28. Dezember 2011, 11:31

Es grummelt, vibriert, wackelt. Es hallt noch lange nach. Staubwolken steigen auf. Dann kommen die Laster. Die steile Straße hinabgefahren, in halsbrecherischem Tempo und mit dutzenden Tonnen Schutt auf dem Buckel. Und obwohl ich hier, in einem Tagebau pflichtgemäß einen gelben Baustellenhelm trage: er könnte mich kaum retten vor dem Ungetüm. Denn aus dem zwei Meter hohen Führerhaus sind heraumlaufende Geologiestudenten nun wirklich kein Hindernis.

Ein Tagebau durchpflügt die Landschaft (Karl Urban, CC-BY-SA 3.0 DE)

Meine erste Erfahrung in einem Tagebau war befremdlich, seltsam. Eine eigene Welt, die wenig mit unserer zu tun haben scheint. Die Gewalt, mit der Fels zertrümmert wird, mit der er dann samt seiner wertvollen Mineralfracht verladen und später zu feinem Staub zermahlen wird. Der große Anteil nutzloser Abfall (Blindgestein), der einfach auf der Halde landet. Der tiefe Tümpel des Tagebaus, der sich irgendwo, dutzende Meter tief abzeichnet, während sich die Sprengmeister schneckenförmig darum ins Gestein arbeiten.

Keiner will sie, alle brauchen sie

Auf der Liste besonders ungeliebter Industrieanlagen kommen sie sicher direkt nach Atomkraftwerken, Chemiefabriken und Urknallmaschinen: diese Bergwerke. Sie sind laut und dreckig, verschandeln die Landschaft (oder zerstören sie gar völlig) - und sie ziehen noch gründlichere Umweltverschmutzer nach sich: Denn seit der Urgeschichte folgt die Verarbeitung von Metallerzen dem gleichen Prinzip: Das Erz zerbrechen, zermahlen, sortieren und wertvolle Bestandteile dann herauslösen. Das macht viel Dreck, wenn konzentrierte Schwefelsäure fürs Extrahieren der Metalle benötigt wird, um dann in den nächsten Fluss geleitet zu werden. Und das kostet viel Energie, wenn das Metall erst noch erschmolzen werden muss: Über ein Zehntel des weltweiten Energieverbrauchs verantwortet die Bergbauindustrie heute, dazu indirekt 13 Prozent der SO2-Emissionen [1].

Kultur ohne Bergbau?

Bergbau, das ist seit der Urgeschichte der Garant für Wohlstand, nein: Der Garant für jegliche Form menschlicher Kultur. Schon die primitivsten Entwicklungsstufen – die Sesshaftwerdung (Ackerbau ohne Metallwerkzeuge?), die Kupfer-, Bronze-, Eisenzeit: Jedes Mal konnten Menschen der Erde ein neues Metall mit besseren Eigenschaften abringen. Oder ein neues metallurgisches Verfahren brachte überlegene Eigenschaften und schließlich Technologien hervor.

Die sieben Metalle der frühsten Geschichte waren noch leicht zu gewinnen: Gold, Silber, Eisen, Quecksilber, Zinn, Blei und Kupfer. Sie kommen entweder gediegen vor (also in elementarer Reinform) oder lassen sich (wie bei Zinn und Blei) aufgrund ihres vergleichsweise kleinen Schmelzpunkts leicht aus dem Erz herausschmelzen.

Und die technologische Entwicklung nahm ihren Lauf und mit ihr die kulturelle. Etwa bei den Büchern:

Lettern erfand Johannes Gutenberg zu seiner Druckerpresse gleich dazu: Der gelernte Goldschmied mischte in die Metalllegierung neben Zink (senkt den Schmelzpunkt) und Blei auch das Metall Antimonit, um die sonst viel zu weiche Legierung zusätzlich zu härten.

Später kamen Metalle dazu, die fast nie gediegen vorkommen, sondern in „Erden“, also in chemischen Verbindungen im Gestein und bis dahin unbekannt waren. Aluminium gehört dazu, das nach seiner Entdeckung 1808 bald zu einem der wichtigsten Werkstoffe wurde. Ohne ein so leichtes und doch festes Material hätte es kaum eine aufstrebene Luft- und Raumfahrt gegeben.

Dazu gehört auch Lithium, das nach seiner ersten reinen Gewinnung 1818 zunächst ein Nischendasein als Schmiermittel fristete, bis es zur Herstellung von Tritium für die ersten Wasserstoffbomben gebraucht wurde – und im 21. Jahrhundert für Energiespeicher und die Fusionsforschung immer wichtiger wird.

Nun scheint es ja so, dass wir mit Vollgas auf eine Mauer zurasen. Die technische Entwicklung erfordert immer exotischere Metalle: Eisen macht immerhin 0,6 Prozent der Erdkruste aus. Bei für Windräder und Festplatten wichtigen Neodym sind es nur 0,00003 Prozent - und das steckt heute in allen Festplatten und Windrädern. Die statistische statische Reichweite vieler wichtiger Metalle ist jedoch extrem gering: Für Blei bei 21 Jahren, für Kupfer bei 32 Jahren, für Zink bei 23 Jahren.

Die Anzahl der Jahre sagt allerdings nicht viel: Denn statische Reichweite steht nur für die aktuell wirtschaftlich förderbare Menge aller Reserven geteilt wird durch die jährliche Produktion aller Bergwerke der Welt. Und hier fangen die Probleme an: Die Produktion schwankt – ebenso wie die Zahl der wirtschaftlich förderbaren Reserven. Wenn der Weltmarkt mehr von Metall X verlangt, wird es knapper. Sein Preis steigt und plötzlich lohnt es sich, viel ärmere Metallerze aus dem Berg herauzuholen – und die wirtschaftlich förderbare Menge aller Resourcen steigt. Oder ein wachsender Preis schafft einen Anreiz, neue Abbautechniken zu entwickeln - und der Rohstoffpreis sinkt. - Tatsächlich gibt es für die meisten Rohstoffe keinerlei Zusammenhang zwischen der jährlichen Förderrate und der statischen Reichweiten:

Kupfer: Weltweite "wirtschaftlich förderbare" Reserven und reale Förderung (BMWi/RWI/BGR, 2006)

Und dann gibt es da noch ein Problem, denn der Verbrauch von Metallen wird gerne mal mit dem von Erdöl verglichen. Aber Metalle werden ja nicht verbrannt, sondern es gibt sie auch nach ihrem Verbrauch: Kupfer in Leitungen, Stahl in Brückenpfeilern und Schienen. Warum versuchen wir also nicht, einfach alles zur recyceln, bevor wir alles einfach nur auf die Halde werfen? Könnten wir uns dann die ungeliebten Bergwerke nicht vom Hals halten?

Leider nicht: Der globale Konsum aller wichtigen Industriemetalle nimmt seit vielen Jahrzehnten ständig zu. Selbst wenn wir also alles recyceln würden: Es würde niemals reichen, den Weltbedarf an Stahl, Kupfer oder Neodym zu decken.

Aber Recycling ist natürlich ein Weg, den Bedarf an neuen Bergwerken zu verringern. Und das wird auch gemacht, was ein Blick in die Bleistatistik der USA zeigt. Zwar ist Blei eines der ersten kulturell nutzbar gemachten Metalle – aber es ist zeitgleich und bis heute ein wichtiges Industriemetall, dessen Bedarf vor allem die Bedürfnisse der Automobilindustrie (Bleiakkus) nachzeichnet:

US-Blei-Statistik (Karl Urban/USGS 2010: gemeinfrei)

Der US-Bedarf stieg also über die vergangenen 100 Jahre ständig an (rote Kurve). Primäres (also im Land abgebautes) Blei wurde währenddessen aber immer unwichtiger (blau) und auch  Bleiimporte blieben auf niedrigem Niveau stabil (grün). Dagegen scheint das sekundäre Blei (überwiegend aus Recycling: violett) fast vollständig den ständigen Mehrbedarf beinahe alleine zu bestreiten.

Meine selbst zusammengereimte Erklärung dafür ist simpel: Blei aus Autobatterien lässt sich vergleichsweise leicht recyceln. Und es gibt ein organisiertes Rücknahmesystem für Autos, wodurch beinahe kein Blei aus dem System verloren gehen kann. Was nebenbei gesagt auch aus ökologischen Gründen Sinn macht.

Ist Blei also vielleicht ein Modellrohostoff, der zeigt, dass wir zu einer nachhaltigeren Rohstoffversorgung kommen können? Vielleicht. Denn leider wird die Frage, ob sich Recycling lohnt, zuerst über den Preis entschieden. Was sich bei Autobatterien lohnt, muss sich noch lange nicht bei seltenen Erd-Elementen in meinem Smartphone lohnen. Gleichzeitig wird der Hunger nach Metallen vorerst weiter anhalten: Für Elektronik, Fahrzeuge und vor allem für die Energieinfrastruktur von morgen, die solche Rohstoffe verbannen soll, die wir wirklich niemals recyceln können: Kohle, Erdöl und Erdgas.

[1] A. Whitmore: The emperors new clothes: Sustainable mining? Journal of Cleaner Production 14, 3-4 (2006), DOI: 10.1016/j.jclepro.2004.10.005

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09. Dezember 2011, 11:49

Immer, wenn ich versehentlich einem Klimaskeptiker über die Schulter schaue, zieht sich mein Geologenherz kräftig zusammen. Denn einerseits wird da bestritten, dass die winzigkleinen Klimagasmengen des Menschen etwas ausrichten könnten gegen das übergroße und stabile Klimasystem des Planeten. Zum anderen wird da geglaubt, das Klima sei am siebten Tag fertiggebaut gewesen und seitdem lebten alle von Gott geschaffenen Wesen im Garten Eden. Und spätestens setzt mein Geologenherz gänzlich aus und ich brülle mit letzter Kraft: Habt ihr ne Ahnung!

Die Erde während des letzten glazialen Maximums (Nichtgeologen sagen: Eiszeit) vor rund 20.000 Jahren (Ittiz, Wikimedia Commons, CC-BY-SA 3.0 unported)

Es macht tick und tack!

Aber der Reihe nach. Am Anfang war: ein Mann. Er hieß Jean Louis Rodolphe Agassiz, hatte Medizin studiert und wurde - vielleicht weil ihn in jungen Jahren Humboldt getriezt hatte - durch die Schriften altvorderer Geologen ein wenig hellhörig (zu diesen gehörte ein gewisser Johann Wolfgang von Goethe, der bei uns Geologen durchaus als veritabler Naturforscher anerkannt ist). Agassiz wurde hellhörig, denn die Kollegen beschrieben Findlinge, große erratische Blöcke, die von den Alpengletschern zurückgelassen wurden, nachdem sie von den Eismassen über Kilometer mitgeschleift wurden. Diese Blöcke nun gab es nicht nur im direkten Umkreis der Gletscher, sondern auch hunderte Kilometer entfernt, überall im Schweizer und süddeutschen Alpenvorland.

All das sah Agassiz und ihm kam eine revolutionäre Idee: In der Erdgeschichte muss es Eiszeiten gegeben haben. Nicht nur eine, sondern eine ganze Reihe von ihnen: Gigantische Eiskappen bedeckten die Kontinente, weite Teile Nordamerikas, Skandinaviens und Sibiriens. Und verschwanden wieder. Und kehrten zurück. Und verschwanden. Und so weiter.

Dieses Wechselspiel ging über die letzten Millionen Jahre, so viel wissen wir heute. Mehr noch: Die längste Zeit war es eher kalt und vergletschert, während alle paar zehntausend Jahre eine längere Warmzeit einsetzte. Kalt- und Warmzeit schienen chaotisch aufzutreten, willkürlich, ohne Regel.

Das Uhrwerk verstanden

Dann kam ein weiterer Mann. Der Kroate Milutin Milankovich hatte in Wien Tiefbau studiert und besaß vielleicht deshalb ein ausreichend mechanistisches Weltbild und ein Gespür für Geologie. Vor allem aber beschäftigte er sich ausgiebig mit allen astronomischen und mathematischen Werken, denen er habhaft werden konnte. Danach führte er im Handstreich zwei Fachgebiete zusammen, die bis dahin nur wenig gemein gehabt hatten: Die Welt der Planeten und Sterne mit der von kommenden und gehenden Gletschermassen auf der Erde.

Im Jahr 1941 erschien eine Zusammenfassung von Milankovichs Erkenntnissen, die einen Blick in ein kosmisches Uhrwerk erlaubte: Astronomen hatten zuvor erkannt, dass die Erde auf ihrer Bahn nicht völlig stabil läuft. Langsam wabert etwa die Ellipse um die Sonne, wird mal breiter, um sich dann wieder stärker einer perfekteren Kreisbahn anzunähern (die Exzentrizität der Erdbahn). Langsam verschiebt auch sich die irdische Rotationsachse gegenüber der Bahnebene (Schiefe der Erdrotationsachse gegenüber der Ekliptik). Zuletzt kreiselt die Rotationsachse der Erde wie ein trudelnder Brummkreisel (Präzession der Erdrotationsachse).

All das passiert langsam, alle 100.000 Jahre (Exzentrizität), 40.000 Jahre (Rotationsachsen-Schiefe) und 20.000 Jahre (Präzession). Für Geologen aber sind das durchaus Zeiträume, die man auch in Sedimentschichten wiederfinden kann, um sie verschiedenen Klimabedingungen zuzurechnen. Und in der Tat: Milankovichs Zyklen fanden sich erstaunlich gut im scheinbar chaotischen Wechselspiel von Kalt- und Warmzeiten wieder.

Die Milankovich-Zyklen und Sonnenaktivität ergeben erstaunlich gut das Muster von Warm- und Kaltzeiten der jüngeren Erdgeschichte. (SAE1962 / Wikimedia Commons)

Wie genau die schwankenden Bahnparameter unseres Planeten das Klima beeinflussen, ist schnell erklärt:

• Die Exzentrizität beeinflusst, wie viel mehr Energie die Erde zwischen dem sonnennächsten (Perihel) und sonnenfernsten Punkt (Aphel) auf ihrer Bahn einfängt. Aktuell beträgt der Unterschied gut sieben Prozent - vor gut 200.000 Jahren waren es aber beinahe 30 Prozent [1].
• Die Schiefe der Erdrotationsachse schwankt um ganze zwei Grad (!). Eine geringere Neigung bewirkt, dass die Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter abnehmen. In nördlichen Gefilden steht die Sonne im Winter flacher („sie kommt nicht so weit hoch“). Dadurch können sich dann eher große Eisschilde ausbilden.
• Die Präzession ist etwas schwieriger vorstellbar: Sie beeinflusst ebenfalls, wie hoch die Sonne zur Sonnenwende steht. Gleichzeitig bewirkt die Präzession der gesamten Bahnebene (der sogenannten Apsidendrehung, der zweiten Komponente der Präzession), dass Sommer und Winter unterschiedlich lang sind. Derzeit dauern etwa die Sommer der nördlichen Hemisphäre acht Tage länger als die Winter. Das ist gut so, immerhin befindet sich im Norden der Großteil der Landmassen, die deutlich mehr Sonnenwärme absorbieren, als die Wassermassen im Süden.

Milankovichs Theorie entbehrt einer gewissen Schönheit nicht, immerhin gelang es damit, die meisten Klimaschwankungen seit dem späten Pleistozän (rund der letzten Million Jahre) zu erklären. Dennoch gibt es ein paar Schönheitsfehler, die vor allem damit zu tun haben, wie stark das Klima auf die schwankenden Parameter reagiert (meist etwas zu heftig, als es allein mit schwankender Sonneneinstrahlung zu erklären).

Ein weiterer Schönheitsfehler konnte jetzt zumindest ausgebügelt werden: Denn die Kreiselbewegung der Präzession in gut 20.000 Jahren ist für Geologen schon ein Problem. Um Gesteinsschichten zu datieren (etwa mir radiometrischen Methoden), ergeben Messfehler, die in diesem Bereich liegen. So war es bisher kaum möglich, die Rolle der Präzession im Klimageschehen wirklich nachzuweisen. - Obwohl sie aus astronomischen Überlegungen heraus klar einen Effekt haben müsste.

Dafür hat Peter Huybers von der Havard University jetzt einen neuen Anlauf genommen, indem er vor allem andere statistische Methoden verwendete [2]. Insgesamt gab es zuvor über 30 Modelle, die das versucht hatten und unter denen sich keines hervortat, den Einfluss der Präzession schlüssig nachzuweisen. Huybers kommt dagegen zu einem klaren Schluss: Immer wenn sich die Schiefe der Erdrotationsachse und die Präzession konstruktiv überlagerten (und dabei dem Norden gebührend eingeheizt wurde), verließ der Planet seine globale Eisstarre und es brach eine neue Warmzeit an.

Wie wir die Uhr aufziehen

Und wie geht es weiter? Da wir die Mechanik des Sonnensystem hinreichend verstanden haben, lässt sich die Zukunft hier ein Stück weit vorhersagen: Die Erde befindet sich derzeit am Ende eine Kaltzeit. Streng genommen herrscht sie sogar noch vor, denn die Pole sind weiterhin vereist (was sich für eine brutzelige Warmzeit einfach nicht gehört). Aber genau dorthin geht die Reise: Die Sonneneinstrahlung in der Nordhemisphäre wird über die nächsten 25.000 Jahre weiter zunehmen. Die nächste wirkliche Kaltzeit wird dagegen noch mindestens 50.000 Jahre auf sich warten lassen, andere Autoren vermuten sogar 130.000 Jahre oder 620.000 Jahre.

Allerdings gibt es durchaus gigantisch große Unbekannte in dieser Rechnung, die ja nur die irdischen Bahnparameter berücksichtigt. Neben der Sonnenaktivität ist das der menschgemachte Treibhauseffekt und die Frage, wie weit er die Klimabedingungen weiter verändern wird. Und wie schnell es brutzelig warm wird.

[1] Bradley, R.: Paleaclimatology, Academic Press, 1999

[2] P. Huybers: Combined obliquity and precession pacing of late Pleistocene deglaciations, Nature 480, 10626 (2011), DOI: 10.1038/nature10626

 

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17. November 2011, 10:13

Chaos, das ist etwas Wirres, durcheinander Geworfenes. Oder etwas hoch Komplexes - nein: Das würde ja bedeuten, dass eine höhere Ordnung dahinter steht, die wir nur nicht begreifen. Was ist aber, wenn keine höhere Macht verantwortlich ist für das Chaos?

Chaos, ein griechischer Wortstamm, der für den „unendlichen leere Raum, die gestaltlose Urmasse“ steht, ist also eigentlich zutiefst unnatürlich, ein theoretisches Konstrukt der Mythologie aus grauen Vorzeiten. Eine Bergschlucht mit dem griechischen Namen χάος sei gar vergleichbar mit der Schlucht Ginnungagap im nordischen Sagenbuch Edda. Diese Schlucht durchteilte das Land zwischen dem südlichen Feuerreich und der eisigen Welt im Norden.

Nun, genug in den Gefilden des Sprachlogs gewildert. Denn Schluchten und Chaos, das sind auch Themen für den Planetengeologen. Chaos, das steht etwa auf dem Mars für völlig durcheinander geratene Gebiete, durchzogen von Furchen, Rissen und wenigen, seltsam versprengten Tafelbergen. Wie genau die marsianischen Chaosregionen entstanden, ist bislang nicht ganz verstanden. Raumsonden haben hier immerhin viele Anzeichen für Wasser gefunden, darunter das Mineral Hämatit und Phyllosilikate, aber auch Offensichtliches wie Ablaufkanäle.

Conamara Chaos auf dem Jupitermond Europa (NASA / Galileo / Lunar and Planetary Institute)

Noch mehr Chaos findet sich etwas weiter draußen im Sonnensystem, auf dem Jupitermond Europa. Wir erinnern uns: Europa, ein silikatischer und damit erdartiger Mond, der umgeben ist von einer zehn Kilometer mächtigen Eisschicht, unter der die Gezeitenkräfte wärmespendende Vulkane und einen flüssigen Ozean unterhalten. Eine Welt also, auf dem die wichtigsten Voraussetzungen für Leben vorherrschen: flüssiges Wasser und eine Energiequelle. Das Problem: Zehn Kilometer Eis sind nicht eben leicht zu durchbohren.

US-Geophysiker haben jetzt allerdings eine Hintertür gefunden in die aquatische Unterwelt Europas – Chaosregionen. Sie bedecken gut 40 Prozent der Mondoberfläche und machen ihrem Namen alle Ehre. Es sind zirkulär geformte Gebiete, hunderte bis tausend Kilometer im Durchmesser. In ihnen liegen riesige Eisschollen, die teilweise gedreht und gekippt wurden. Sie scheinen in einer Matrix aus Eis zu schwimmen, die reich ist an Verunreingigungen und die offenbar deutlich jünger ist als der Rest der Oberfläche. Doch in geschmolzenem Wasser schwimmen die Eisberge nicht wirklich, immerhin besitzt Europa keine Atmosphäre. Unter so extremen Druckbedingungen – also im Beinahe-Vakuum – kann flüssiges Wasser nicht stabil sein.


Die Forscher um Britney Schmidt von der University of Texas in Austin haben sich nun ein Modell überlegt, wie diese Chaosregionen entstanden sein könnten. Es gelingt ihnen dabei, die Topografie gleich mehrerer Gebilde zu erklären – denn auf Europa gibt es verschiedene Ausprägungen des Chaos. Manche ragen als Hügelkette über ihre Umgebung hinaus, andere befinden sich in Senken. All das ist laut Britney Schmidt und ihren Kollegen erklärbar – durch riesige ständig aufsteigende Eisdiapire und (das freut jetzt die Astrobiologen) flüssige Schmelzwasserlinsen.

Demnach wird oberhalb des vulkanisch erwärmten Ozeans auch das Eis an der Basis von Europas Eispanzer erwärmt und beginnt durch seine geringere Dichte pilzförmig aufzusteigen. Langsam steigt der Druck über dem Eisdiapir und der Eispanzer erreicht irgendwann seinen Druckschmelzpunkt, wodurch die Schmelzwasserlinse entsteht und die Oberfläche darüber lokal absinkt. Oberhalb der Linse kann das Eis naturgemäß aber nur spröde auf Verformungen reagieren, wodurch nun lange Klüfte zwischen einzelnen Eisschollen entstehen, die an kalbende Eisberge irdischer Gletscher erinnern. Schließlich beginnt das Wasser der Schmelzwasserlinse erneut zu frieren, was Teile der Eisschollen anhebt und aus der vormaligen Senke hervortretende Hügelketten bildet.

Das Ganze klingt spannend: Eine vorsichtige Schätzung der Geophysiker kommt auf 20.000 bis 60.000 Kubikkilometer Frischwasser, das sich allein unter dem recht kleinen Thera Macula bewegt (das Äquivalent aller Great Lakes Nordamerikas – oder der Ostsee). Und dieses Wasser liegt nicht zehn Kilometer tief unter dem Eis – wie Europas Ozean – sondern nur schlappe drei Kilometer – wenn das Modell so stimmt. Diverse antarktische Bohrungen wie der Vostokkern gehen deutlich tiefer und sind damit zumindest auf der Erde technisch machbar.

B. E. Schmidt et al.: Active formation of ‘chaos terrain’ over shallow subsurface water on Europa, Nature 479, 7373 (2011), DOI: 10.1038/nature10608

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18. Oktober 2011, 19:43

Wir Geologen haben ja ein etwas gespaltenes Verhältnis zur Frage, ob es ein wirklich sicheres Endlager für lange radioaktiv strahlenden Abfall geben kann.

Man muss nur zugucken, wie die Natur das hinbekommt, schrieb Gunnar neulich in seinem Blog nebenan. Er verwies auf den natürlichen Atomreaktor Oklo im Gabun, in dem vor rund zwei Milliarden Jahren für lange Zeit Urankerne gespalten wurden, ganz ähnlich wie in unseren heutigen Atomkraftwerken. Und wo viele radioaktive Spaltprodukte entstanden, die im großen und ganzen in ihrem tiefen Reservoir blieben.

Der Trend geht zum leicht zugänglichen Endlager? (CC-NC-SA 2.0 interperspective)

Heute erschien ein spannender Denkanstoß in der faz, der ebenfalls den Blick eines Geologen enthält, wenn auch mit anderem Resultat. Autor ist Gregor Markl, Professor für Petrologie an der Uni Tübingen*. Er sinniert darüber, dass wir gedanklich in Zwischen- und Endlager unterscheiden. Doch das ergibt überhaupt keinen Sinn, denkt man in geologischen Zeiträumen:

„... denn ein Endlager in dem Sinne, dass man dort die Abfälle "für immer" so einlagern könnte, dass der Mensch nie wieder etwas von ihnen bemerkt, ist utopisch.“

Warum? Markl schreibt, dass das kaum zu realisieren sei, was Politiker und Gesellschaft von Geologen erwarteten: vorherzusagen nämlich, welche geologischen Prozesse rund um das Endlager in den kommenden 100.000 Jahren ablaufen werden. Mit wirklicher Sicherheit ist das nicht möglich:

„Natürlich nicht, denn ehrlich gesagt wissen auch wir Geowissenschaftler nicht einmal, was in 200 Jahren passieren wird. Wird ein verheerendes Erdbeben in Mitteleuropa zu Zerstörungen führen? Wird das Klima so gänzlich anders sein, dass der gesamte oberflächennahe Wasserkreislauf anders sein wird als heute?“

Deswegen schlägt Markl einen etwas pragmatischeren Ansatz vor: Wir sollten rational (und das heißt natürlich geologisch rational) denken und einfach jedes erdenkliche unterirdische Lager mit einbeziehen, das drei simple Kriterien erfüllt. Es muss a) den strahlenden Müll von uns fernhalten, b) groß genug sein für Müll und die Wartung der Anlage und c) militärisch gesichert werden können.

Und unter diesen Kriterien ist es nun beinahe völlig wurscht, welches Wirtsgestein dieses Lager beherbergt, ob Salz, Ton, Granit oder Gneis. Und solche alten Stollen gibt es an sehr vielen Orten in Deutschland.

Die (heutige) Asse fiele übrigens nicht unter diese Kriterien.

* Ich schätze Gregor Markl sehr, weil ich die intensivesten Vorlesungsstunden meines Grundstudiums bei ihm verbringen durfte. Er hat die Eigenschaft, die Namen aller Studienanfänger (wir waren knapp hundert) auswendig zu können und immer denjenigen mit Fragen zu löchern, der gerade am wenigsten aufpasst.

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19. September 2011, 12:35

Das Kochrezept ist ganz einfach: Man nehme eine große öffentlichkeitswirksame Veranstaltung wie einen Tag der offenen Tür. Man lade neben der interessierten breiten Masse auch einen elitären Kreis von Onlinegeeks dazu, sagen wir besonders aktive Twitternutzer. Man sperre diesen Personenkreis in ein Zelt, das man mit schnellem Internet, genügend Stromdosen und Notlade-Kurbeln für Smartphones bestücke. Und man biete diesem elitären Zirkel ein außergewöhnliches Programm.

So geschehen gestern auf dem Tag der Luft- und Raumfahrt. Geladen hatten die deutschen und europäischen Organisationen DLR und ESA in Köln. Zum ersten SpaceTweetup des Kontinents erschienen 60 raumfahrtaffine Tweeps aus 13 Ländern. Und sie twitterten ihre Erfahrungen beinahe im Sekundentakt nach draußen, knapp 8.500 Tweets in wenigen Stunden, 140 Tweets pro Person, dazu Blogeinträge und Livevideos.

Für mich als angehenden Wissenschaftsjournalisten war dieser Tweetup ein großartiges Erlebnis, weil er so viel erfrischender war als vergleichbare Presseveranstaltungen. Die halten DLR und ESA natürlich weiterhin für die traditionellen Medien ab. Dabei kommen vielleicht 40 Kollegen zusammen, setzen sich brav mit gespitzten Bleistiften ins Auditorium und lassen sich von den Experteninterviews auf der Bühne bespaßen. Für die angereisten Fernsehteams ist oft noch ein bisschen Show dabei, etwa ein britischer Kometenbäcker. Am Ende darf jeder die anwesenden Wissenschaftler (und natürlich auch den Kometenbäcker) interviewen, bevor es zurück in die Redaktion geht, wo man das Material für die geneigte Leserschaft aufbereitet.

Auf dem gestrigen Tweetup waren nun auch ein paar Journalisten dabei, der größte Teil der Tweeps waren dagegen Raumfahrtjunkies, Spacegeeks, Astrofans und Astronautengroupies. Regelmäßig betraten Raumfahrttechniker und Raumfahrer das Zelt, beantworteten Fragen und mischten sich unter die SpaceTweeps, die jedes Wort mit offenen Mündern (und geladenen Twitterapps) verfolgten.

Die morgendlichen Tweets der Organisatoren deuten darauf hin, dass man sehr zufrieden mit dem Tweetup ist, auch weil man das Gefühl hatte, endlich mal wieder viele Menschen zu erreichen und über die Steuergeld-finanzierte Arbeit großer Forschungseinrichtungen zu informieren. Warum gibt es noch keinen Max-Planck-Tweetup, keinen LHC-, Teilchen-, Biotechnik-Tweetup? Dabei kann es die Reichweite der sozialen Medien doch offenbar längst mit der traditioneller Medien aufnehmen.



Dennoch bleibt ein leicht fahler Beigeschmack: Sind Astronautengroupies ein wirklich adäquater Ersatz für kritische Journalisten? Würde ihnen jemals ein negatives Wort über die Lippen kommen, wo sie die Gastgeber doch mit WLAN, Smartphone-Ladekurbeln und jeder Menge Astronauten ruhig gestellt haben?

Ich denke schon. Denn das Meinungsspektrum hat durch den Vormarsch sozialer Medien ja nicht ab-, sondern zugenommen. Die Tweeps sind anders als geladene Journalisten nicht Redaktionen, Verlagshäusern und kommerziellen Interessen verpflichtet, sondern nur ihren Followern, Lesern und Hörern. Darüber hinaus muss es weiterhin kritische Journalisten geben: Sie dürfen auf Pressekonferenzen und Tweetups gehen. Ihre Aufgabe wird aber immer spezieller. Sie müssen noch tiefer graben, recherchieren und aufdecken.

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03. September 2011, 13:22

Damit konnte nun wirklich niemand rechnen. Am 24. August startet ein Progressfrachter ins All, um die Raumstation zu versorgen. Völlige Routine. Aber die Rakete versagt - und stürzt ab. Der Progressfrachter geht verloren - das erste mal nach über hundert erfolgreichen Flügen. Die Raumstation verliert 2,7 Tonnen Nachschub, was sie gerade gut verkraften kann. Aber der Absturz behindert nun weitere Flüge bemannter Sojus-Kapseln, denn sie verwenden dieselbe Oberstufe wie Progress. Das ist problematisch, weil nach dem Ende der Shuttleflüge nur noch russische Sojus-Kapseln zur Station fliegen können. Konnten. Und die Besatzung muss die Station spätestens im November verlassen, ohne dass eine Ablösung starten könnte.

ISS nach dem Start des europäischen Columbus-Labors im März 2008 (NASA)

Für viele ist die Situation an Dramatik kaum zu überbieten – und wurde nur durch einen vergleichsweise kleinen Fehlschlag ausgelöst. Verwunderlich eigentlich, ist doch die Raumstation ein Gemeinschaftsprojekt von 16 Nationen. Eine vielleicht ab November unbesetzte Station klingt irgendwie nach worst case, nach Raumstation Mir kurz vor dem finalen Platscher in den Pazifik. Mit dem Unterschied, dass es hier um ein Hightech-Labor geht, dass gerade erst für gut hundert Milliarden Euro aufgebaut wurde.

Und jetzt: Platsch und weg?

Vorausgeschickt sei: Russland ist derzeit der einzige Akteur, der Menschen zur Station transportiert. Und natürlich ist es für die wohl teuerste internationale Großforschungseinrichtung dramatisch, alleine von der Infrastruktur eines Partnerstaats abhängig zu sein. Die russische Raumfahrt ist tatsächlich in einer wachsenden Krise, was Eugen Reichl alarmiert - doch sehr unterhaltsam - erläutert.

Dennoch waren viele Reaktionen hemmungslos überzogen. Am 24. August stürzte Progress irgendwo in der Region Altai ins Buschland. Noch am selben Abend verkündet Spiegel Online, der Sojus-Unfall stürze die Raumfahrt in die Krise. In dem Artikel wird sogar DLR-Chef Johann-Dietrich Wörner zitiert, der eine internationale Untersuchung fordert. - Man stelle sich vor, Russland hätte sich nach dem Absturz der Columbia aufgedrängt, beim Auswerten der Shuttletrümmer zu helfen.

Am Montag dann tritt ein besorgter Michael Suffredini vor die US-Presse, ISS-Manager bei der NASA. Er spricht sehr nüchtern über die Optionen. Die russische Untersuchungskommission gebe ihr Bestes. Aber man müsse sich darauf einstellen, dass die Station ab November für einige Zeit unbesetzt sei. Wenn die Russen die Fehlerursache nicht in den Griff bekommen. Wenn. Doch auf hartnäckiges Bohren einiger Journalisten hin, äußert sich Suffredini dann auch über Risiken einer völlig evakuierten Station.

"There is a greater risk of losing ISS if it were unmanned than if it were manned. [...] The risk increase is not insignificant."

Ich mag dem nüchtern und äußerst professionell agierenden Suffredini hier keinen Vorwurf machen. Er antwortete nur ehrlich auf hartnäckige Fragen - in so einer Situation wohl PR-strategisch die beste Reaktion. Aber Suffredini spricht von evacuation. Ein Begriff, den auch die deutschen Medien aufgreifen werden.

Denn Evakuierung klingt offenbar für viele wieder vertraut nach Raumstation Mir in ihren letzten Jahren - Alarm, Feuer, Katastrophen. In den USA gebe es „bereits Überlegungen, die Station völlig aufzugeben“, heißt es prompt in der Süddeutschen Zeitung. So, als ob Astro- und Kosmonauten sofort in ihre Rettungsboote springen und es noch nicht mal schaffen, die Fenster zuzumachen.

Nein, eine Evakuierung wird das nicht. Die Raumfahrer werden die Station schon eher sehr gründlich auf die Zeit ohne Besatzung vorbereiten. Sie werden zusätzliche Kühlsysteme installieren, die Schotten zwischen den Modulen schließen und die automatische Annäherung neuer Frachtschiffe vorbereiten. Und danach werden Techniker in den Kontrollräumen von Amerika, Russland, Japan oder Deutschland die ISS sehr genau im Auge behalten.

In diesem Zustand wäre die Station deutlich besser auf Unwägbarkeiten vorbereitet, als bei einer wirklichen Evakuierung, mit der die Raumfahrer rechnen, seit am 2. November 2001 die erste Langzeitbesatzung an Bord ging. Weltraumschrott, solare Strahlungsausbrüche oder klassische Fehlfunktionen kritischer Systeme können immer auftreten.

Die sofortige Evakuierung war daher immer eine Option bei diesem Unterfangen. Eine omnipräsente sogar.

So ist es und wird es auch bleiben. Doch der kriselnden russischen Raumfahrt zum Trotz ist Räumung der Station weiter nur eine Option. Die Fehlerursache des Sojus-Absturzes scheint bereits isoliert. Die Vorbereitungen für zwei unbemannte Testflüge laufen. Vielleicht kann im Oktober bereits die nächste Langzeitbesatzung starten.

Henning Krause vom DLR twitterte diese Woche: "Weltraum is kein Ponyhof." Und das macht Raumfahrt doch auch erst so spannend.

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03. August 2011, 22:50

Die Vision

1. Sie geben ein technisches oder gesellschaftliches Leitbild vor, an dem sich viele orientieren.
2. Sie beanspruchen mit einer für uns alle besseren Welt aufzuwarten, ohne Leid, Unrecht, Krieg, Atommüll oder Volksmusik.
3. Visionen brauchen keine Machbarkeitsstudie! Sie geben ein Idealbild vor, das gar nicht zwingend erreichbar sein muss. - Es muss lediglich den Anschein erwecken, man könne irgendwann dorthin gelangen.

1. Sie können völlig unrealistisch sein.
2. Sie können völlig realistisch sein.
3. Sie haben immer ein Haltbarkeitsdatum.

Gibt es heute weniger Visionen? In diesem Sinne: Gute Nacht, liebes Internet!

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24. Mai 2011, 17:25

Es ist ein Bild, dass sich hartnäckig in unseren Köpfen hält: Aus Vulkanen kommt flüssige Lava an die Oberfläche. Ergo ist das Erdinnere geschmolzen. Stimmts? Nur zum Teil: Eigentlich ist nur ein winziger Teil der Erde ist flüssig. Völlig geschmolzen ist ausschließlich der äußere Erdkern (knapp 15% des Planetenvolumens), während innerer Kern, Mantel und Erdkruste fast ausschließlich aus festen Mineralen bestehen.

Der irdische Vulkanismus entsteht jedoch in der Erdkruste, tausende Kilometer oberhalb des brodelnd-flüssigen Außenkerns. Dass Gestein hier oben überhaupt flüssig wird, liegt vor allem am Wasser, das etwa in Form von hydrierten Mineralen wie Amphibolen oder Glimmern über Subduktionszonen in die Tiefe gebracht wird. Durch chemische Reaktionen freigesetzt, senkt es den Schmelzpunkt des Gesteins ab, so dass lokal Magma nach oben steigen kann.

Doch kommen wir zum Bild in unseren Köpfen zurück, sagen wir dieses hier aus der Schule:

(Bild: USGS / gemeinfrei)

Man sieht Kontinentalplatten, die auf einer orangenen Schicht gleiten, sich gegenseitig über- und unterpflügen oder aneinander schaben. Diese orangene Schicht heißt Asthenosphäre und ist die Schmierschicht für die starren, kühlen tektonischen Platten. Sie schmiert aber nicht etwa, weil sie völlig geschmolzen ist, sondern weil sie im Vergleich weniger starr ist. Das ist sie, weil sie zu rund 1% geschmolzen ist. Das klingt wenig für eine gleißend orangene Schicht, oder?

Nun sind Bilder in Köpfen relativ hartnäckig, besonders wenn sie so schön griffig sind wie... ein schwappender Magma-Ozean:



Hinter der Meldung verbirgt sich eine aktuelle Science-Veröffentlichung [1] über den jupiternächsten Trabanten Io, dem die mächtige Gravitation des Gasriesen stark zusetzt. Ähnlich wie der Gezeitenberg der irdischen Ozeane hebt sich Oberfläche von Io bei jedem Umlauf um über 100 Meter. Dabei wird Ios Kruste so stark gestaucht und gedehnt, dass viele Vulkane wüten. Sie brechen häufig aus, so dass sie schon bei einem der ersten Vorbeiflüge einer Raumsonde dabei beobachtet wurden: Die Legende erzählt, dass die Kollegen von Linda Morabito 1979 längst das erfolgreiche Manöver von Voyager 1 feierten, während sie eher durch Zufall die Fontäne auf Ios Oberfläche entdeckte. Man stelle sich einen solchen Zufall auf der Erde vor: Die Sterne müssen schon sehr günstig stehen, um aus dem Orbit zufällig einen Vulkanausbruch zu beobachten.

Voyager 2 blickt zurück auf Io (Bild: NASA / gemeinfrei)

Während der Galileo-Mission erhärtete sich dann, dass Io den aktivsten Vulkanismus des Sonnensystems besitzt. Und anders als die Wassergeysire von Enceladus oder die vermuteten Methanschleudern von Titan gibt es auf Io richtigen Vulkanismus aus silikatischer Magma, wie wir ihn aus der Schule kennen (streng genommen sind die Lavas sogar noch etwas heißer als auf der Erde).

Um etwas über Ios Inneres zu lernen, verwendete Krishan Khurana nun magnetische Daten, die Galileo um 2001 gesammelt hatte. Der Mond fliegt ständig durch das Magnetfeld des Jupiters, das auf Wolkenhöhe rund 20 mal stärker ist als das der Erde. Es ist daher ein ideales Hilfsmittel, Himmelskörper in der Nähe auf ihre auf ihre Eigenschaften zu untersuchen. Dringen die Magnetfeldlinien nämlich in den Mond ein und treffen auf eine leitende Schicht, kommt es zur elektromagnetischen Induktion und das von der Sonde gemessene Feld verändert sich kurzfristig.

Eben das haben Krishan Khurana und seine Kollegen getan und einen schwappenden Ozean gefunden [2]? Beinahe: Ihre Messwerte verglichen sie mit den magnetischen Eigenschaften von Lherzoliten, ein Gestein, das auch in der irdischen Asthenosphäre zu finden ist und dem das Krustengestein Ios wohl am nächsten kommt. Sie versuchten nun denkbare Computermodelle vom inneren Aufbau des Mondes mit ihren Messwerten abzugleichen und fanden heraus, dass ein bestimmtes Modell besonders gut passte: Darin sitzt eine rund 50 Kilometer mächtige Schicht in Ios Asthenosphäre, die zu 20% geschmolzen ist. Jules Verne wäre sicher enttäuscht.

Nun sollten wir dieses Modell nicht leichtfertig für bahre Münze nehmen oder gar darüber nachdenken, Professor Otto Lidenbrock und seinen Gehilfen Axel in die Tiefe zu schicken. Nicht etwa, weil in einem zu 20 Prozent geschmolzenen Ozean kaum hollywoodtaugliche Aufnahmen zu erwarten sind: Ersteinmal müssen neue Raumsonden mit den gleichen oder neuen Messmethoden erkunden, ob das Modell von Krishan Khurana überhaupt stimmt.

Wenn dem so ist, müsste sich Ios Asthenosphäre äußerst plastisch verhalten. Denn eine überwiegend feste Gesteinsschicht kann sich durchaus plastisch verhalten, was schon die irdische Schmierschicht zeigt. So eine Schicht ist auch notwendig, um den enormen Wärmetransport zu bewerkstelligen, der sich durch die Gezeitenreibung aufbaut.

[1] Khurana, K. et al.: Evidence of a Global Magma Ocean in Io's interor, Science 2011

[2] Der gebashte SPON-Autor schreibt übrigens völlig korrekt von einer teilgeschmolzenen Gesteinsschicht. Nur seine Überschrift ist etwas zu plastisch geraten.

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22. Mai 2011, 12:25

Wie sich der neue Gletscherlauf entwickelt, hängt von vielen Faktoren ab, etwa der Stärke der Eruption und der Geometrie des Beckens, das die Wassermassen entweder schwallartig oder kontinuierlicher ins Vorland ablenkt. Das Jökulhlaup dürfte aber aber bald beginnen. Isländischen Geophysikern zufolge ist die Eruption immerhin die stärkste in den letzten 100 Jahren. Nachtrag, 15:45 Uhr: Offenbar klingt die Eruption bereits ab. Auch dürfte die erwartete Gletscherflut schwächer ausfallen als die von 1996, weil in den letzten Jahren einiges Wasser aus der subglazialen Caldera gesickert ist.

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13. April 2011, 13:15

 

(selbst geschossen, CC-BY-SA 3.0 DE) 

Es ist taz-Kongress in Berlin, wahrscheinlich Raucherpause. Ranga Yogeshwar steht in großer Runde vor dem Eingang. Wie immer: Besorgte Fragen über Kernenergie und Fukushima. Er kennt sie. Es ist, als stünde er vor der TV-Kamera. Er redet ruhig, verständlich und nachvollziehbar. Wie in Quarks und Co. und in letzter Zeit häufiger: In den Tagesthemen. Er redet auch hier über Energiekonzerne, die nicht alle böse sind, auch wenn sie nur wenig in Erneuerbare investieren. Er warnt vor hysterischen Reaktionen auf den GAU, die viel größere Opferzahlen mit sich brächten. Platte Schlussfolgerungen über Atomkraft liegen ihm fern. Er war ja selbst Wissenschaftler. Und doch ist seine Haltung klar.

„Wir müssen uns von den Träumen unserer Väter und Großväter verabschieden. Gehen Sie einen Moment lang zurück, [in die] 60er Jahre: Haarsprays mit FCKW; da wurden tonnenweise Chemiereste im Meer verklappt; es gab null Sensibilität. [...] Die Generation meiner Eltern hatte einfach das Gefühl - nicht böswillig. Die dachten: Toll, wir machen Kernfusion, wir machen das, das funktioniert auf ewig. Das war ein Denken, das nicht so sehr an die Konsequenzen erinnerte. Anfang der 80er Jahre hatten wir eine große Diskussion an den Universitäten, dass Wissenschaftler anfangen müssen, über die Konsequenzen ihres Handelns nachzudenken. Das ist neu, das ist gar nicht so alt.“

Der technische Fortschritt wird unsere Probleme schon lösen. Die Kernenergie wird Energie so günstig machen, dass wir keine Stromzähler mehr brauchen. Der Spaceshuttle wird Raumflüge unglaublich billig machen. Und die Titanic war unsinkbar: Warum haben wir nicht längst aus den Versprechen der Ingenieure gelernt? Warum glauben wir noch immer, die Kernfusion wird in 50 Jahren all unsere Energieprobleme lösen? Und warum arbeiten wir nicht weiter mit der Kernkraft - es gibt doch schon inhärent sichere Reaktoren!

„Katastrophensichere AKWs bleiben möglich. Physikalisch gesehen. Aber sie werden wohl für immer nur eine Möglichkeit bleiben. Denn Physik ist nicht Technik. Abstrakt ist nicht konkret.“

Zeitautor Gero von Randow war mal für Kernenergie. Er schreibt jetzt frustriert, desillusioniert. Viele alte Probleme sind noch immer nicht gelöst. Obwohl das möglich wäre. Es sind eben Unternehmen. Sie wollen keine inhärent sicheren Reaktoren, sondern erst einmal Gewinn machen, das diktiert die Marktwirtschaft. Der Staat muss die Grenzen aufzeigen. Aber ist sofortiges Abschalten die Lösung?

"Der vorgezogene Atomausstieg wird zu einer weiteren Verteuerung der inländischen Strompreise führen, die sich auch wegen staatlicher Abgaben international auf Spitzenniveau bewegen. Zu einer Wende in der Energiepolitik gehört deshalb mehr, als Windräder und Photovoltaikanlagen aufzustellen."

Das ist die Logik der Energiekonzerne, welche der FAZ-Kommentator hier wiedergibt. Sie wollen am Ball bleiben. Ranga Yogeshwar sagt "die können nur groß". Große Kraftwerke. Sie sind heute alle nicht mehr richtig beliebt. Auch die Kohlekraftwerke nicht. Erst wegen Schwefel- und Stickoxiden. Dagegen gab es Filter. Jetzt wegen CO2. Dagegen gibt es Carbon Capture and Storage (CCS). Das Klimagas wird ins Gestein gepresst. Ob es da bleibt, wird noch erforscht. 300 bis 10.000 Jahre wären gut, sagt der Gesetzgeber. Aber nur 30 Jahre haften die Konzerne. Danach haften wir alle.

Versprochen, CCS ist in zehn Jahren verfügbar. Aber die Technik wird die Strompreise erhöhen und den Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken weiter verschlechtern. Und die Klimagase werden nur zwischengelagert. Wir können heute Kernreaktoren bauen, in denen ein GAU wie in Fukushima unmöglich ist. Aber der Atommüll wird die Generationen belasten. In Belgien entsteht derzeit eine Anlage für Transmutation, die ihn vielleicht reduzieren kann. Doch wichtiger Geldgeber ist der Steuerzahler.

Und Tepco wird bald verstaatlicht.

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