In das ehemalige Salzbergwerk Schachtanlage Asse II bei Wolfenbüttel (siehe Kurzfassung Führböter et al.) fließen seit 1988 gesättigte Salzlösungen aus dem Deckgebirge zu. Im Rahmen der hydrogeologischen Standortüberwachung werden die Grundwässer und Salzlösungen im triassischen Deckgebirge und der Lösungszutritt in die Schachtanlage untersucht. Seit 2008 sind auch verschiedene natürliche Radionuklide der Uran- und Thorium-Zerfallsreihen Teil des Untersuchungsprogramms.

Im Folgenden stehen die natürlichen Radionuklide des Radiums (Ra-224, Ra-226, Ra-228) sowie Radon (Rn-222) im Vordergrund: Aus dem Verständnis der Prozesse, die ihre Genese und ihren Transport bestimmen, können Erkenntnisse (a) zum hydrogeologische Systemverständnis der Asse im Allgemeinen und (b) speziell zur Herkunft des Lösungszutritts abgeleitet werden.

Ra-226 und Rn-222 sind Teil der Uran-238-Zerfallsreihe, während Ra-228 und Ra-224 zur Thorium-232-Zerfallsreihe gehört (siehe Abbildung). Die Mutternuklide (Ra-226: 1600 a; Ra-228: 5,75 a) weisen jeweils eine bedeutend längere Halbwertzeit auf als die Tochternuklide (Rn-222: 3,82 d; Ra-224: 2,63 d). Die Massenkonzentration dieser Radionuklide ist so gering, dass sie i.d.R. nur gammaspektroskopisch durch ihre Aktivität bestimmt werden können. Die wesentlichen Prozesse zur Genese und zum Transport der natürlichen Radionuklide in Lösungen sind (i) Verwitterung, (ii) alpha-Rückstoß aus dem Zerfall von Uran- und Thoriumnukliden in Gesteinen des Deckgebirges (das Zechsteinsalinar ist i.d.R. nahezu frei von diesen Nukliden), (iii) Sorption und Ausfällung sowie (iv) Produktion und Zerfall.

Innerhalb oberflächennaher Gebirgsbereiche der Asse sind die Aktivitätskonzentrationen (AKZ) der natürlichen Radionuklide in den Grundwässern i.d.R. sehr gering (<Nachweisgrenze oder etwas darüber), was in erster Linie durch die starke Sorption bei den chemisch-physikalischen Bedingungen und der geringen Mineralisierung der Wässer bedingt ist.

In tieferen Bereichen des Deckgebirges (>300 m u. GOK) zeigen die Lösungen, bedingt durch die geringe Sorption bei den dort hoch mineralisierten Lösungen, tendenziell höhere AKZ der natürlichen Radionuklide, wobei:

1. im Unteren Muschelkalk die hohe AKZ von Ra-226 (bis 12.7 Bq/l) bei tiefen Ra-228/Ra-226-Verhältnissen, die typische Zusammensetzung (Th-arm, U-reich) der Kalksteine widerspiegelt und
2. im Buntsandstein die moderat hohe AKZ des Ra-228 und tiefere AKZ des Ra-226 (hohes Ra-228/Ra-226), die Th-reiche Gesteinszusammensetzung reflektiert. Die AKZ-Verhältnisse der Tochter- zu Mutternukliden (z.B. Ra-224/Ra-228) sind hier oft nahezu ausgeglichen, was für ein sog. Dauergleichgewicht spricht (stationäre Bedingungen).

Am Lösungszutritt in der Schachtanlage zeigen sich moderat hohe AKZ der langlebigen Radionuklide, wobei die AKZ von Ra-226 etwas unter der des Ra-228 liegt. Damit ist ihre Radionuklidsignatur gut vergleichbar zum Buntsandstein im Deckgebirge, schließt aber eine signifikante Zumischung von Lösung aus dem Muschelkalk aus. Dahingegen sind die kurzlebigen Radionuklide (Ra-224, Rn-222) erhöht, was ein markantes Ungleichgewicht der Verhältnisse Tochter-/Mutternuklid bedingt. Dies deutet auf eine schnelle Lösungsbewegung im Deckgebirge unterhalb des Salzspiegels (~Jahre) und eine kurze Aufenthaltszeit im Zechsteinsalinar (~Tage–Wochen).

Bildunterschrift: Systematik der wesentlichen Prozesse beim Transport der natürlichen Radionuklide in Lösung entlang der U-238- und Th-232-Zerfallsreihe.