DFG-RFBR Projekt "Einfluss von Vergletscherung, Permafrost und tektonischen Bedingungen auf die Ausbreitung von Radionukliden im Fernfeld eines Tiefenlagers nach einem potenziellen Schadensfall"
Unter den bisher in Betracht gezogenen Lösungen für die Entsorgung langlebiger radioaktiver Abfälle wird die geologische Tiefenlagerung international als die sicherste und technisch machbarste Option angesehen. Ein geeigneter Standort ist dabei in einer hydrogeologischen Umgebung zu wählen, die ausreichend sichere natürliche Bedingungen für die Isolation der Radionuklide von der Hydro- und Biosphäre über sehr lange Zeiträume (bis zu 1 Ma) bietet.
Über einen solch langen Zeitraum werden jedoch externe Faktoren (z.B. Klimaveränderung) und intrinsische Beckeneigenschaften (z.B. Tektonik), hier als veränderte Bedingungen bezeichnet, den hydrologischen (H), thermischen (T), mechanischen (M) und chemischen (C) Zustand des gesamten Systems beeinflussen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen der sich ändernden Bedingungen auf die Mobilisierung und das Transportverhalten von Radionukliden im Fernfeld besser zu verstehen, um die am besten geeigneten Tiefenlager für die Endlagerung von radioaktiven Abfällen auszuwählen.
Multiphysikalische Simulationsumgebungen sind leistungsfähige Werkzeuge für die gekoppelte Analyse von Grundwasserströmung (H), Wärmetransport (T) sowie geochemischen Reaktionen (C) in einem sich deformierenden Festkörper (M). Diese gekoppelten numerischen THM-C-Modelle ermöglichen Sicherheitsanalysen verschiedener Teilsysteme eines geologischen Tiefenlagers auf verschiedenen Skalen. Die Anzahl der Studien, die sich bisher der Fernfeldentwicklung um ein Tiefenlager unter den oben aufgeführten sich ändernden Bedingungen gewidmet haben, ist jedoch begrenzt.
Das Projekt "INFRA" (NA1528/2-1 und MA4450/5-1; 2020-2022) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Russischen Stiftung für Grundlagenforschung (RFBR) hat zum Ziel, die Auswirkungen (i) der Vergletscherung, (ii) des Permafrosts und (iii) tektonischer Ereignisse auf die gekoppelten Phänomene zu untersuchen, die den großräumigen Grundwasserfluss in der Nähe hypothetischer Endlager steuern. Zu diesem Zweck wird die quelloffene Simulationsumgebung OpenGeoSys [1,2] unter Verwendung verfügbarer Daten aus ausgewählten Gebieten der Standortregion Jenisseiski in Russland [3] eingesetzt.
Obwohl der Kontext dieser Studie im Zusammenhang mit Fragen der nuklearen Entsorgung steht, werden die Ergebnisse von INFRA für viele andere Gebiete der Geowissenschaften von Interesse sein, die sich mit großräumigen Simulationen gekoppelter Prozesse unter transienten Randbedingungen befassen.
[1] Kolditz, O., Bauer, S., Bilke, L., Böttcher, N., Delfs, J. O., Fischer, T., … Zehner, B. (2012). OpenGeoSys: an open-source initiative for numerical simulation of thermo-hydro-mechanical/chemical (THM/C) processes in porous media. Environmental Earth Sciences, 67(2), 589–599. https://doi.org/10.1007/s12665-012-1546-x
[2] Bilke, L., Flemisch, B., Kalbacher, T., Kolditz, O., Helmig, R., & Nagel, T. (2019). Development of Open-Source Porous Media Simulators: Principles and Experiences. Transport in Porous Media, 130(1), 337–361. https://doi.org/10.1007/s11242-019-01310-1.
[3] Laverov, N., Yudintsev, S., Kochkin, B., Malkovsky V. (2016). The Russian Strategy of using Crystalline Rock as a Repository for Nuclear Waste. Elements, 12(4), 253–256. https://doi: 10.2113/gselements.12.4.253
(i) Cap-rock failure due to seismic events (but also slower tectonic processes)
(ii) focused flow escapes from the aquifer (driving forces, flow field?)
(iii) flow-induced fractures propagate generating a heterogeneous porosity-permeability field
(iv) Changing climate/permafrost impacts
Aus: Magri, Nagel, Liebscher, Malkovsky. EGU2020-17712.
PIs
PD Dr. Fabien Magri, Freie Universität Berlin und Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE)
Prof. Dr. Thomas Nagel, TU Bergakademie Freiberg
Prof. Dr. Victor Malkovsky, Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences
Weiteres zu INFRA:
Projektvorstellung auf der Homepage des BASE
DFG-RFBR project "Impacts of glaciation, permafrost and tectonic conditions on far-field radionuclide evolution following a potential repository failure case"
Among the considered solutions to date, the most secure, technically feasible and internationally accepted solution for the safe management of Radioactive Waste (RW) is burial in deep host rock units, also referred to as disposal in a deep geological repository (DGR). For this purpose, it is mandatory to select a site in a hydrogeological setting which provides sufficiently safe natural conditions for waste isolation from groundwater flow over long time periods (up to 1 Ma).
However, over such a long time period, external factors (e.g. climate change) and intrinsic basin features (e.g. tectonics), here referred to as changing conditions, will impact the hydrological (H), thermal (T), mechanical (M) and chemical (C) state of the entire system. Therefore, it is crucial to better understand the impacts of changing conditions on far-field radionuclide mobilization and behavior in order to select the most suitable DGR for RW disposal.
Multiphysics simulators offer powerful tools that couple groundwater flow (H), transport of heat (T), as well as geochemical reactions (C) in a deforming solid framework (M). These coupled THM-C numerical models can provide evaluations for performance and safety assessment of a DGR at different scales. However, a limited number of studies so far addressed the far-field evolution of radionuclides under the changing conditions listed above.
The newly funded German Science Foundation (DFG) and the Russian Foundation for Basic Research (RFBR) project “INFRA” (NA1528/2-1 and MA4450/5-1; 2020-2022) aims to investigate the impacts of (i) glaciation, (ii) permafrost and (iii) tectonic events on the coupled phenomena that control large-scale groundwater flow near hypothetical waste repositories. For this purpose, the open-source simulator OpenGeoSys [1,2] will be applied using available data from selected areas of the Yeniseisky Site in Russia [3].
Though the context of this study is related to RW issues, the outcomes of INFRA will be of interest for any field of geosciences that deals with large-scale simulations of coupled processes under transient boundary conditions.
[1] Kolditz, O., Bauer, S., Bilke, L., Böttcher, N., Delfs, J. O., Fischer, T., … Zehner, B. (2012). OpenGeoSys: an open-source initiative for numerical simulation of thermo-hydro-mechanical/chemical (THM/C) processes in porous media. Environmental Earth Sciences, 67(2), 589–599. https://doi.org/10.1007/s12665-012-1546-x
[2] Bilke, L., Flemisch, B., Kalbacher, T., Kolditz, O., Helmig, R., & Nagel, T. (2019). Development of Open-Source Porous Media Simulators: Principles and Experiences. Transport in Porous Media, 130(1), 337–361. https://doi.org/10.1007/s11242-019-01310-1.
[3] Laverov, N., Yudintsev, S., Kochkin, B., Malkovsky V. (2016). The Russian Strategy of using Crystalline Rock as a Repository for Nuclear Waste. Elements, 12(4), 253–256. https://doi: 10.2113/gselements.12.4.253
(i) Cap-rock failure due to seismic events (but also slower tectonic processes)
(ii) focused flow escapes from the aquifer (driving forces, flow field?)
(iii) flow-induced fractures propagate generating a heterogeneous porosity-permeability field
(iv) Changing climate/permafrost impacts
From: Aus: Magri, Nagel, Liebscher, Malkovsky. EGU2020-17712.
PIs
PD Dr. Fabien Magri, Freie Universität Berlin and Federal Office for the Safety of Nuclear Waste Management (BASE)
Prof. Dr. Thomas Nagel, TU Bergakademie Freiberg
Prof. Dr. Victor Malkovsky, Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences