen, die ersten Münzen aus Gold und Silber prägen lassen. Die Ägypter trieben Handel mit Ringen und Edelmetallbarren, den so genannten „Talenten“. Athen konnte Dank Silbervorkommen eine einheitliche Währung – die Drachme – schaffen. Die Eule auf der Münze garantierte von Staates wegen das Gewicht und den Metallgehalt der Münze.

Antike Drachme mit Eule, © Wikimedia Gold Münze, Solidus genannt und Konstantin II darstellend © Wikimedia

l.: Antike Drachme mit Eule, © Wikimedia; r.: Konstantin II oder Grosse auf der Goldmünze Solidus, © Wikimedia

Der Solidus war eine römischbyzantinische Goldmünze. Er wurde von Konstantin dem Grossen im Jahr 309 eingeführt und blieb bis zur Eroberung von Konstantinopel (1453) über ein Jahrtausend im Umlauf. Der Solidus war bis zum beginnenden 12. Jahrhundert die „Leitwährung“ für ganz Europa und den gesamten Mittelmeerraum und wird auch als Euro des Mittelalters bezeichnet.

Das rätselhafte Gross-Simbabwe ist ein Beispiel wie auch in Afrika alte Kulturen durch den Handel mit Gold zu Reichtum und Macht kamen.

 

 

Gross-Simbabwe, © Wikimedia Luftaufnahme von Gross-Simbabwe, ©Georg Gerster/Keystone

l.: die „Grosse Einfriedung“, © Wikimedia; r.: Gross-Simbabwe aus der Luft, © Georg Gerster/Keystone

Auf einem Granithügel im südlichen Simbabwe liegt die festungsähnliche „Akropolis“ mit verschachtelten Durchgängen und Räumen. Auf dem Talboden findet sich eine monumentale Ellipse, die „Grosse Einfriedung“, deren Umfassungsmauer aus Granitsteinen mörtellos aufgeschichtet, 5 bis 11 m hoch, 1 – 5 m mächtig und 253 m lang ist. Es ist Afrikas grösster Steinbau südlich der Sahara.

Gross-Simbabwe ist eine Schöpfung der Shona, die heute noch das Land regieren. Gegründet bereits im 11. Jahrhundert, stieg es im 14. Jahrhundert zur Hauptstadt und zum Handelszentrum eines Staates auf, der von dem Goldreichtum der umliegenden Hochplateaus profitierte. Übervölkerung brachte Gross-Simbabwe schliesslich nach 1450 zu Fall. Auch hier finden sich – selten zwar – wunderschöne Gegenstände aus Gold.

Nashorn aus Gold aus einer Grabstätte, Mapungubwe Gross-Simbabwe
Nashorn aus Gold aus einer Grabstätte, Mapungubwe Gross-Simbabwe

Gold ist in Afrika reichlich vorhanden, so auch im Great Dyke von Simbabwe, einer Struktur, die praktisch das ganze Land von Norden nach Süden durchquert. Davon soll nächste Woche der Beitrag handeln. Schöne Woche unterdessen!


Frohe Ostern

24.03.2016

Wir wünschen all unseren Lesern frohe Ostern. Als kleinen Leckerbissen haben wir etwas in unserem Archiv geforscht und einige Bilder aus früheren Seismik-Kampagnen im Zürcher Weinland mit der von 2015/16 gegenübergestellt.

(Wir danken der Andelfinger Zeitung und dem Zeichner Pascal Coffez für die Erlaubnis, den Cartoon zu veröffentlichen)

Der Messwagen war und ist die Schaltzentrale der seismischen Messungen.

Das Innenleben hat sich aber stark verändert. Bestimmten früher noch Röhrenbildschirme und Schalter das Bild, sind dies heute Flachbildschirme und Tastaturen.

Die Vermessung der Anregungs- und Messpunkte erfolgte 1991/92 noch mithilfe eines Theodolits (optisches Messprinzip). Heute hat auch hier das GPS Einzug gehalten.

Die Bohrgeräte sind essenziell noch die gleichen.

Die Datenverarbeitung hat Fortschritte gemacht, da die Computersysteme um ein vielfaches leistungsfähiger geworden sind.

Vibrationsfahrzeuge sind in der Funktion unverändert geblieben.

Die zwei Projektleiter von damals und heute zusammen mit ihren Daten. In den neunziger Jahren wurden die Informationen noch auf einer Palette geliefert. Heute passen die Daten der Kampagne auf eine handliche Festplatte.


Aufzeitbohrungen finden im Standortgebiet Zürich Nordost statt

22.03.2016

Im Nachgang zur 3D-Seismik führt die Nagra diesen Monat fünf Aufzeitbohrungen im Standortgebiet Zürich Nordost durch. Charakterisiert wird dabei die oberste Gesteinsschicht; die Messdaten werden für die Auswertung der 3D-seismischen Messungen benötigt. Wir waren in Dachsen (ZH) bei einer solchen Bohrung dabei und sahen das mobile Bohrgerät in Aktion.

Oberste Gesteinsschicht wird erkundet

Nachdem die Aufzeitbohrungen und -messungen im Februar im Standortgebiet Jura Ost stattfanden, sind die Arbeiten nun auch in Zürich Nordost angelaufen: Fünf Bohrungen werden auf Zürcher Kantonsgebiet durchgeführt und zwei weitere sind auf Schaffhauser Kantonsgebiet vorgesehen. «Die Aufzeitmessungen dienen zur seismischen Charakterisierung der obersten Gesteinsschichten, die nur wenig verfestigt sind», erklärt Projektleiter und Nagra-Geologe Herfried Madritsch. «Die Aufzeitmessungen ermöglichen eine Kalibration der Daten aus den 3D-seismischen Messungen indem die langsamen seismischen Geschwindigkeiten in dieser Lockgesteinsschicht erfasst werden.» Damit die Messgeräte in den Lockergesteinen platziert werden können, braucht es ein Bohrloch, also eine Aufzeitbohrung. Solch ein Bohrloch ist typischerweise einige Dutzend Meter bis zu 100 Meter tief – vergleichbar zu Bohrlöchern für Erdwärmesondenbohrungen.

Zwei Raupen und ein langer «Rüssel»

Ein mobiles Bohrgerät auf Raupen erstellt in Dachsen das Bohrloch. Rund um das Bohrgerät stapeln sich verschiedene Rohre und Säcke. «Stück für Stück wird das Bohrgestänge zusammengesetzt, bis wir die Endtiefe erreicht haben», beschreibt Herfried Madritsch die Arbeiten. Etwa zwei Meter bohren, dann wird ein neues Metallrohr aufgesetzt. An der Spitze des Gestänges sitzt ein Bohrmeissel, der das Gestein zerkleinert. In Dachsen ist das Bohrgerät mit seinem langen «Rüssel» nach Durchqueren der Lockergesteinsschicht bei ca. 32 Meter auf Fels gestossen, dann wurde auf die Endtiefe von rund 65 Meter weitergebohrt. «In das Bohrloch führen wir ein blaues PVC-Rohr ein», erklärt Herfried Madritsch, «dieses nimmt unsere Messgeräte auf und stabilisiert zugleich das Bohrloch.» Damit das blaue Rohr gut verankert ist und eine feste Verbindung mit dem Gestein hergestellt werden kann, wird in den Zwischenraum aussen herum eine Mischung aus Bentonit und Zement gepresst. Der Zeitaufwand für die Erstellung eines Bohrlochs beträgt rund einen Tag. Nach Aushärten des Bentonit-Zement-Gemischs steht das Bohrloch für die seismischen Aufzeitmessungen bereit.


In Mponeng fährt man in die tiefsten Tiefen

22.03.2016

Südafrika ist ein mächtiger Goldproduzent der Welt. In den 70er Jahren lag der weltweite Produktionsanteil bei 80%, unterdessen ist der Anteil zurückgegangen; seine abbaufähigen Goldreserven im Boden werden noch auf 6000 Tonnen geschätzt und liegen an 2. Stelle hinter Australien. Die tiefsten 8 von 10 Gold Minen der Welt liegen in Südafrika und 90% des südafrikanischen Goldes liegt in einem elliptisch ausgeformten Gebiet von 320 auf 150 km, dem Witwatersrand Becken.

Gold in Quarrst; © WikimediaKrugerrand

v.l.n.r.: Gold in Quarzit; das Südafrikanische „Goldvreneli“ der Krugerrand

Vor 3 Milliarden Jahren war dieses Gebiet ein Binnenmeer. Aus den umliegenden, sehr goldhaltigen Gebirgen verfrachteten 6 mächtige Ur-Flüsse ihren Schutt in dieses Meer. In den Deltas der Flüsse lagerte sich zwischen den Geröllen Gold ab, welches sich später zu goldhaltigen Konglomeraten oder Quarziten verfestigte. Das grösste der sechs Flussdeltas war der East Rand mit 40 km Länge und einer Deltabreite von 90 km. Am Oberlauf ist der Goldgehalt sehr klein, was auf rasche Strömung schliessen lässt. In der Mitte des Deltas ist der Goldgehalt meistens am grössten. Die Goldgehalte der Reefs – so werden die goldführenden Sedimenthorizonte genannt – sind daher sehr unterschiedlich, sie liegen bei 4 bis 20 g Gold pro Tonne Erz. Das reichste ist das Main-Reef.

Witwatersrand Basin depositional model
Modell zum Eintrag der Sedimente ins Witwatersrandbecken; © Goldfields

Mponeng bedeutet in Sesotho „Schau mich an“

Früher hiess das Bergwerk Western Deep Levels South Shaft oder einfach Shaft No 1. Namen wie Mponeng, TauTona, Driefontein, Savuka und Karasalethu liegen in West-Witwatersrand südlich von Carletonville, ca. 65 km westlich von Johannesburg und belegen die ersten Ränge des Tiefencharts.

Die Gruben sind mit bis zu z.Z. 4000 Metern Teufe die tiefsten der Welt. Das Erz von Mponeng ist mit einem Goldgehalt von mehr als 8 g/t besonders reich, so dass sich der Abbau in dieser Tiefe trotz der damit verbundenen Kosten lohnt. Die Bergwerke Mponeng und TauTona werden weiter in die Tiefe entwickelt, für Mponeng ist bis 2017 eine Teufe von 5000 m vorgesehen.

Die Arbeitsbedingungen in diesen Teufen sind sehr hart. Die Gesteinstemperatur in 4000 m Tiefe beträgt etwa 60 °C, die Lufttemperatur 55 °C. Durch aufwendige Kühlmassnahmen wird diese auf 28 °C gesenkt.

Minenarbeiter Südafrika
Minenarbeiter in Südafrika; © worldfinance

Nächste Woche wird das Thema weiterverfolgt, bis dahin viel Spass!


Interview mit Beat Stefani: «Wir bauen Zeitreisen»

17.03.2016

Beat Stefani arbeitet seit 25 Jahren bei der Nagra. Er ist verantwortlich dafür, dass die Ausstellungen der Nagra pünktlich aufgestellt und abgeräumt werden. Zudem hat er die Aufgabe, das Material im Depot Mellingen zu lagern und zu warten. Arbeiten, welche im streng wissenschaftlichen Umfeld der Nagra irgendwie exotisch wirken.

Auch die neue Ausstellung der Nagra «Zeitreise zum Tiefenlager» wird von Beat Stefani aufgestellt. Sie kann vom 17. bis 20. März an der Thurgauer Frühjahrsmesse in Frauenfeld besichtigt werden.

Nagra-Ausstellung-Beat-Stefani
Beat Stefani plant vorausschauend, damit der Nagra-Stand ein Erlebnis wird. Foto: Nagra.

 

Zufriedene Besucher der Nagra-Ausstellungen motivieren Beat Stefani immer wieder von neuem. Foto: André Urech.

 

Nagra-Ausstellung-Ansicht
Bevor die Besucher in den Genuss der virtuellen Zeitreise zum Tiefenlager kommen, heisst es tonnenweise Material schleppen – die neuen Stühle sind keine Leichtgewichte. Foto: André Urech.

Beat, wie sieht dein Alltag aus?
Meine Hauptaufgabe ist es, die Ausstellung der Nagra an rund 15 Gewerbemessen pro Jahr einzurichten und nach der Messe wieder abzuräumen. Dazu kommen Sondereinsätze wie zum Beispiel das Aufstellen und Einrichten des Info-Containers für die Seismik oder sonstige Einsätze für die Nagra – inklusive Transporte. Also auch logistische Fragen. Das ist häufig stressig und muss unter Zeitdruck und manchmal widrigen Wetterverältnissen geschehen. Oftmals geht es morgens schon sehr früh los und wartet ein langer Arbeitstag auf mich. Weiter muss ich mit Messeanbietern verhandeln, um den optimalen Platz für unsere Ausstellung zu erhalten.
Wenn ich nicht gerade beim Auf- oder Abbauen bin, findet man mich im Materialdepot in Mellingen. Dort geht es darum, das Material zu pflegen, zu erneuern und die Broschüren und Informationshefte der Nagra zu verwalten. Hinzu kommt ebenfalls der Unterhalt der grossen Halle.

Ein Messestand aufstellen ist das eine – transportieren das andere…
Ja genau. Wir haben dafür spezielle Zugfahrzeuge und Anhänger, welche sehr flexibel eingesetzt werden können. Es geht da um mehrere Tonnen, die jedes Mal transportiert werden müssen. Wir verpacken das Material so, dass es möglichst geschützt ist und doch schnell abgeräumt und aufgestellt werden kann. Es geht dabei immer um das gleiche: möglichst schnell zu sein, gleichzeitig sorgfältig zu arbeiten und sich jedes Mal der speziellen Situation an einer Messe vor Ort anzupassen.

Woher nimmst du nach so vielen Jahren die Energie, das weiterhin so gewissenhaft zu tun?
Die Arbeit macht mir eben echt Spass. Sie ist auch sehr abwechslungsreich in der Gestaltung. Ich habe zum Glück auch viele Freiheiten dabei. Die brauche ich, um flexibel zu bleiben. Schliesslich muss alles glatt ablaufen. Die Nagra ist ja speziell im Fokus der Öffentlichkeit. Es bereitet mir Freude, zu sehen, wenn die Besucher Interesse an der Ausstellung zeigen. Ich erinnere mich da speziell an die Infotour der Nagra, den TIME RIDE und auch den kleinen Stand, an dem die Besucher selber Steine klopfen können und schöne Versteinerungen wie etwa Ammoniten finden.

… was ja sehr erfolgreich war …
Ja. Der TIME RIDE war eine sehr tolle Ausstellung und bot eine aussergewöhnliche Zeitreise. Der Lift «durch Raum und Zeit» war technische Herausforderung und Reise-Erlebnis zugleich. Während der vier Jahre, in denen die Erlebnisausstellung im Einsatz war, machten über 180‘000 Personen die virtuelle Liftfahrt in die Tiefe mit.

Und die neue Nagra-Ausstellung mit der virtuellen «Zeitreise zum Tiefenlager?»
Die hat es auch in sich. Bei der neuen Ausstellung sind es die Stühle mit der 3D-Brille, welche die Besucher auf eine Zeitreise mitnehmen. Sie ist jedoch ganz anders als der TIME RIDE. Das Erlebnis für den Besucher ist aber nicht geringer. Es ist schon eindrücklich, was man mit den 3D-Brillen heute alles machen kann. Diese Ausstellung fordert technisches Feingefühl beim Einrichten und ist technologisch an der Spitze des Machbaren.

Beat Stefani, besten Dank fürs Interview und weiterhin viel Glück und Spass bei der Arbeit.


Ein Ausflug zu den Schweizer Pyramiden

15.03.2016

Die Pyramiden von Euseigne sind eine der bedeutendsten geologischen Sehenswürdigkeiten der Alpen und stehen unter Naturschutz. Die Erdformationen, die eine Höhe bis zu 15 Metern erreichen, entstanden in der Endphase der Würmeiszeit, welche von 80’000 bis 10’000 Jahren dauerte.

Schweizer Pärke
Die Pyramiden von Euseigne im Biosphärenreservat Val d’Hérens, deutsch Eringertal

Ihre steinernen, auf Säulen sitzenden Schutzkappen bestehen aus massiven Felsbrocken von mehreren Metern Durchmesser und können bis zu 20 Tonnen schwer sein. Es sind entweder Gneise oder dunkelgrüne Serpentinite, die durch den Eisstrom aus dem Eringertal verfrachtet wurden.

Pyramide Euseigne
Die Pyramiden von Euseigne mit den pilzartigen Hüten aus sehr witterungsbeständigem Material

Eiszeiten sind Perioden der Erdgeschichte, in denen mindestens ein Pol der Erde vergletschert ist, oder nach anderer Auffassung, wenn es in der nördlichen und südlichen Hemisphäre der Erde grosse Vergletscherungen gibt.

Beim Rückzug des Eises blieben riesige Schutthaufen und Felsbrocken zurück. Dieses Gestein nennt man Moräne, das durch das Gewicht des Gletschers so hart wie Beton wurde. Die Architekten „Regen und Schmelzwasser“  formten danach über einen langen Zeitraum die Erdpyramiden aus. Sie werden früher oder später ihre steinernen Kappen verlieren. Die dann barhäuptigen Pyramiden sind der Witterung stärker ausgesetzt. In Euseigne sind einige Spitzen der Pyramiden bereits „enthauptet“ und so werden sie innerhalb mehrerer Jahrzehnte oder Jahrhunderte auch wieder verschwinden.


Ammoniten: Harte Schale, weicher Kern

14.03.2016

Das runde Ding aus Stein weckt Kindheitserinnerungen in mir. Meine Freude war jeweils gross, wenn ich beim Wühlen im Dreck eine runde Versteinerung in der Grösse eines Fünffrankenstücks fand: Ammoniten. Rund 30 Jahre später höre ich nun dem Paläontologen Christian Klug von der Uni Zürich zu. Er hält bei der Nagra einen Vortrag über Ammoniten, die Tiere, die auch in der Nagra-Tiefbohrung Benken im Opalinuston gefunden wurden. Der Forscher zeigt auf, was die Wissenschaft alles über diese leider schon ausgestorbenen Meerestiere weiss. Meine Faszination ist ungebrochen.

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Der Paläontologe PD Dr. Christian Klug ist Lehrbeauftragter der Universität Zürich und Kurator des Paläontologischen Museums und der umfangreichen Sammlung. Seine Leidenschaft gilt den Ammoniten (Foto: Nagra).

Bei Gefahr den Kopf einziehen

Ammoniten lebten vor rund 408 bis 66 Millionen Jahren und wurden durchschnittlich 1 bis 30 cm, in Einzelfällen sogar bis zu 2 Meter gross. Sie besassen eine spiralförmige kalkige Aussenschale, die aus einer grossen Wohnkammer und vielen kleineren Kammern besteht. Ammoniten gehören zu den Kopffüssern. Wie eine Schnecke aus dem Schneckenhaus, konnten auch sie ihren Kopf und die Arme aus der Wohnkammer hinausstrecken. Waren Räuber wie Haie in der Nähe, zog der Ammonit wahrscheinlich blitzschnell Kopf und Arme ein. Seine Aussenschale schützte ihn. Tintenfische, die es auch heute noch gibt, sind ebenfalls Kopffüsser. Ihnen fehlt aber eine solche Aussenschale. Somit können sie nur flüchten und die Räuber durch Ausstossen von Tinte verwirren.

In der Schwebe bleiben

Ammoniten konnten sich durch Ausstossen von Wasser im Meer fortbewegen. Zur Kontrolle des Auftriebs und zum Schweben nutzten sie die gekammerten Bereiche ihres Gehäuses mit dem darin enthaltenen Gas und Wasser. Unter anderem anhand der Form der Kammern lässt sich ein Ammonit auch von anderen Kopffüssern wie den Nautiliden unterscheiden. Letztere haben zwar ebenfalls eine spiralförmige Aussenschale, bei den Ammoniten sind aber die Trennwände der Kammern komplexer gefaltet. Nautiliden gibt es heute noch, bekannte Vertreter sind die Perlboote.

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Ammoniten gibt es in verschiedensten Formen (Einzelabbildungen nicht massstäblich, Fotos: Christian Klug). Links: Creniceras, ca. 163,5 bis 157,3 Millionen Jahre alt, aus Liesberg (BL); Mitte: Mariella Bergeri, ca. 126,3 bis 112,9 Millionen Jahre alt, vom Säntis; Rechts: Macrocephalites, ca. 166,1 bis 163,5 Millionen Jahre alt, aus Anwil (BL).

Die Kleinen ziehen immer den Kürzeren

Ammoniten sind ausgestorben. Vermutlich hat sie ein Meteoriteneinschlag vor rund 66 Millionen Jahren ausgerottet. Einige Nautiliden hingegen überlebten. Klug vermutet, dass die Nautiliden dank der viel grösseren Embryonen mehr Reserven hatten, um langfristige Verschlechterungen in den Umweltbedingungen zu überstehen.

Übrig bleibt nur die harte Schale

Die harte äussere Schale von lebenden Ammoniten bestand mehrheitlich aus dem Mineral Aragonit. Nach dem Tod wurde es meistens aufgelöst und die dabei entstandenen Hohlräume oftmals mit Calcit, Pyrit oder anderen Mineralien gefüllt. Bisher konnten in den Versteinerungen noch keine eindeutigen Reste der Arme oder anderer äusserer Weichteile gefunden werden. In vereinzelten Fällen stiess man aber auf Spuren, die von inneren Weichteilen wie dem Verdauungstrakt mit dem Kropf und Magen, den Kiemen, der Raspelzunge oder dem Kopfrückziehmuskel herrühren. Über fossile Mageninhalte lassen sich weitere Schlüsse ziehen; beispielsweise dass sich Ammoniten von Plankton ernährt haben. Am Schluss bleibt von einem Ammoniten meist nur noch die Schale übrig. Ein herrlich bläulich schimmerndes (opalisierendes) Gehäuse im Falle des Ammoniten «Leioceras opalinum», der dem Opalinuston seinen Namen gegeben hat.

Weswegen interessiert sich die Nagra für Ammoniten?

Der Ammonit Leioceras opalinum (Tab «Ton») ist ein sogenanntes Leitfossil. Es ermöglicht die Altersbestimmung der Sedimentschicht, in der es gefunden wurde: Die Gesteine des Opalinustons sind rund 175 Millionen Jahre alt. In der Nagra-Tiefbohrung in Benken wurde ein besonders gut erhaltener Leioceras opalinum gefunden. Dies zeigt, dass Opalinuston Dinge über lange Zeit konservieren und sicher einschliessen kann. Eben auch radioaktive Abfälle in einem geologischen Tiefenlager. Diese Abfälle lassen sich im Wirtgestein Opalinuston hundertausende bis zu einer Million Jahre sicher einschliessen. Eine Zeitspanne, die vergleichsweise klein ist, wenn man sich das Alter des Opalinustons in Erinnerung ruft.

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Im Paläontologischen Museum der Universität Zürich gibt es unter anderem viele Ammoniten und andere versteinerten Meerestiere und Pflanzen zu sehen (Foto: Nagra).

Das Paläontologische Museum der Universität Zürich kann kostenlos besucht werden. Neuigkeiten zum Museum gibt es via Facebook: momentan findet eine kleine Sonderausstellung statt.


Woher kommt Christian Klugs Faszination für Ammoniten?

Im Interview hat uns Christian Klug unter anderem verraten, wie er vom «Virus» Ammonit ergriffen wurde und was er über Ammoniten noch herausfinden möchte.

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Christian Klug sammelt Ammoniten aus aller Welt, wie diesen Didymoceras nebrascense aus den USA (Foto: Nagra).

Haben Sie als Bub auch schon Ammoniten gesammelt?

Ich habe mich als zehnjähriger Schüler schon stark für die Natur interessiert. Mein Onkel Bernd war einer der ersten, der mich mit Fossilien in Berührung brachte. Während eines Ferienaufenthaltes in Nürnberg fragte er mich: «Magst Du Goldschnecken sammeln?» Das war natürlich eher eine rhetorische Frage. Die pyritisierten Ammoniten, die ich damals fand, liegen heute noch bei mir.

Was fasziniert Sie an Ammoniten?

Es gibt verschiedene faszinierende Aspekte. Als sehr visueller Mensch spricht mich die Formenvielfalt der Gehäuse und insbesondere aber der Lobenlinien an. Als Wissenschaftler finde ich es spannend, dass im Gehäuse der Ammoniten ihre ganze Entwicklung enthalten ist. Dies macht uns wertvolle Informationen zugänglich für die Rekonstruktion evolutiver Prozesse. Auch das Verborgene reizt mich sehr, in diesem Fall die nur sehr lückenhafte Kenntnis der Weichteile und der Lebensweise der Ammoniten. Ich hoffe, durch die Forschungstätigkeit noch mehr über die Evolution, die Lebensweise und das Aussterben der Ammoniten herauszufinden.

Wie läuft der Wissensaustausch mit anderen Forschern auf Ihrem Gebiet?

Die meisten Ammoniten-Forscherinnen und Forscher kennen sich gut untereinander. Je nach Forschungsthema arbeite ich mit vielen unterschiedlichen Kolleginnen und Kollegen weltweit zusammen. Das macht einen zusätzlichen Reiz dieser Tätigkeit aus.

Gibt es denn viele Paläontologen, die sich insbesondere für Ammoniten interessieren?

Im Vergleich zu anderen Forschungsbereichen stellen die Ammoniten-Forscherinnen und Forscher eine eher kleine Gruppe dar (hunderte weltweit). Natürlich ist es so, dass man jedes Gebiet unterteilen kann und irgendwann erreicht man eine Community-Grösse, die unserer entspricht. Um es anders zu sagen: Ich arbeite auch über andere Kopffüsser, wodurch sich die Gruppe der Gleichgesinnten erhöht. Da ich aber auch über andere Gruppen (andere Wirbellose, manchmal auch Wirbeltiere) arbeite, ist meine „Peer Group“ schon unüberschaubar (tausende weltweit).


Unerwartet abwechslungsreich – mein Praktikum bei der Nagra

10.03.2016

Als Praktikant erwartet man keine fantastischen Erlebnisse am ersten Tag. Ohne grosse Erwartungen betrat ich am Montagmorgen, 22. Februar 2016, ein grosses Gebäude an der Hardstrasse in Wettingen. Mein Name ist Oliver Hösli, ich bin 19 Jahre alt und mache ein dreiwöchiges Praktikum bei der Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle, kurz Nagra.

Tonnenschwere Kolosse durchleuchten den Untergrund von Neuhausen

Ich rechnete damit, erst mal mit angestautem Bürokram beschäftigt zu werden. Doch weit gefehlt: Bereits nach einer halben Stunde war ich mit dem Nagra-Redaktor Patrick Burgert auf dem Weg nach Neuhausen am Rheinfall. Dort wollten wir die Arbeit der tonnenschweren Seismik-Fahrzeuge aus nächster Nähe betrachten, bevor die Messungen am nächsten Tag beendet wurden. Das Messprinzip wirkte auf mich so einfach wie beeindruckend – die erzeugten Schallwellen breiten sich im Untergrund aus und werden von den unterschiedlichen Schichten reflektiert. Diese Signale fangen die Geofone, eine Art Mini-Seismografen, auf. Eine ausgeklügelte Art und Weise, eine Karte des Untergrundes herzustellen, ohne diesen in geringster Weise zu verändern.

Durch diese Vibrationsmessungen erhofft sich die Nagra weitere Erkenntnisse zur Bestimmung eines sicheren Standorts, an dem radioaktives Material aus den Kernkraftwerken, aber auch Medizin, Industrie und Forschung gelagert werden kann – mehrere hundert Meter unter der Erde, für rund eine Million Jahre geschützt vor Wind und Wetter, sprich Erosion, sowie anderen Einflüssen.

Eindrückliche Reise in die Tiefe von St. Ursanne

Bereits zwei Tage später, erlebte ich die nächste Überraschung. Vor mir lag ein Besuch des Felslabors Mont Terri mit einer Reise etwa 300 Meter unter die Erde. Diese Forschungsstätte liegt im Juragebirge, oberhalb des kleinen Dorfs St. Ursanne. Seit 20 Jahren wird hier der sogenannte Opalinuston erforscht, ein Gestein, indem die radioaktiven Abfälle in Zukunft dauerhaft und sicher entsorgt, also «endgelagert» werden sollen. Dies nicht im Felslabor, sondern an einem Ort in der Nordschweiz. Opalinuston eignet sich dazu nachweislich gut, wie mir ein Experte erklärt: Der Ton dichtet sehr gut ab, schliesst also die Abfälle bestens ein und lässt praktisch kein Wasser durch. Ein Experiment zeigt, dass allfällige Risse im Ton sich mit der Zeit wieder selbst verschliessen. Am eindrücklichsten war für mich aber ein Versuch im Massstab 1:1, das «Full Scale Emplacement»-Experiment. Anhand von beheizten Versuchsbehältern wird der Einfluss von Wärme auf das Verfüllmaterial «Bentonit» und den darum herum liegenden Opalinuston untersucht. Die Erkenntnisse werden dann für den Bau des Endlagers verwendet.

Jens Mibus und ich im Besucherzentrum Felslabor Mont Terri Foto: Oliver Hösli
Projektleiter Jens Mibus und ich im Besucherzentrum Felslabor Mont Terri Foto: Oliver Hösli

Wissens- und Meinungsaustausch mit Schülerinnen und Schülern

Diese interessanten Fakten erfuhr ich von der Leiterin der Medienstelle, Jutta Lang, und dem Forscher Jens Mibus auf einem Rundgang durch das Felslabor. Zu Gast war eine Schülergruppe des Gymnasiums Liestal. Ich kam mit ihnen ins Gespräch und wir unterhielten uns über die Entsorgung, eine politisch sowie gesellschaftlich anspruchsvolle Aufgabe. Auch für Themen dieser Art hat die Nagra vor Kurzem eine Plattform, für den Wissens- und Meinungsaustausch mit einer Pinnwand aufgeschaltet.

Der Besuch im Mont Terri war abwechslungsreich und informativ, vermittelte mir neue Erkenntnisse und hat einen bleibenden Eindruck hinterlassen.