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2D-seismische Messungen beendet

28.02.2017

Letzten Donnerstag, 23. Februar, endete die 2D-Seismik oberhalb Schöfflisdorf / Oberweningen. Damit sind in allen Standortgebieten die 2D-seismischen Messungen abgeschlossen. Insgesamt wurden auf den rund 53 Kilometern Messlinie, 15 000 Geofone ausgelegt und 8000 Schusspunkte gemessen. Momentan laufen noch Aufräumarbeiten bis Mitte März.

Die Daten aus der 2D-Seismik werden nun bis Ende 2017 ausgewertet. Ergänzt werden sie durch Quartärbohrungen, die auf die Auswertung der seismischen Messungen folgen.

 

Der letzte Messpunkt der 2D-Seismik-Kampagne (Foto: Nagra)

 

Für die 2D-Seismik wurde ein kleineres Vibrationsfahrzeug wie für die 3D-seismischen Messungen eingesetzt.
Für die 2D-Seismik wurde ein kleineres Vibrationsfahrzeug wie für die 3D-seismischen Messungen eingesetzt. (Foto: Nagra)

Wozu wurde eine 2D-Seismik durchgeführt?

Dies sind zusätzliche Untersuchungen zu den bereits erfolgten 3D-Seismik-Messungen in den Standortgebieten. Diese Messungen sind speziell auf die Erkundung der oberflächennahen Lockergesteine ausgerichtet. Diese Ablagerungen stammen aus dem Quartär, dem jüngsten geologischen Zeitabschnitt, der seit ca. 2,5 Millionen Jahren bis heute andauert. «Wir möchten mit den Messungen mehr über die Gletscherrinnen erfahren», erläutert Thomas Spillmann, Projektleiter 2D-Seismik. «Zum Beispiel über ihre Tiefe, ihren Aufbau oder ihre Entstehung.» Sedimente wie Kies, Sand oder Lehm, die sich in den Rinnen abgelagert haben, geben Aufschluss über deren Entstehung. «Diesen Rinnen werden bei der Platzierung eines geologischen Tiefenlagers beachtet», erklärt der Geologe Herfried Madritsch, der das Projekt «Quartäruntersuchungen» leitet. In dessen Rahmen werden auch sogenannte Quartärbohrungen durchgeführt. Die 2D-Seismik helfe dabei, diese Bohrungen richtig zu platzieren, so Madritsch. Die Untersuchungen tragen zur Langzeitsicherheit eines geologischen Tiefenlagers bei.

Wie unterscheidet sich die 2D- von der 3D-Seismik?

Im Gegensatz zur 3D-Seismik, die ein dreidimensionales Bild des Untergrunds liefert, wird bei der 2D-Seismik entlang einzelner Linien gemessen. Die 2D-Seismik zeigt also einen detaillierten Schnitt durch den Untergrund und ist für die Quartäruntersuchungen aber nur für Tiefen bis zu 400 Metern ausgelegt. «Genau richtig, um die Lockergesteinsschichten abzubilden», führt Spillmann aus. Die 3D-Seismik hingegen sei für grössere Tiefen ausgelegt und liefere in geringeren Tiefen nicht die notwendigen Bilder. Mehr zur 2D-Seismik lesen Sie hier.


Die Werkzeuge eines Geologen

28.02.2017

Ein Geologe, der im Freien arbeitet, verwendet typischerweise einen Geologenkompass, eine Lupe und einen Geologenhammer. Wie steht es jedoch im Labor?

Seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert wird das Lichtmikroskop in den geologischen Wissenschaften eingesetzt. Mit einem Mikroskop können Objekte unter einem grösseren Sehwinkel betrachtet werden, als dies mit blossem Auge oder einer Lupe der Fall wäre. So werden feinkörnige Substanzen zur optischen Untersuchung auf Glasobjektträgern in Flüssigkeiten bekannter Brechungsquotienten eingebettet und so bestimmt. Wenn jedoch aus Kristallen, Mineralen, Gesteinen oder technischen Produkten Dünnschliffe hergestellt werden, welche zwischen 20 bis 30 μm (Mikrometer) dünn sind, kann mit Hilfe der Polarisationsmikroskopie, das heisst unter Verwendung von polarisiertem Licht die optischen Eigenschaften der Kristalle bestimmt werden.

Polarisationsmikroskop mit Dünnschliff  Polarisationsmikroskop

v.l.n.r.: Polarisationsmikroskop mit Dünnschliffpräparat, Polarisationsmikroskop, 

Gemessen werden dabei fast ausschliesslich vektorielle Grössen wie Lichtbrechung, Reflexion, Absorption, Pleochroismus. Da die optischen Eigenschaften der Kristalle in einem engen Zusammenhang mit ihrem strukturellen Aufbau stehen, lassen sich aus polarisationsoptischen Messungen kristallographische Zuordnungen ableiten.

In vielen Fällen ersetzt die polarisationsmikroskopische Untersuchung teure und zeitraubende chemische Analysen, ganz abgesehen von dem Vorteil, dass es sich um eine meist direkte und zerstörungsfreie Methode handelt.

In den beiden Fotos sehen wir links im polarisierten Durchlicht die Mineralgemeinschaft Granat (gräulich), Biotit-Glimmer (rotbraun) und Feldspat und Quarz (hell); rechts bei gekreuzten Polfiltern Granat (schwarz), Biotit (rot, orange, grün), Feldspat und Quarz (Graufärbung hell bis dunkel).

Granat Glimmerschiefer Granat Glimmerschiefer mit Polarisationsfilter

v.l.n.r.: Dünnschliff eines GranatGlimmerschiefers unter dem Mikroskop bei linear polarisiertem Licht (entspricht normaler Durchlichtmikroskopie); gleicher Dünnschliffbildausschnitt bei gekreuzten Polarisatoren.

Andere Anwendungsgebiete sind z. B. Texturuntersuchungen von Flüssigkristallen, Untersuchung des Kristallwachstums, Visualisierung von mechanischen Spannungen über die Spannungsdoppelbrechung.

 


Sichere geologische Tiefenlager: PSI-Forscherin untersucht Verhalten von Radionukliden

23.02.2017

Die chinesische Doktorandin Yanhua Chen arbeitet am Labor für Endlagersicherheit des Paul Scherrer Instituts in Würenlingen. Sie untersucht für die Nagra die Wechselwirkung von bestimmten Radionukliden mit dem Tongestein Opalinuston. Dieser ist die natürliche Sicherheitsbarriere eines geologischen Tiefenlagers. Radionuklide breiten sich nur sehr langsam durch den Opalinuston aus. Wechselwirken sie mit den in Opalinuston enthaltenen Tonmineralien wie Illit und Kaolinit, werden sie zurückgehalten und migrieren noch langsamer.

Radionuklid C-14 im Fokus

«Ich habe das Radionuklid C-14 untersucht, das in einfachen organischen Verbindungen wie Carbonsäuren und Alkoholen gebunden wird», erklärt Yanhua Chen. «Diese Verbindungen entstehen im Tiefenlager bei der Freisetzung von C-14 infolge der Korrosion von Metallen aus Kernreaktoren.» Dort ist das C-14 durch Neutronenbestrahlung aus Stickstoff während des Reaktorbetriebs entstanden. Da das radioaktive C-14 eine Halbwertszeit von «nur» 5730 Jahren habe, könne es nahezu vollständig in der Tiefe zerfallen, bevor es an die Erdoberfläche gelange. «Damit dies geschieht, genügt bereits eine schwache Wechselwirkung der C-14-enthaltenden organischen Verbindungen mit den Tonmineralien, die in Opalinuston enthalten sind», sagt die junge Forscherin. Bis anhin gab es weltweit noch keine Messwerte für C-14. Die Nagra musste bisher in ihren Dosisberechnungen daher annehmen, dass es bei C-14 keine solche Wechselwirkung gibt und konservativ mit einer grossen Sicherheitsmarge rechnen.

Yanhua Chen zeigt ihre Versuchsanlage, in der sie mit den Tonmineralien Illit und Kaolinit gearbeitet hat. Bild: Nagra
Yanhua Chen zeigt ihre Versuchsanlage, in der sie mit den Tonmineralien Illit und Kaolinit gearbeitet hat. Bild: Nagra

Schwache Wechselwirkung vorhanden

«Sowohl in meinen Experimenten mit den reinen Tonmineralien Illit und Kaolinit als auch mit Opalinuston selbst konnte ich eine solche schwache Wechselwirkung nachweisen», fasst die Forscherin zusammen. Dies ist relevant für die Dosisberechnungen der Nagra, mit denen gezeigt wird, dass durch das Tiefenlager nie eine Gefahr für die Bevölkerung entsteht. «Wenn die von mir ermittelten Messwerte für das Radionuklid C-14 einer unabhängigen Überprüfung standhalten, können sie in die Dosisberechnungen der Nagra einfliessen», sagt Yanhua Chen stolz. Dies bedeutet, dass die Nagra dann den von Yanhua Chen ermittelten Messwert verwenden wird und für diesen Aspekt nicht mehr konservativ rechnen muss.

«In einer möglichen Fortsetzung des Projekts soll untersucht werden, was es für Wechselwirkungen sind», sagt die Doktorandin, die kurz vor ihrem Abschluss steht. «Während meines Aufenthalts in der Schweiz konnte ich mir viel Wissen zu Sicherheitsanalysen aneignen. Nach meiner Rückkehr nach China möchte ich meine Erkenntnisse dort einbringen und meinen Teil zur sicheren Entsorgung der radioaktiven Abfälle Chinas beitragen.»

Yanhua Chen diskutiert mit Jens Mibus (Projektmanager Sicherheitsanalysen, Nagra) vor der Versuchsanlage, in der sie Opalinuston verwendet. Bild: Nagra
Yanhua Chen diskutiert mit Jens Mibus (Projektmanager Sicherheitsanalysen, Nagra) vor der Versuchsanlage, in der sie Opalinuston verwendet. Bild: Nagra

 

Besucherzentrum psi forum

Das Paul Scherrer Institut PSI ist das grösste Forschungszentrum für Natur- und Ingenieurwissenschaften in der Schweiz.
Auch Sie können Forschung live erleben – zwei Angebote stehen zur Wahl: Entdecken Sie individuell das Besucherzentrum psi forum mit seinen interaktiven Exponaten oder melden Sie sich mit einer Gruppe für eine geführte Besichtigung an.


Ein glühender Wasserfall?

21.02.2017

Nur wenige Tage in der zweiten Februarhälfte zeigt sich der „Horsetail Fall“ im kalifornischen Yosemite-Nationalpark. Was hier glüht ist nicht etwa heissflüssige Lava sondern „nur“ Wasser – ein Spektakel, das seinesgleichen sucht.

Horesetail Fall Yosemite National Park

Riesige Granitkuppen, die sich über tiefen Tälern erheben, Jahrhunderte alte Mammutbäume und ein 480 Meter hoher Wasserfall am östlichen Felsrand des Monolithen „El Capitan“  ziehen immer mehr Naturschaulustige und Fotografen an.

Im Yosemite Park gibt es viele Wasserfälle; die besondere Lage des „Horsetail Fall“ jedoch ist es, welche das Naturwunder hervorbringt. Die meisten anderen Wasserfälle fliessen nicht von einer hohen, offenen Klippe, sondern in einer Nische oder einer Schlucht. Während des Sonnenuntergangs leuchtet das klare Wasser für wenige Minuten feuerrot und wirkt dann wie Lava.

Erstmals wurde das Phänomen 1973 vom Naturfotografen Galen Rowell festgehalten.

>> „Horsetail Fall“ – Das Naturspektakel


Historisches und Skurriles zur Radioaktivität (Teil 2)

16.02.2017

Auch in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde und wird radioaktives Material in Gebrauchsartikeln wie Rauchmeldern, Taschenlampen oder zur Sterilisierung von Gewürzen eingesetzt. Lesen Sie mehr dazu im Blogbeitrag.

(mehr …)


Vom Paläozoikum in die Neuzeit & eine berühmte Klippe

14.02.2017

Auf Spitzbergen zwischen dem 76. und 81. Breitengrad liegt ein berühmtes Geotop. Es liegt nördlicher als Alaska und als die meisten kanadischen Nordpolarinseln und wäre nicht der milde Golfstrom, wäre das Gebiet permanent unter Eis.

Die Südküste des Isfjords zwischen Kapp Linné und dem Grønfjord ist geologisch sehr interessant und unter der Bezeichnung „Festningen-Profil“ bekannt. Auf einer Strecke von weniger als 10 km steht eine vom Grundgebirge bis ins Alttertiär reichende Schichtfolge an. Die Sedimentschichten wurden während der alpidischen Phase im Alttertiär hochgestellt, so dass sie hier mehr oder weniger senkrecht stehen, was einen Spaziergang durch 300 Millionen Jahre Erdgeschichte in wenigen Stunden möglich macht.

Kapp Linné selbst befindet sich im Bereich des metamorphen Grundgebirges, mit Phylliten und Quarziten. Weiter östlich überschreitet man dann die Grenze Grund- Deckengebirge und kommt in die karbonischen Konglomerate. Auffällig ist ein N-S verlaufender Gebirgszug weiter östlich, der aus steilstehenden, sehr harten permischen Karbonaten besteht. Diese bilden das Kapp Starostin, eine in den Isfjord hineinlaufende Landspitze. Die Karbonate sind sehr fossilreich. Östlich des Kapps Starostin beginnt das Mesozoikum. Die Gesteinsformationen decken fast lückenlos einen Sedimentationszeitraum von der Kreide bis in die Neuzeit ab, die Ablagerungen stammen aus ehemaligen Fluss- und Delta Landschaften, ähnlich dem Mississippi-Delta. So sind sie denn fossilienreich und konservierten auch Dinosaurier Abdrücke, die unterdessen wieder durch Erosion im Meer verschwunden sind. Den Geologen dient diese fast lückenlose Gesteinsabfolge als Referenzprofil. Bemerkenswert ist der Festningen-Sandstein, eine senkrecht stehende Schicht, die der Küste als kleine, langezogene Insel vorgelagert ist. Nicht umsonst wird diese Insel Festningen oder die Festung genannt (siehe Foto).

Festningen: steilgestellte Schichten aus quarzitischen Sandsteinen Die steilgestellten Mesozoischen Schichten ziehen vom Festland auf die Insel

Die Festningen Klippe: sie besteht aus einer Sequenz harten Quarzsandsteins

Karte des Spitzbergen Archipels
Der Spitzbergen Archipel, ein Mekka für Geologen.


3D-Seismik-Kampagne in Nördlich Lägern abgeschlossen

07.02.2017

Am 3. Februar wurden die seismischen Messungen abgeschlossen. Die Kampagne konnte etwas früher als geplant beendet werden.

Damit sind drei Standortgebiete Zürich Nordost, Jura Ost und Nördlich Lägern seismisch sehr gut untersucht. Es stehen lediglich noch Aufräum- und Rekultivierungsarbeiten bis Ende Februar an. Die Messdaten werden nun ausgewertet.

Insgesamt wurde in allen drei Standortgebieten seit Oktober 2015 eine Fläche von 200 Quadratkilometer mit 40 779 Anregungs- und 51 109 Messpunkten abgearbeitet (weitere Informationen).

Im Video können Sie den letzten Messpunkt der Kampagne und einen kleinen Ausschnitt der Abschlussfeier sehen.

 

Eine kleine Anmerkung zum Schluss: Wir möchten uns bei allen Anwohnern und Betroffenen für deren Verständnis und Geduld bedanken.

 

2D-Seismik-Messungen gehen weiter

Voraussichtlich bis Mitte März finden in den Standortgebieten noch weitere Feldarbeiten im Rahmen der laufenden 2D-Seismik-Kampagne statt.

2D-Seismik
2D-Seismik vorletzten Freitag bei Fisibach (Foto: Beat Müller)

 


Leben im Gestein der Antarktischen Wüsten

07.02.2017

Unter den vielen bemerkenswerten Aspekten der Antarktis ist das Vorhandensein echter Wüstengebiete mit der grössten im südlichen Victorialand zu erwähnen. Dieses sehr kalte und öde Land, das von eisigen und trockenen Stürmen gepeitscht wird, entspricht wahrscheinlich am ehesten den Verhältnissen auf dem Mars. Das Land weist keinerlei Zeichen von Leben auf. Trotzdem gibt es hier Leben, allerdings nur im Innern des Gesteins.

In mikroskopisch kleinen Hohlräumen bilden winzige Lebewesen reichhaltige Gemeinschaften. Diese endolithische Lebensweise findet man nur bei Mikroorganismen, also Bakterien und Archaeen und einigen Flechten.

Endolithische_Verrucaria
Endolithische Flechte© CC BY-SA

Endolithe leben meist lithotroph und gewinnen ihre zum Leben notwendige Energie aus der Umwandlung anorganischer Verbindungen, zum Beispiel aus Schwefel-, Eisen– und Manganverbindungen, aber auch aus Uran–  und Arsen-Mineralen. Es existieren zudem phototrophe, also Photosynthese betreibende Endolithe. Dies ist kein Widerspruch, denn Sonnenlicht kann in bestimmten Gesteinen bis zu mehreren Millimetern tief eindringen. Besonders Quarzkristalle z. B. im Granit oder Sandstein ermöglichen eine Photosynthese. Die häufigsten phototrophen Endolithe sind einige Flechten, aber auch Cyanobakterien wie Chroococcidiopsis. In der obersten Gesteinsschicht sind die Mikroorganismen an eine hohe Lichtintensität angepasst, während die darunter befindlichen in tiefer Dunkelheit bleiben.

chroococcidiopsis
Das Cyanobakterium Chroococcidiopsis thermalis

Wie können Lebewesen in einer so extremen und lebensfeindlichen Umgebung, wie sie die antarktische Wüste darstellt, überleben? Der Schlüssel ist die Sonne, welche das Gestein bis auf Temperaturen über dem Gefrierpunkt erwärmt. Der Zeitraum des aktiven Lebens beschränkt sich dann allerdings auf wenige Stunden pro Tag in der wärmsten Zeit des Sommers; in der übrigen Zeit sind die Organismen eingefroren und untätig.

Es gibt Anzeichen dafür, dass in der frühen Geschichte des Mars Wasser und vielleicht sogar eine Atmosphäre vorhanden waren. So ist auch denkbar, dass während dieser Zeit primitives Leben auftrat. Später, als der Mars sein Wasser und seine Atmosphäre verlor, könnten sich die Organismen in mikroskopisch kleine Räume innerhalb des Gesteins verzogen haben. Wenn dies der Fall gewesen wäre, hätten diese Mikroorganismen Spuren hinterlassen.

Die heute in der antarktischen Wüste vorkommenden Lebewesen könnten ein Modell für den Mars sein.