Ressortforschungsberichte zur kerntechnischen Sicherheit ... - DORIS

Ressortforschungsberichte zur
kerntechnischen Sicherheit und
zum Strahlenschutz
Fachliche Unterstützung des BfS bei der Erstellung von
Referenzbiosphärenmodellen für den radiologischen
Langzeitsicherheitsnachweis von Endlagern - Biosphären-
Szenarioanalyse für potentielle Endlagerstandorte
- Vorhaben 3609S50004
Bd. 3 Konzeptuelle Modelle für die physikalische Biosphäre in
den Referenzregionen in Nord- und Süddeutschland für
mögliche zukünftige Klimazustände
Auftragnehmer:
Gesellschaft für Anlagen und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, Köln
F. Van Dorp
C. Fahrenholz
U. Noseck
Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
(BMU) und im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS) durchgeführt.

Dieser Band enthält einen Ergebnisbericht eines vom Bundesamt für Strahlenschutz im
Rahmen der Ressortforschung des BMU (UFOPLAN) in Auftrag gegebenen
Untersuchungsvorhabens. Verantwortlich für den Inhalt sind allein die Autoren. Das BfS
übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und Vollständigkeit der Angaben
sowie die Beachtung privater Rechte Dritter. Der Auftraggeber behält sich alle Rechte vor.
Insbesondere darf dieser Bericht nur mit seiner Zustimmung ganz oder teilweise vervielfältigt
werden.
Der Bericht gibt die Auffassung und Meinung des Auftragnehmers wieder und muss nicht mit
der des BfS übereinstimmen.
BfS-RESFOR-77/13-Bd.3
Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende URN:
urn:nbn:de: 0221-2013041110504
Salzgitter, April 2013

Gesellschaft für Anlagen
und Reaktorsicherheit
(GRS) mbH
Fachliche Unterstützung
des BfS bei der Erstellung
von Referenzbiosphärenmodellen
für den radiologischen
Langzeitsicherheitsnachweis
von Endlagern
– Biosphären-
Szenarioanalyse für potentielle
Endlagerstandorte
AP 4, 5 und 6: Konzeptuelle
Modelle für die physikalische
Biosphäre in den Referenzregionen
in Nord- und
Süddeutschland für mögliche
zukünftige Klimazustände
GRS – A – 3645

Gesellschaft für Anlagen
und Reaktorsicherheit
(GRS) mbH
Fachliche Unterstützung des
BfS bei der Erstellung von
Referenzbiosphärenmodellen
für den radiologischen Langzeitsicherheitsnachweis
von
Endlagern – Biosphären-
Szenarioanalyse für potentielle
Endlagerstandorte
AP 4, 5 und 6: Konzeptuelle
Modelle für die physikalische
Biosphäre in den Referenzregionen
in Nord- und Süddeutschland
für mögliche zukünftige
Klimazustände
F. Van Dorp
C. Fahrenholz
U. Noseck
Auftrags-Nr. 3609S50004
Braunschweig, den 15. Februar 2012
Anmerkung:
…………………
…………………
Dieser Bericht ist von der GRS
im Auftrag des Bundesamtes für
Strahlenschutz (BfS) im Rahmen
des Vorhabens 3609S50004 erstellt
worden. Der Auftraggeber
behält sich alle Rechte vor. Insbesondere
darf dieser Bericht
nur mit seiner Zustimmung zitiert,
ganz oder teilweise vervielfältigt
bzw. Dritten zugänglich
gemacht werden.
Der Bericht gibt die Auffassung
und Meinung des Auftragnehmers
wieder und muss nicht mit
der Meinung des Auftraggebers
übereinstimmen.
GRS - A - 3645

Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Aufgabenstellung ................................................................................................... 1
2 Heutige Situation ........................................................................................................................... 5
2.1 Vorhandene Naturräume ............................................................................................................ 5
2.2 Warmgemäßigtes Klima (Cfb)..................................................................................................... 8
2.2.1 Geomorphologie ................................................................................................................... 11
2.2.2 Hydrologie/Hydrogeologie ................................................................................................... 11
2.2.3 Böden .................................................................................................................................... 12
2.2.4 Vegetation ............................................................................................................................ 14
2.2.5 Wasser- und Sedimenttransport .......................................................................................... 14
2.2.6 Bewirtschaftung .................................................................................................................... 15
2.2.7 Eintrag von Kontamination ................................................................................................... 15
3 Zu erwartende Klimaentwicklung und mögliche Folgen .............................................................. 15
3.1 Abzuleitende Klimazustände und Klimaübergänge ................................................................... 15
3.2 Mögliche Einflüsse der Klimaentwicklung auf die Naturräume ................................................ 27
3.3 Möglicher Einfluss der diskreten Klimazustände ....................................................................... 27
3.3.1 Sommertrockenen Mittelbreiten (CS) .................................................................................. 27
3.3.1.1 Klima ............................................................................................................................ 27
3.3.1.2 Geomorphologie/Naturräume ..................................................................................... 28
3.3.1.3 Hydrogeologie .............................................................................................................. 28
3.3.1.4 Hydrologie .................................................................................................................... 28
3.3.1.5 Böden ........................................................................................................................... 29
3.3.1.6 Vegetation ................................................................................................................... 29
3.3.1.7 Wasser- und Sedimenttransport.................................................................................. 29
3.3.1.8 Bewirtschaftung ........................................................................................................... 30
3.3.1.9 Eintrag von Kontamination .......................................................................................... 30
3.3.2 Kaltgemäßigtes Klima Dfc ..................................................................................................... 30
3.3.2.1 Klima ............................................................................................................................ 30
3.3.2.2 Geomorphologie/Naturräume ..................................................................................... 30
3.3.2.3 Hydrologie .................................................................................................................... 31
3.3.2.4 Hydrogeologie .............................................................................................................. 32
3.3.2.5 Böden ........................................................................................................................... 32
3.3.2.6 Vegetation ................................................................................................................... 33
I

3.3.2.7 Wasser- und Sedimenttransport.................................................................................. 33
3.3.2.8 Bewirtschaftung/Nahrungsbeschaffung ...................................................................... 34
3.3.2.9 Eintrag von Kontamination .......................................................................................... 34
3.3.3 Subpolares Klima ET ............................................................................................................. 35
3.3.3.1 Klima ............................................................................................................................ 35
3.3.3.2 Geomorphologie/Naturräume ..................................................................................... 35
3.3.3.3 Hydrologie .................................................................................................................... 36
3.3.3.4 Hydrogeologie .............................................................................................................. 38
3.3.3.5 Böden ........................................................................................................................... 38
3.3.3.6 Vegetation ................................................................................................................... 39
3.3.3.7 Wasser- und Sedimenttransport.................................................................................. 39
3.3.3.8 Bewirtschaftung/Nahrungsbeschaffung ...................................................................... 40
3.3.3.9 Eintrag von Kontamination .......................................................................................... 40
3.3.4 Polares Klima (EF) ................................................................................................................. 40
3.3.4.1 Klima ............................................................................................................................ 40
3.3.4.2 Geomorphologie/Naturräume ..................................................................................... 40
3.3.4.3 Hydrogeologie .............................................................................................................. 41
3.3.4.4 Hydrologie .................................................................................................................... 41
3.3.4.5 Böden ........................................................................................................................... 41
3.3.4.6 Vegetation ................................................................................................................... 41
3.3.4.7 Wasser- /Sedimenttransport ....................................................................................... 41
3.3.4.8 Bewirtschaftung/Nahrungsbeschaffung ...................................................................... 41
3.3.4.9 Eintrag Kontamination ................................................................................................. 42
3.3.5 Wintertrockene Mittelbreiten (CW) ..................................................................................... 42
3.3.6 Fazit zu diskreten Klimazuständen ....................................................................................... 42
3.4 Klima-Übergänge ...................................................................................................................... 43
3.4.1 Erwärmung vom Cfb- zum CS-Klima mit Anhebung des Meeresspiegels ............................. 43
3.4.1.1 Nehrung und Delta....................................................................................................... 44
3.4.1.2 Moor ............................................................................................................................ 46
3.4.1.3 Marsch ......................................................................................................................... 48
3.4.2 Abkühlung vom CS-, CW-Klima zum Cfb-Klima ..................................................................... 50
3.4.3 Abkühlung vom Cfb- über das Dfc-/ET- bis zum EF-Klima .................................................... 51
3.4.4 Erwärmung vom EF- über das ET-, Dfc- bis zum Cfb-Klima ................................................... 52
3.4.4.1 Löss .............................................................................................................................. 53
3.4.5 Fazit zu Klimaübergängen ..................................................................................................... 53
II

4 Konzeptuelle Modelle für die physikalische Biosphäre ................................................................ 54
4.1 Kompartimentmodell für die physikalische Biosphäre .............................................................. 54
4.1.1 Wasser- und Stoffflüsse in den einzelnen Kompartimenten ................................................ 56
4.1.2 Kontamination der Nahrungsmittel ...................................................................................... 58
4.1.3 Kontamination des Menschen .............................................................................................. 58
4.1.4 Die Radionuklidkonzentration beeinflussende Prozesse ...................................................... 59
4.2 Konzeptuelle Biosphärenmodelle .............................................................................................. 62
4.2.1 Diskrete Klimazustände ........................................................................................................ 62
4.2.1.1 Warmgemäßigtes Klima (Cfb, heute) ........................................................................... 62
4.2.1.2 Winter- und Sommertrockenen Mittelbreiten (CW / CS) ............................................ 69
4.2.1.3 Kaltgemäßigtes und Subpolares Klima (Dfc / ET) ......................................................... 73
4.2.2 Klima-Übergänge .................................................................................................................. 79
4.2.2.1 Marsch ......................................................................................................................... 80
4.2.2.2 Löss .............................................................................................................................. 81
4.2.2.3 Moor ............................................................................................................................ 82
4.2.3 Gesondert betrachtete Biosphäre-Szenarien ....................................................................... 83
4.2.3.1 Viehwirtschaft .............................................................................................................. 83
4.2.3.2 Rentierwirtschaft ......................................................................................................... 84
4.2.3.3 Quelle ........................................................................................................................... 85
5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen ................................................................................ 86
5.1 Zusammenfassung der Vorschläge für die Modellierung .......................................................... 86
5.2 Ungewissheiten ......................................................................................................................... 89
5.2.1 Zukünftige Entwicklung des Klimas und Auswirkung auf die Referenzregionen .................. 90
5.2.2 Klimagesteuerte Prozesse in der physikalischen Biosphäre ................................................. 91
5.2.3 Zukünftige Entwicklung der menschlichen Gewohnheiten .................................................. 92
6 Literatur ...................................................................................................................................... 94
III

1 Einleitung und Aufgabenstellung
Bei der Endlagerung wärmeentwickelnder Abfälle in geologischen Formationen ist ein
Langzeitsicherheitsnachweis für den Endlagerstandort zu führen. In diesem Nachweis
ist darzulegen, welche radiologischen Belastungen für Mensch und Umwelt bei einer
Freisetzung von Radionukliden in die Biosphäre auftreten können. Die Sicherheitsanforderungen
für die Endlagerung wärmeentwickelnder Abfälle /BMU 10/ empfehlen,
dass für die in einem Nachweiszeitraum von 1 Million Jahre nicht auszuschließenden,
natürlichen Entwicklungen an einem Endlagerstandort realitätsnahe Berechnungen der
potentiellen Strahlenbelastungen durchzuführen sind, um den Schutz von Menschen
und Umwelt beurteilen zu können. In einem solch langen Zeitraum können sich sowohl
die natürlichen Bedingungen, insbesondere die Geologie, die Hydrologie und das Klima,
als auch die Lebensbedingungen der Menschen an einem Endlagerstandort ändern.
Infolge dessen verändern sich auch die Eigenschaften und Prozesse in der Biosphäre,
die die Migration und Exposition von Radionukliden beeinflussen.
Potentielle Strahlenbelastungen für Menschen und Umwelt können daher nicht allein
auf Grundlage der gegenwärtigen Bedingungen ermittelt werden, es bedarf Analysen
der geologischen und klimatischen Veränderungen sowie der daraus resultierenden
Auswirkungen auf die Ökosysteme (Biosphäre) und auf die Migration und Exposition
von Radionukliden. Aufgrund dessen sollen einfache stilisierte Ökosysteme – so genannte
Referenzbiosphären, siehe /BIO 03/ und /KIR 09/ – für die zukünftigen Klimate
entwickelt werden, die die relevante Eigenschaften und Prozesse der Ökosysteme an
einem Endlagerstandort einfach und modellhaft abbilden und eine Berechnung der
Migration und Exposition von Radionukliden ermöglichen.
Im Rahmen des Vorhabens 3609S50004 sollen Referenzbiosphären für den radiologischen
Langzeitsicherheitsnachweis von Endlagern in Deutschland erstellt werden. Ein
Teilprojekt des Vorhabens – die Szenarienanalyse der physikalischen Biosphäre für
potenzielle Endlagerstandorte in Deutschland – wird von der GRS Braunschweig und
ihren Projektpartnern durchgeführt. In Bezug auf die Struktur eines in der Langzeitsicherheitsanalyse
betrachteten Endlagersystems schließen die hier durchgeführten Arbeiten
einerseits direkt an den Radionuklidtransport in der Geosphäre an. Andererseits
sind der Endpunkt dieser Arbeiten konzeptuelle Modelle für die physikalische Biosphäre,
die die Grundlager zur Berechnung von Radionuklid-Konzentrationen in Böden und
Bodenwässern bilden. Eine Dosisberechnung ist nicht Inhalt der hier beschriebenen
1

Arbeiten sondern wird im Rahmen des Teilprojekts „Modellierung des Radionuklidtransports
in Biosphärenobjekten“ behandelt.
Das hier beschriebene Teilprojekt ist wie folgt strukturiert:
AP1: Auswahl geeigneter Referenzregionen,
AP2: Standortspezifische Analysen der physikalische Biosphäre im Quartär,
AP3: Standortspezifische Analysen der Expositionspfade im Quartär,
AP4: Prognose der zukünftigen Entwicklung in der physikalischen Biosphäre,
AP5: Prognose der zukünftigen Entwicklung von expositionsrelevanten Prozessen und
Szenarien,
AP6: Entwicklung standortspezifischer Biosphärenmodelle,
Erstellen des Abschlussberichts
Die Arbeiten zu AP1 bis AP3 sind bereits abgeschlossen und die Ergebnisse in Zwischenberichten
dokumentiert, siehe /FOE 09/ und /FAH 10/.
In AP1 wurde die aktuelle Situation bezüglich der Standortauswahl in Deutschland analysiert.
Im Ergebnis wurden geeignete Regionen in Nord- und in Süddeutschland als
Referenzregionen für die Biosphären-Szenarienanalyse vorgeschlagen /FOE 09/. In
Abstimmung mit dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) wurde daraufhin festgelegt,
dass für Norddeutschland die beiden vorgeschlagenen Referenzregionen „Weser“ und
„Elbe“ in die nachfolgenden Arbeiten einbezogen werden und daraus – wenn möglich –
eine generische Referenzregion für Norddeutschland entwickelt wird. Für Süddeutschland
soll die vorgeschlagene Referenzregion „Ulm“ weiter untersucht werden.
Im AP2 wurde für die drei Referenzregionen eine Naturraumanalyse durchgeführt
/FAH 10/. Es wurden die geowissenschaftlichen und klimatischen Gegebenheiten in
der Gegenwart und in der Vergangenheit (Quartär) analysiert. Im Ergebnis wurden die
für die physikalische Biosphäre charakteristischen Merkmale, Ereignisse und Prozesse
(FEP 1 ) beschrieben, FEP-Listen erstellt und repräsentative Naturräume (Ökosysteme)
identifiziert. Für die modellhafte Abbildung der Biosphäre(n) und des Stoffaustausches
in der Biosphäre und mit der Umgebung wurden einfache (stilisierte) Modelle entwickelt.
1 FEP: engl. features, events and processes
2

Im AP3 wurden auf der Basis der gegenwärtigen Naturraumanalysen die potentiellen
Expositionspfade für die Referenzregionen ermittelt und beschrieben /FAH 10/. Dazu
wurden auch die gegenwärtigen Lebensgewohnheiten und die Besiedlungsstrukturen
betrachtet und der potentielle Radionuklidtransfer in der Nahrungskette analysiert.
In dem hier vorliegenden Bericht werden die Untersuchungen von AP4, AP5 und AP6
dokumentiert. Gegenstand der Untersuchung ist zunächst die Beschreibung von Klimaszenarien,
die innerhalb der nächsten eine Million Jahre für Deutschland vorstellbar
sind. Dabei werden sowohl die durchlaufenen diskreten Klimazustände als auch die
Klimaübergänge betrachtet. Die Entwicklung im Quartär wird dabei als Referenzentwicklung
zugrunde gelegt. Zusätzlich werden die Ergebnisse von Modellrechnungen internationaler
Projekte, wie z. B. BIOCLIM (/BIO 01a/, /BIO 01b/), und nationaler Studien,
wie z. B. /CED 04/, /AVI 06/, /BRE 08/ in die Überlegungen einbezogen. Dabei
wird insbesondere auf Ergebnisse der Zusammenstellung in /NOS 08/ zurückgegriffen.
Aufbauend auf den Klimaszenarien werden für die Referenzregionen und die verschiedenen
Klimazustände konzeptuelle Modelle für physikalische Biosphären entwickelt
und die in ihnen stattfindenden Sediment- und Wasserbewegungen untersucht. Dabei
werden expositionsrelevante Prozesse und Effekte (Verdünnung, Akkumulation), sowie
ihre Veränderung in Abhängigkeit des Klimas betrachtet. Der Schwerpunkt liegt hier
auf den spezifischen Bedingungen in den Referenzregionen, insofern sind Erfahrungen
von anderen Standorten, an denen heute entsprechende Klimate herrschen (vgl. beispielsweise
/PRO 05/), für die Entwicklung von konzeptuellen Modellen für die physikalische
Biosphäre in den Referenzregionen von untergeordneter Bedeutung. Zum Beispiel
werden die Klimadaten für kältere oder wärmere Klimate an Standorten, wo diese
Klimate heute vorherrschen, nur unter Anpassung an die Randbedingungen der Referenzregionen
übernommen.
Die Nahrungsbeschaffung bzw. landwirtschaftliche Praxis ist an das Klima und die Bodenverhältnisse,
aber auch an die gesellschaftliche Entwicklung und wirtschaftliche
Überlegungen gekoppelt. Die nachfolgenden Arbeiten gehen von der heutigen Entwicklungsstufe
und einer vergleichbaren landwirtschaftlichen Praxis aus. Jedoch wird der
Betrieb von Treibhäusern bisher aus den Überlegungen ausgeschlossen, obwohl diese
heutzutage im Mittelmeerraum häufig zur Aufzucht von Tomaten und Gurken genutzt
werden. Für die physikalische Biosphäre, die hier im Vordergrund steht, ist dieses
Thema allerdings von untergeordneter Bedeutung. Es spielt eine wichtigere Rolle für
die Dosisberechnungen. Grundsätzlich könnten Treibhäuser in allen Klimaten einge-
3

setzt werden, um die Produktion durch optimale Wachstumsbedingungen in einer verlängerten
Vegetationszeit zu erhöhen. Eine Kosten-/Nutzen-Analyse könnte Aufschluss
darüber geben, wann und inwieweit ein Betrieb sinnvoll und wirtschaftlich wäre.
Wie oben beschrieben bilden die konzeptuellen Modelle die Basis für die Berechnung
der Radionuklidkonzentrationen in Böden und Bodenwässern. Das Verhältnis der Konzentration
im Boden zur Konzentration im Bodenwasser wird durch die Sorption bestimmt.
Für stark sorbierende Radionuklide kann der Anteil im Boden sehr hoch sein.
Für ein Bodensediment mit einer Dichte von 2500 kg/m 3 und einer Porosität von 0.2
beträgt dieser Anteil für einen K d -Wert von 1 m 3 /kg beispielsweise 10 000. Allerdings
werden relativ lange Zeiträume benötigt bis eine solche Akkumulation stattgefunden
hat. Das ist auch ein Grund dafür, dass eine Referenzbiosphäre nicht allein auf dem
Trinkwasserpfad basieren sollte, vgl. auch /BEC 03/.
In Kapitel 2 werden die heutigen, für die physikalische Biosphäre relevanten Eigenschaften
der Referenzregionen beschrieben. Dies betrifft, Klima, Geomorphologie,
Hydrologie, Hydrogeologie, Böden, Vegetation sowie Wasser und Sedimenttransport.
Kapitel 3 beschreibt die möglichen klimatischen Entwicklungen an beiden Standorten
über den Betrachtungszeitraum von 1 Million Jahren. Aus der möglichen zukünftigen
klimatischen Entwicklung werden in einem ersten Schritt diejenigen diskreten Klimazustände
ausgewählt, für die signifikante Änderungen hinsichtlich der physikalischen Biosphäre
erwartet werden. Für diese Klimazustände werden die zu erwartenden, oben
genannten für die physikalische Biosphäre wichtigen Eigenschaften beschrieben. Außerdem
werden relevante Vorgänge, die sich bei Übergängen zwischen diskreten Klimazuständen
ergeben können, diskutiert. In Kapitel 4 werden dann auf Basis der Diskussion
in Kapitel 3 für ausgewählte Szenarien konzeptuelle Modelle für die physikalische
Biosphäre und zugehörige Parametersätze vorgeschlagen. Schließlich erfolgt in
Kapitel 5 eine Zusammenfassung der Ergebnisse und die Diskussion wesentlicher offener
Punkte.
4

2 Heutige Situation
Die in den nord- und süddeutschen Referenzregionen vorkommenden Naturräume und
die in den Biosphärenmodellen berücksichtigten Einträge der Kontamination, die
Transportpfade, Böden und ihre Nutzung sind in Kap. 4.2.1 in Tab. 5 und Tab. 6 aufgelistet.
Sie sind Ausdruck der charakteristischen Merkmale der jeweiligen Referenzregion
und berücksichtigen die gebietsspezifische Geomorphologie, Hydrologie und Hydrogeologie.
Die süddeutsche Referenzregion wird aufgrund ihrer stark unterschiedlichen
Ausprägung in die Schwäbische Alb und das Donautal unterteilt. Kapitel 3.2 enthält
zusätzliche Informationen zu den Sediment- und Wasserflüssen sowie den möglichen
Kontaminationspfaden.
2.1 Vorhandene Naturräume
Eine detaillierte Beschreibung der heutigen Naturräume der Referenzregionen in Nordund
Süddeutschland findet sich in /FAH 10/. Hier werden die relevanten Naturräume
noch einmal zusammengefasst. Durch ihre Entstehungsgeschichte besitzen die Referenzregionen
typische Landschaftsformen. In den norddeutschen Regionen waren vor
allem die quartären Vereisungen prägend, da sie die Landschaft grundlegend umgestaltet
und mächtige Lockersedimente abgelagert haben. Auch der Verlauf des heutigen
Flusssystems entstand im Wesentlichen während dieser Zeit. Der Untergrund der
süddeutschen Region wurde durch das Jura-Meer gestaltet, das z.B. die mächtigen
Kalksteine der Schwäbischen Alb ablagerte. Die Bewegungen der Erdkruste führten zu
einer Schrägstellung der Gesteinsschichten. Abb. 1 zeigt die heutige Naturlandschaft
Deutschlands mit den Referenzregionen.
5

Abb. 1:
Die gegenwärtige deutsche Naturlandschaft /LIE 02/. Die roten Kreise
markieren die Referenzregionen Nord- und Süddeutschlands.
6

Zusammen mit lokalspezifischen Merkmalen wie der Entfernung zum Meer bzw. zum
nächsten Fluss und der Lage im Relief (Höhenlage) bildeten sich in den Referenzregionen
folgende aquatischen und terrestrischen Naturräume aus:
• Alb 1 : Hochebene der Schwäbischen Alb aus jurassischen Kalksteinen
• Moräne: glazigene Ablagerungen unter und vor dem Gletscher
• Schotter/Sande: im Wesentlichen glazigene oder glazifluviatile Ablagerungen
vor dem Gletscher. Nehrungen fallen auch unter diesen
Naturraum.
• Auen/Marschen: insbesondere der großen Flüsse Weser, Elbe und Donau
sowie in der Küstenregion der Nordsee (Fluss-
/Seemarschen). Deltas fallen auch unter
diesen Naturraum.
• Fluss: im Wesentlichen Weser, Elbe, Donau
• See: aus heutiger Sicht kein bestimmter, möglich wäre das Steinhuder Meer
oder der Hämelsee (Tief-/Flachseen)
• Moor: Niedermoor, aus heutiger Sicht kein bestimmtes
• Quelle 1 : Grundwasseraustritt an die Oberfläche aus einer Schichtquelle 2
1
nur Südddeutschland
Die bei der Erwärmung zum CS-Klima angesprochenen sich neu entwickelnden Naturräume
der Nehrung und des Deltas sind hier nicht explizit aufgeführt. Das Delta kann
jedoch mit den Marschen gleich gesetzt werden, da es ähnliche Eigenschaften besitzt.
Die Nehrung fällt unter den Naturraum Schotter/Sande.
2 Bei Schichtquellen befindet sich der Quellaustritt an der oberflächlich ausstreichenden Grenze zwischen
Grundwasserleiter (z. B. Sand) und darunter folgender schlechtdurchlässigen Schichten (z. B. Ton,
Lehm oder Mergel). Die Quellschüttung und deren Variation steht in Abhängigkeit von den lokalen Gegebenheiten
(insb. Einzugsgebiet, Niederschlagsmenge, Möglichkeit der Infiltration) und dem Anteil des
Niederschlags an der Quellschüttung.
7

2.2 Warmgemäßigtes Klima (Cfb)
Die Referenzregionen stehen gegenwärtig unter dem Einfluss eines warmgemäßigten
Klimas. Dieser Klimazustand wird als feuchte Mittelbreiten oder auch kühlgemäßigtes
Klima bezeichnet. Eine ausführlichere Beschreibung des Klimas findet sich in /FAH 10/.
Charakteristisch sind ein deutlicher Jahresgang der Temperatur und eine in der Regel
ganzjährig gleichbleibend hohe Niederschlagverteilung. Unterschiedliche Ausprägungen
sind reliefbedingt oder durch kontinentale bzw. maritime Verhältnisse möglich. So
ist die Referenzregion „Weser“ ein Beispiel für ein maritim geprägtes Klima, während
die Region „Elbe“ deutlich kontinentaler ist, s. auch Abb. 2 und Abb. 3.
Im Folgenden werden die für die physikalische Biosphäre wesentlichen Eigenschaften
der Referenzregionen beschrieben. Die Beschreibungen bilden die Basis für die in Kapitel
4.2 entwickelten konzeptuellen Modelle.
8

Abb. 2: Temperatur- und Niederschlagverteilung im Sommerhalbjahr (Mrz-Sept)
9

Abb. 3: Temperatur- und Niederschlagverteilung im Winterhalbjahr (Dez-Feb) (DWD)
10

2.2.1 Geomorphologie
Die nord- und süddeutschen Referenzregionen weisen in ihren Oberflächenformen
große Unterschiede auf. Diese sind das Resultat völlig unterschiedlicher Entwicklungsmuster.
Die Topographie der norddeutschen Regionen ist vor allem durch die quartären Kaltzeiten
geprägt. Die höchsten Erhebungen stellen Reste von Endmoränen dar und erreichen
etwa 169 m.üNN (Wilseder Berg) bzw. 142 m.üNN (Drawehn). Im übrigen Gelände
haben Urstromtäler und Grundmoränen weiträumige Niederungen mit Höhen
zwischen etwa 10 bis 100 m.ü.NN hinterlassen.
Die Topographie der süddeutschen Referenzregion wurde durch die Hebung der Alpen,
die Nutzung der Donauniederung als Urstromtal sowie das Jura-Meer geprägt.
Auf der Schwäbischen Alb kommt zudem die spezifische Entwicklung einer Karstlandschaft
hinzu. Die Geländehöhen belaufen sich in der Regel auf Werte zwischen etwa
450 und 610 mü.NN.
2.2.2 Hydrologie/Hydrogeologie
Aufgrund der ganzjährig vorhandenen Vegetationsdecke und der hohen Infiltrationskapazität
des Bodens erfolgt der Abfluss des Niederschlags in der Regel als Interflow und
geht dann in die Vorfluter oder das Grundwasser über. Ein flaches Oberflächenrelief
verstärkt diesen Prozess noch. Die Flussdichte ist hoch und alle Flüsse sind perennierend
3 . Die Flüsse Elbe, Weser und Donau liegen noch heute in den ehemaligen Urstromtälern.
Aufgrund der im Laufe der Zeit geringer werdenden Abflussmengen und
Sedimentfrachten haben sich die Flüsse jedoch immer weiter eingetieft. Ihr Abfluss erreicht
durch die Schneeschmelze im Frühjahr sein Maximum. In Norddeutschland entstanden
durch Salzablaugungen im Untergrund (vor allem in der Region „Elbe“) oder
durch periglaziale Strukturen, wie Pingos 4 und Toteissenken 5 (vor allem in der Region
„Weser“) häufig Seen. In Flussnähe, an Austritt von Quellen, in abflusslosen Senken
3 perennierend: Fluss mit kontinuierlichem Abfluss
4 Pingo: aufgrund eines Eiskerns entstandene rundliche Bodenerhebung
5 Toteissenke: entsteht durch das Abschmelzen von Gletschereis, das nicht mehr mit dem aktiven Gletscher
in Verbindung steht (Toteis).
11

und flachen Seen bildeten sich durch den hohen Grundwasserspiegel häufig Niedermoore
(s. Anhang A: 3.21).
In den Referenzregionen Nord- und Süddeutschlands gibt es ergiebige Grundwasservorkommen.
In den mächtigen Lockergesteinskörper der ehemaligen Urstromtäler von
Weser, Elbe und der Donau sowie den norddeutschen Schmelzwasserrinnen sind Porengrundwasserleiter,
in den Kalksteinen der Schwäbischen Alb Karstgrundwasserleiter
ausgebildet.
In der süddeutschen Referenzregion sind außerdem zahlreiche Quellen ausgebildet.
Ihre Schüttmenge insgesamt und deren Verlauf im Jahresgang unterscheiden sich je
nach Topographie (Einzugsgebiet) und Hydrogeologie (Grundwasserleitende, stauende
Schichten, unterirdischen Einzugsgebiet) sowie dem Anteil von Niederschlags- bzw.
Grundwasser an der Speisung.
In der norddeutschen Referenzregion kann das Vorkommen einer Quelle nicht ganz
ausgeschlossen werden. Aufgrund der topographischen und hydrogeologischen Verhältnisse
handelt es sich bei ihrem Auftreten jedoch um einen Einzelfall, so dass dieser
Naturraum nicht als typisch für die Referenzregion angesehen wird. Aus diesem Grund
wird sie in der norddeutschen Referenzregion nicht betrachtet.
2.2.3 Böden
Im Wesentlichen nehmen das Oberflächenrelief, die Ausgangsgesteine sowie das Klima
Einfluss auf die Bodenbildung. In Abhängigkeit ihres Alters durchlaufen die Böden
bestimmte Entwicklungsstadien, s. Tab 2. Bodenausgangsgesteine sind in Norddeutschland
und dem Donautal im Wesentlichen die während der quartären Kaltzeit
glazial und glazifluviatil abgelagerten Sedimente der Sande und Mergel sowie die in
der Folgezeit sedimentierten holozänen Auen- und Marschsedimente, im Wesentlichen
Schluffe, Tone und Feinsande. In geschützten Lagen wurden die Sande und Mergel
durch Löss oder Feinsand (z.B. vor den Mittelgebirgen) im Randbereich der Flüsse
durch Auenlehme bzw. Talsande überdeckt. Die Alb wird vor allem durch den jurassischen
Kalkstein geprägt.
In den Böden der Lockergesteine findet in der Regel eine tiefreichende Wasserbewegung
statt, die die bodenbildenden Prozesse (vgl. Tab. 1) der Verbraunung, Lessivierung
und Podsolierung vorantreibt und tiefgründige Böden entstehen lässt. Bei lang
12

anhaltender Vernässung kommt es zum Prozess der Vergleyung. Aufgrund des hohen
Nährstoffumsatzes fällt die Mächtigkeit des Auflagehumus in der Regel gering aus.
Häufiger ist dagegen eine Ansammlung unzersetzter Pflanzenreste (Torf), die unter
Sauerstoffentzug bei der Verlandung von Seen und in Mooren auftritt. Hier bilden sich
Niedermoore (s. Anhang A: 3.21). Durch das Aufbringen von Plaggen entstand aus einem
Podsol eine Plaggenesch (s. Anhang A: 3.10). Auf den Kalksteinen der Alb entstehen
in der Regel flachgründige Böden mit einer geringmächtigen Humusauflage.
Tab. 1:
Bodenbildungsprozesse und typische Böden /LIE 02/ modifiziert
Prozess Merkmale Typische Böden
Auflagehumus/Mullbildung
Verbraunung
Lessivierung
Podsolierung
Vergleyung
Anhäufung zersetzter Pflanzenreste,
Bildung und Akkumulation
von Feinhumus mit Bioturbation
Chemische Verwitterung mit Eisenfreisetzung
und Mineralneubildung
nach Entkalkung
Mobilisierung und Verlagerung
von Tonteilchen aus dem
Oberboden in den Unterboden mit
Bildung von Tonhäutchen in
Tonanreicherungshorizonten
Mobilisierung und Verlagerung
von Eisen-Aluminiumoxiden im
sauren Milieu unter Beteiligung
organischer Säuren mit Ausbildung
von Bleich- und Anreichungshorizonten
Mobilisierung und Immobilisierung
von Eisen- und Manganoxiden
durch Redoxreaktionen bei Vernässung
mit Ausbildung von oxidierten
und reduzierten Phasen in
unterschiedlichen Horizonten
Schwarzerde
(Tschernozem)
(s. Anhang A: 3.8)
Braunerde
(s. Anhang A: 3.4)
Parabraunerde
Fahlerde
(s. Anhang A: 3.5)
Podsol
(s. Anhang A: 3.6)
Gley,
Pseudogley,
Vega (Auenlehm)
(s. Anhang A:
3.7. 3.12, 3.11)
In den norddeutschen Referenzregionen sind vor allem Luvisole (Parabraunerden),
Cambisole (Braunerden) und Podsole verbreitet, wobei auf den ärmeren sandigen
Ausgangsgesteinen der Sander und Dünen vor allem Podsole, auf den nährstoffreicheren
Subtraten der Moränen dagegen Luvisole und Cambisole entstehen. In der süddeutschen
Region dominieren je nach Lage (Hang, Niederung), Durchfeuchtung und
Ausgangsgestein Luvisole, Cambisole, (Para-) Rendzinen, Chernozeme und Kolluvien
(s. Anhang A: 3.9). Im Einflussbereich der Flüsse finden sich in beiden Referenzregionen
vor allem Fluvisole, Gleysole und Histosole /HAA 04/.
13

Tab. 2: Typische Entwicklungsstadien der Böden in Schleswig-Holstein /LAN 06/
Bodenausgangsgestein
Dünensand
modifiziert
Rohboden Übergang I Übergang II Reifestadium
Lockersyrosem
(s. Anhang A:
3.1)
Regosol
(s. Anhang A:
3.2)
Braunerde*
Podsol
Geschiebemergel Lockersyrosem Pararendzina Braunerde Parabraunerde
Marinogener Ton Rohmarsch
(s. Anhang A:
3.15)
Kalkmarsch
(s. Anhang A:
3.16)
Kleimarsch
(s. Anhang
A: 3.17)
* In Dünensanden wird das Braunerdestadium häufig übersprungen
Knickmarsch
(s. Anhang A:
3.18)
Organomarsch
(s. Anhang A:
3.20
Dwogmarsch
(s. Anhang A:
3.19))
2.2.4 Vegetation
In den nord- und süddeutschen Referenzregionen würden sich unter natürlichen Bedingungen
sommergrüne Laub- und Mischwälder (mit sommergrünen Laub- und immergrünen
Nadelbäumen), auf den Kalksteinen der Schwäbischen Alb Kalkmagerrasen
und Wälder aus Trockengebüsch und Gehölzen ausbilden. Diese natürlichen Wälder
werden jedoch heute durch Wirtschaftswälder und die landwirtschaftliche Nutzung
weitgehend zurückgedrängt.
2.2.5 Wasser- und Sedimenttransport
Äolische und fluviatile Erosion und Sedimentation hängen von dem Zusammenspiel
der Faktoren Niederschlag (Abflussmenge insgesamt und pro Zeiteinheit), Vegetation
(Durchwurzelungstiefe/-dichte, Anteil oberirdischen Pflanzenbestandes), Wind (Stärke,
Dauer) und Topographie (Hang, Niederung) ab.
Die Erosionsprozesse sind aufgrund der hohen und ganzjährigen Durchwurzelung sowie
der in der Regel nur geringen Erosionskraft durch Wind und Wasser vor allem in
den norddeutschen Gebieten nur mäßig stark ausgeprägt. Insgesamt ist die süddeutsche
Region gegenüber Erosionsprozessen aufgrund ihrer höheren Reliefenergie anfälliger
als die norddeutschen Gebiete. Der Sedimenttransport kann aufgrund landwirt-
14

schaftlicher Monokulturen (z.B. Mais) oder radikaler Abholzung von Wäldern verstärkt
werden. In den Flussniederungen finden in beiden Regionen vor allem während der
Abflussspitzen im Frühjahr große Materialumlagerungen statt.
2.2.6 Bewirtschaftung
Je nach Naturraum wird Ackerbau und Viehzucht betrieben. Daneben findet sich auch
Fischzucht. Details können im Bericht /FAH 10/ nachgelesen werden.
2.2.7 Eintrag von Kontamination
Die Kontamination kann auf folgenden Wegen in die Böden gelangen:
(1) durch Überschwemmung mit kontaminiertem Grund- oder Flusswasser,
(2) durch kapillaren Aufstieg 6 ,
(3) durch Bewässerung mit Grund- oder Flusswasser und
(4) durch Grundwasserspiegelschwankungen 7 .
3 Zu erwartende Klimaentwicklung und mögliche Folgen
Für die Modellierung der physikalischen Biosphäre werden für die Referenzregionen
relevante Klimazustände und Klimaübergänge abgeleitet und beschrieben. Dies erfolgt
auf der Grundlage der vergangenen Klimaentwicklung der Regionen seit der Elsterbzw.
Mindel-Kaltzeit, da ab diesem Zeitpunkt die meisten Daten vorliegen. Die Erstellung
der konzeptuellen Biosphärenmodelle in Kapitel 4.2 erfolgt auf Basis dieser Arbeiten.
3.1 Abzuleitende Klimazustände und Klimaübergänge
Rekonstruierte Temperaturverläufe zeigen, dass sich in der Vergangenheit Warm- und
Kaltzeiten abwechselten. Eine wichtige Charakteristik ist, dass die Kaltzeiten dabei mit
etwa 100 000 (Weichsel bzw. Würm) bis 360 000 Jahren (Elster bzw. Mindel) erheblich
6 Als kapillarer Aufstieg wird die Eigenschaft des Wassers bezeichnet, gegen die Schwerkraft eine von
Verdunstung, Bodenart, Lagerungsdichte und Sättigungsgrad des Bodens abhängige Distanz zu überwinden..
7 Änderung des Grundwasserspiegels durch jährlichen Niederschlagsgang und damit wechselnden Abflussgang
in den Flüssen und unterschiedliche Menge infiltrierenden Oberflächenwassers.
15

länger andauerten als die Warmzeiten mit nur etwa 20 000 (Eem bzw. Riß/Würm-
Interglazial) bis 30 000 Jahren (Holstein bzw. Mindel/Riß-Interglazial). Die Benennung
der Kalt- und Warmzeiten richtet sich nach regionalen Gegebenheiten (i.d.R. Flussnamen),
weshalb sie sich zwischen Nord- und Süddeutschland unterscheidet. In Tab. 3
sind die Bezeichnungen für Nord- und Süddeutschland gegenüber gestellt.
16

Tab. 3:
Vereinfachte stratigrafische Tabelle für das Quartär im norddeutschen
Tiefland und nördlichen Alpenvorland /HEN 98/
Der in Abb. 4 über eine Million Jahre nachgebildete Verlauf der globalen Durchschnitttemperatur
zeigt, dass
− innerhalb der jeweiligen Warm- und Kaltzeiten z.T. erhebliche Temperaturunterschiede
auftreten,
− die verschiedenen Warmzeiten sowie die Kaltzeiten unterschiedliche maximale
bzw. minimale Temperaturen aufweisen,
− der Übergang von einer Warm- zu einer Kaltzeit relativ schnell erfolgte und lediglich
ein paar hundert Jahre umfasste, während derjenige von einer Kalt- zu einer
Warmzeit wesentlich langsamer erfolgte und einige tausend Jahre benötigte
/KEL 04/.
17

Abb. 4:
Temperaturverlauf der letzten 1 Mio. Jahre, erstellt von Schönwiese et
al. /NOS 08/, sowie Detailausschnitte für die zwei letzten Warmzeiten
(Holstein bzw. Mindel/Riß und Eem bzw. Riß/Würm) nach /BER 04/
Voraussagen zu der klimatischen Entwicklung über sehr lange Zeiträume sind aufgrund
der Anzahl der mitwirkenden Faktoren und ihrem komplexen Zusammenwirken
mit großen Unsicherheiten behaftet. Dennoch gibt es mehrere Arbeitsgruppen, die Modellrechnungen
zur Klimaentwicklung über Zeiträume von einigen 100 000 Jahren z.B.
/ARC 05a/, /BIO 01b/ bis sogar 2 Mio. Jahre (z.B. PIK Potsdam) durchführen.
Ehemals angenommene Höhepunkte der nächsten Eiszeit in 10 000 oder
20 000 Jahren, die im Wesentlichen auf einer Analyse von Paläodaten und daraus abgeleiteten
Gesetzmäßigkeiten 8 beruhen, gelten angesichts der hohen CO 2 -
Konzentrationen in der Atmosphäre und der geringen Amplitude der Sonneneinstrahlung
innerhalb der nächsten 50 000 Jahre als nicht sehr wahrscheinlich. Die Aussagen
der meisten neueren Studien stimmen darin überein, dass die heutige Warmzeit in den
nächsten Jahrzehntausenden nicht durch eine Kaltzeit abgelöst wird, wobei die Ausprägung
der Warmzeit in engem Zusammenhang mit der sich in Zukunft entwickelnden
8 im Wesentlichen den Milankovich-Zyklen
18

atmosphärischen CO 2 -Konzentration steht. Wird lediglich von den auf den orbitalen Parametern
beruhenden Einstrahlungsbedingungen, den Milankovich-Zyklen, sowie von
der heutigen CO 2 -Konzentration ausgegangen, so liegt eine Warmzeit vor uns, die
noch weitere 50 000 Jahre anhält und in den kommenden Jahrhunderten zu einer weiteren
Erwärmung in Europa führen wird. Für Szenarien mit höheren anthropogenen
CO 2 -Einträgen in den nächsten Jahrzehnten bis Jahrhunderten ergeben Modellrechnungen
einen Zeitpunkt für den Übergang in die nächsten Kaltzeit erst nach
170 000 Jahren, bei extremen Konzentrationen 9 sogar erst nach 500 000 Jahren, z.B.
/ARC 05a/. Hier existieren aber unterschiedliche Meinungen über die Zeiträume, die
Prozesse benötigen, die zu einer Abnahme des CO 2 in der Atmosphäre führen
/ARC 05b/.
Nach Modellrechnungen zur Klimaentwicklung in der näheren Zukunft wäre die Antwort
auf die steigenden globalen Sommer- und Wintertemperaturen bis zum Ende des 21.
Jahrhunderts zum einen die Intensivierung des hydrologischen Kreislaufs mit einem
erhöhten run-off, zum anderen ein verstärkter Frischwasseranfall durch die abschmelzenden
Gletscher. Die global gemittelte Niederschlagsmenge nähme dann um mehr
als 10% zu, Niederschlagsereignisse wären nicht wie bisher vorwiegend durch Frontendurchgänge
mit lang anhaltenden und großräumig verteiltem Regen geprägt, sondern
zunehmend durch konvektive Prozesse, die in Form lokal begrenzter Gewitter mit
intensiven Regenfällen und Hagel niedergehen. Die Temperaturen und Niederschlagsmengen
werden dadurch zunehmend einer regionalen Differenzierung unterliegen.
Innerhalb der warmen Periode werden mehrere kältere Perioden mit einer Temperaturabnahme
von 3°C bis 4°C im Sommer erwartet. Diese können beispielsweise durch
eine Abschwächung des Nordatlantikstroms hervorgerufen werden. Ursache dafür
könnte z.B. eine durch Erwärmung hervorgerufene geringer werdende Dichte des
Oberflächenwassers sein. Ein solches Versiegen der thermohalinen Zirkulation ist jedoch
nicht während der nächsten Jahrzehnte zu erwarten und würde nicht mehr als
1 000 Jahre andauern. Es könnte einen kleinräumigen Eisschild in Skandinavien ermöglichen.
Aufgrund der Dauer der Kälteperioden und ihrer geringen Temperaturerniedrigung
führen sie in Deutschland jedoch weder zu Periglazial- oder gar Glazialbedingungen.
9 bei Verbrennung aller derzeit vorhandenen fossilen Energieträger
19

Die gravierendste Auswirkung auf die Biosphären der norddeutschen Referenzregionen
würde im Verlauf der derzeitigen Warmzeit bei weiterer Erwärmung eine Meerestransgression
darstellen, die zu einer Überflutung der Regionen führt. Seit der letzten
Kaltzeit stieg der Meeresspiegel innerhalb der letzten ca. 20 000 Jahre um 120 m, s.
Abb. 5. Der Meeresspiegelanstieg, erfolgte mit einer Rate von 1 m bis maximal 4 m pro
Jahrhundert. Die Anhebung des Meeresspiegels hatte jedoch nicht nur Einfluss auf die
überschwemmten Regionen und die neuen Küstengebiete, sondern durch Rückstau
der in die Nordsee entwässernden Flüsse auch auf das daran angrenzende Hinterland.
Abb. 5: Veränderung des Meeresspiegels ab etwa 20 000 Jahre v.h. /BER 04/
Das Ausmaß eines weiteren Meeresspiegelanstiegs ist davon abhängig, welche der
derzeit vorhandenen Gletscher abschmelzen. Schmelzen alle Inlandgletscher, sowie
der Grönland-Gletscher und diejenigen der Westantarktis ab, ist dadurch und durch die
Ausdehnung des Wassers aufgrund der Erwärmung ein Anstieg um 30 m gegenüber
dem heutigen Niveau zu erwarten. Ein nach heutigem Kenntnisstand nicht sehr wahrscheinliches
Abschmelzen des gesamten Antarktis-Gletschers würde einen Meeresspiegelanstieg
um etwa 60 m /KEL 02/ bis 73 m /BER 04/ hervorrufen. Dies hätte eine
20

nahezu vollständige Überflutung der norddeutschen Tiefebene zur Folge /KEL 02/, vgl.
Abb. 6. Von der Überflutung ausgenommen wären lediglich kleinere Gebiete in der
Lüneburger Heide und in Brandenburg, die im Wesentlichen aus Endmoränenzügen
der Weichsel-Kaltzeit bestehen /KEL 02/.
Aufgrund der geringen Geländehöhe der norddeutschen Referenzregionen zwischen
15 m.ü.NN und 76 m.ü.NN /DUP 83/ und der räumlichen Nähe der norddeutschen
Regionen zu den Vorflutern Elbe und Weser mit direkter Verbindung zur Nordsee, wird
für dieses Szenario ein maximaler Meeresspiegel von etwa 50 m über der heutigen
Geländeoberfläche erwartet /BUH 08/. Eine Überschwemmung der Norddeutschen
Tiefebene hat zuletzt während der Holstein-Warmzeit stattgefunden und dauerte etwa
3 000 bis 4 000 Jahre lang an. Für die süddeutsche Referenzregion Ulm ist das Szenario
der Meerestransgression nicht von Bedeutung.
Abb. 6:
Mögliche Meerestransgression nach Abschmelzen aller heute weltweit
vorhandenen Gletscher /KEL 02/
Bei der nächsten Kaltzeit wird erwartet, dass deren Ausmaß gleich oder geringer als
während der Weichsel- bzw. Würm-Kaltzeit sein wird. Durch den Aufbau kontinentaler
Eisschilde würde sich der Meeresspiegel um etwa 60 m /BIO 04/ absenken. Die Küs-
21

tenlinie würde sich in Folge um bis zu 600 km zurückziehen, so dass die norddeutschen
Referenzregionen wieder einem kontinentaleren Klima ausgesetzt sein würden.
Vergletscherungen sind in den Referenzregionen nicht zu erwarten, Permafrost-
Bedingungen dagegen sehr wahrscheinlich. In Abhängigkeit der Sedimente wird die
Tiefe der Bodengefrornis in Norddeutschland etwa 40 m bis 140 m /KLI 07/ betragen;
vgl. Abb. 7. Flüsse und große Seen bleiben wahrscheinlich wie in der Weichsel- bzw.
Würm-Kaltzeit /DEL 98/ frei von Permafrost und bilden Taliki. Während dieser Zeit
würde sich zunächst ein boreales Klima später ein periglaziales Tundren-Klima ausbilden.
Am Ende der Kaltzeit könnten die Elbe- und Donauniederungen wieder als Urstromtäler
dienen und als Folge würden in den Referenzregionen Elbe und Ulm wieder
verstärkt glazifluviatile Sedimente abgelagert werden.
Abb. 7:
Berechnete Tiefen des Permafrosts im Raum Gorleben während der
Weichsel-Kaltzeit /KLI 07/
Über Klimaveränderungen jenseits von 200 000 Jahren liegen nur sehr wenige Untersuchungen
vor. Sofern es nicht zu einem extrem hohen Eintrag von CO 2 , während der
nächsten Jahrhunderte kommt, ist eine plausible Annahme, dass über solche Zeiträume
wieder ähnliche Glazial/Interglazial-Zyklen wie im Quartär auftreten, also Kaltzeiten
von etwa 100 000 Jahren und Warmzeiten von etwa 10 000 Jahren Dauer. Damit werden
auch Vergletscherungen von ähnlichem Ausmaß wie der Elster- und Saale-Kaltzeit
wieder möglich. In den norddeutschen Regionen könnte somit wieder eine Gletscher-
22

überdeckung stattfinden, in der süddeutschen Referenzregion ist diese eher unwahrscheinlich
/VAN 94/, s. Abb. 9. In allen Referenzregionen hätte die Vergletscherung jedoch
gravierende Auswirkungen auf die zurzeit bestehenden Landschaftsformen und
den Wasserhaushalt. In den norddeutschen Regionen wäre zudem eine Neuanlage
subglazialer Rinnensysteme bzw. deren Reaktivierung nicht auszuschließen, s. Abb. 8.
Abb. 8:
Rinnensysteme und Ausdehnungen der Eisbedeckung in Norddeutschland
während des jüngeren Quartärs
23

.
Abb. 9
Ausdehnung des Inlandeises im Zentralteil der Alpen (oberes Bild,
/VAN 94/), Maximale Ausdehnung der Eisgrenzen während der Rißzeit
und Ausdehnung der Moränen der Würm- und Rißzeit (unteres Bild).
24

Aufgrund der vergangenen Klimaentwicklung ergeben sich in den norddeutschen Referenzregionen
für die Warm- und Kaltzeiten sowie Klimaübergänge folgende diskrete
Klimazustände: für die Kaltzeiten das polare und subpolare Klima (EF/ET), für die
Warmzeiten das warmgemäßigte Klima (CS, Cfb, CW) und für die Übergänge zwischen
den Warm- und Kaltzeiten und kaltgemäßigte Klima (Dfc), s. Tab. 4. Die semiariden
Trockenklimate (BSh 10 und BSk 11 ) werden nicht explizit betrachtet. Begründet
wird dies mit der Annahme, dass es als sehr unwahrscheinlich gilt, dass sich diese
Klimate als Verschärfung des CS-Klimas ausbilden werden.
Für die süddeutsche Region werden das polare Klima EF mit Gletscherüberdeckung
und das warmgemäßigte Klima CS mit Meerwasserüberflutung ausgeschlossen, da
diese Szenarien als sehr unwahrscheinlich angesehen werden (s.o.). In Tab. 4 sind die
möglichen Klimate, die bei der Entwicklung konzeptueller Modelle für die physikalischen
Biosphäre zu betrachten sind, zusammengefasst. Die Abschnitte, in denen das
jeweilige Klima und deren Auswirkungen auf die Naturräume in den Referenzregionen
beschrieben werden, sind ebenfalls angegeben.
Tab. 4: Für die Referenzregionen zu erwartende Klimate
Klimazone
Bezeichnung Besonderheiten
Bearbeitung
(Köppen und
in Kapitel
Geiger)
Warmgemäßigte Klimate Cfb-Klima Küstennah/-fern 2.2
CS-Klima Küstennah, ggf. mit Meerestransgression,
3.3.1
sommer-
trocken
CW-Klima warm, wintertrocken 3.3.5
Kaltgemäßigtes Klima Dfc-Klima mit/ohne Permafrost, borealer
3.3.2
Nadelwald
Subpolares Klima ET-Klima Schnee, gletschernah/- 3.3.3
fern, Tundra, mit/ohne
Permafrost
Polares Klima EF-Klima Schnee, Gletscherüberbedeckung,
Permafrost
3.3.4
10 Das heiße Trockenklima (BSh) ist durch eine Dornstrauchsavanne geprägt und ist eine Ökozone der
Tropen. Die Trockenzeit beträgt 7 bis 10 Monate, der jährliche Niederschlag 200mm bis 500mm.
11 Das semiaride kalte Trockenklima (BSk) unterscheidet sich vom CS-Klima vor allem in einer weiteren
Verringerung der jährlichen Niederschlagsmenge (Rom (CS): ~750mm, Alicante (BSk): ~350mm).
25

Als Klimaübergänge ergeben sich damit:
• für eine Erwärmung ausgehend vom heutigen Klima: Cfb => CS
• für eine Abkühlung ausgehend vom Etesienklima: CS => Cfb => Dfc => ET => EF
• für eine Erwärmung ausgehend vom polaren Klima:EF => ET => Dfc => Cfb => CS
Kurzzeitige Temperaturänderungen innerhalb der Warm- und Kaltzeiten nehmen aufgrund
ihrer kurzen Laufzeit nur wenig Einfluss auf das langsam reagierende Biosphärensystem
und werden daher vernachlässigt.
Zu bedenken ist, dass das in vielen Bereichen nur träge Reagieren des Biosphärensystems
(z.B. Vegetation, Boden, Permafrost) eine gewisse Bandbreite an Ausprägungsmerkmalen
innerhalb eines diskreten Klimazustands zulässt. Während des Dfc-Klimas
kann sich z.B. der Permafrostboden in seiner Mächtigkeit und der Häufigkeit seines
Auftretens verändern (sporadischer, diskontinuierlicher und kontinuierlicher Permafrost)
oder auch völlig fehlen. Im EF-Klima können entweder Gletscher vorhanden sein
oder sich im Aufbau bzw. Abbau befinden, wodurch eine gletschernahe oder –ferne
Lage der Referenzregionen möglich ist. Dies hat nicht nur Auswirkungen auf die Ausbildung
und Ausprägung des Permafrostbodens sondern auf vielfältige Erosions- und
Sedimentationsprozesse. Auch während des ET-Klimas kann der Gletscher vorrücken
oder sich zurückziehen, so dass die Referenzregionen gletschernah oder -fern liegen
können. Bei den norddeutschen Referenzregionen kann es im CS-Klima durch das vorrückende
oder sich zurückziehende Meer zu eher küstenfernen/kontinentalen bzw.
küstennahen/maritimen Klimaverhältnissen kommen.
Zudem wird sich die Ausprägung ein und desselben Klimazustands je nachdem, ob es
sich um eine Erwärmung oder Abkühlung handelt unterschiedlich sein. Zum Beispiel
wird es sich bei den Böden eines ET-Klimas ausgehend vom EF-Klima im Wesentlichen
um Rohböden handeln, während bei einem vorherigen Dfc-Klima vor allem ausgebildete
Böden vorherrschen werden.
Innerhalb eines Klimazustands können somit durchaus verschiedene Eigenschaften
der Biosphären angetroffen werden.
26

3.2 Mögliche Einflüsse der Klimaentwicklung auf die Naturräume
Eine Veränderung des Klimas hat immer auch Auswirkungen auf die bestehenden Naturräume.
Dabei ist anzunehmen dass die meisten Naturräume auch bei einer Klimaänderung
weiterhin in den Referenzregionen zu finden sein werden, wenn vielleicht
auch mit anderer Ausprägung (z.B. verändertem Flächenanteil) oder an anderer Stelle.
Ändert der Fluss beispielsweise sein Flussbett, so werden die heutigen Flussauen/Marschen
vielleicht zunächst zu Seen oder Mooren werden und später trockenfallen.
An anderer Stelle werden jedoch aus den bestehenden Naturräumen der Moränen
oder Schotter/Sande der Naturraum Flussauen/Marschen entstehen. Insbesondere
extreme Klimaveränderungen könnten zum Verlorengehen bestimmter Naturräume
führen. So wären im Extremfall einer Meerestransgression alle Naturräume vorübergehend
von einem Meer, bei einer Vergletscherung von einer mächtigen Eisschicht überdeckt.
Bei einer Erwärmung wäre eine Verlandung der Moore und flachen Seen wahrscheinlich
und niederschlagsgespeiste Quellen könnten versiegen. Im Fall der Quellen
wird jedoch im Folgenden für die süddeutsche Referenzregion eine pessimistische Annahme
getroffen und von einer Schicht- oder Verengungsquelle ausgegangen. Diese
ist im Wesentlichen grundwassergespeist und weist daher eine beständige Schüttung
auf, deren Menge sich jedoch dem jahreszeitlichen Verlauf etwas anpasst. Es wird angenommen,
dass diese Quelle auch bei einer Klimaänderung (Erwärmung oder Abkühlung)
bestehen bleibt und sich lediglich die Schüttmenge den klimatischen Verhältnissen
anpasst.
3.3 Möglicher Einfluss der diskreten Klimazustände
3.3.1 Sommertrockenen Mittelbreiten (CS)
3.3.1.1 Klima
Dieser Klimatyp wird als winterfeuchte Subtropen bzw. mediterrane Subtropen bezeichnet
und ist vor allem im küstennahen Bereich vertreten. Temperatur und Niederschlag
weisen einen deutlichen jahreszeitlichen Gang auf. Im Sommer herrscht Trockenheit,
während des Winters kommt es zu frontengebundenen Niederschlägen. Längere
Frostperioden gibt es kaum. Die durchschnittlichen Monatstemperaturen übersteigen
in den meisten Regionen während mindestens vier Monaten einen Wert von 18°C.
27

Die winterlichen Temperaturen erreichen im Mittel Werte von über 5°C. Die Vegetationsperiode
wird nicht von der Temperatur, sondern vom Niederschlag limitiert. Die
besten Wachstumsbedingungen sind im Frühjahr und Herbst, außerhalb der sommerlichen
Trockenzeit.
3.3.1.2 Geomorphologie/Naturräume
Für die norddeutschen und süddeutschen Referenzregionen wird zunächst keine nennenswerte
Änderung der Landschaftsformen gegenüber der heutigen erwartet. Die Naturräume
der Moränen und Schotter/Sande bzw. Alb bleiben erhalten. Die der Seen,
Moore, Auen und kleineren Flüsse können aufgrund der verringerten Niederschläge an
Größe abnehmen und zum Teil verlanden.
Durch das zunehmende Abschmelzen der Gletscher wird der Meeresspiegel jedoch
ansteigen. Zum einen verschiebt sich dadurch die Küstenlinie, so dass die Referenzregionen
zunehmend unter maritimen Einfluss gelangen. Zum anderen werden die ins
Meer entwässernden Flüsse Weser und Elbe aufgestaut, so dass sie breiter werden
und sich der Naturraum der Auen verschiebt. In den Referenzregionen könnten die Naturräume
der Marsch, Nehrung und Delta neu hinzukommen. Ihre Beschreibung erfolgt
in Kapitel 3.4.1
3.3.1.3 Hydrogeologie
In den norddeutschen und süddeutschen Referenzregionen unterscheidet sich der
Aufbau des Untergrunds nicht wesentlich von dem der Klimazone Cfb.
3.3.1.4 Hydrologie
In den norddeutschen und süddeutschen Referenzregionen ist eine Abnahme der jährlichen
Niederschlagsmenge zu verzeichnen. Die Flüsse weisen deutliche jahreszeitliche
Differenzen im Abflussgang auf. Nach der Sommerdürre zu Beginn der Regenzeit
werden die großen Flüsse zu reißenden Strömen werden und eine hohe Transportenergie
(häufig > 50 kg/m 3 ) erreichen /SCH 02/. Dadurch kommt es vermehrt zu
großräumigen Überschwemmungen. Während der Sommerzeit führen sie dagegen
wenig Wasser und kleineren Flüsse können versiegen.
28

In der Schwäbischen Alb fließt das Oberflächenwasser weiterhin im Karst ab, die Täler
trocknen zunehmend aus oder führen nur periodisch Wasser. Durch die abnehmende
Niederschlagsmenge kann die Schüttung der Quellen je nach Anteil des Niederschlags
zeitweise abnehmen.
3.3.1.5 Böden
In der norddeutschen Referenzregion sind Eutric Cambisol (Braunerde)und Luvisole
(Parabraunerden) stark vertreten. In Küstennähe und im Bereich der Weser und Elbe
kommt es vermehrt zu der Bildung von Gleysolen (Gleyen) und Fluvisolen (Auenböden,
Marschen). Auf den sandigen Standorten werden weiterhin Regosole (Lockersyroseme)
und Podzole (Podsole) vorkommen. In der süddeutschen Referenzregion bilden
sich der Chromic Cambisol (Terra fusca, Terra rossa) und Luvisol (Parabraunerden)
sowie der Eutric Cambisol (Braunerde). In den Referenzregionen können vermehrt
Histosole (Moor- und Torfböden) aus verlandeten Seen und Mooren hinzukommen.
3.3.1.6 Vegetation
Die Vegetation wird in den Referenzregionen artenreich und häufig endemisch 12 sein.
Unter natürlichen Bedingungen werden immergrüne Hartlaubwälder dominieren. Es ist
jedoch anzunehmen, dass diese durch anthropogene Eingriffe weitgehend in Hartlaub-
Strauchformationen übergehen werden.
3.3.1.7 Wasser- und Sedimenttransport
Die hohen Winterniederschläge werden aufgrund der geringen und auch nicht flächendeckenden
Vegetationsdichte und damit Durchwurzelung zu fluviatiler Erosion führen.
Besonders stark ausgeprägt wird die Erosion in Hanglage und auf flachgründigen Böden
sein, die nur über eine geringe Infiltration verfügen. Eine weitere Erosion geht von
den Flüssen aus. Mit Abnahme der Fließgeschwindigkeit kommt es zur Sedimentation
der erodierten Fracht in Form von Schotter- oder Schwemmkegeln etc..
12 endemisch: Auftreten von Pflanzen und Tieren in einem eng umgrenzten Gebiet
29

Die Erosion kann weiterhin durch anthropogen bedingte Effekte wie z.B. Überweidung
oder auch in den Sommermonaten verstärkt auftretende Brände verstärken werden.
3.3.1.8 Bewirtschaftung
Landwirtschaftlich ist vor allem der Anbau von Wintergetreide und Obst (z.B. Oliven,
Zitrusfrüchte, Reben) zu erwarten. Gemüseanbau ist nur mit Bewässerung wirtschaftlich.
Dann jedoch ist eine deutlich höhere Produktion möglich. Viehwirtschaft ist ohne
Bewässerung nur extensiv möglich.
3.3.1.9 Eintrag von Kontamination
Die Kontamination kann auf folgenden Wegen in die Böden gelangen:
(1) durch Überschwemmung mit kontaminiertem Grund- oder Flusswasser,
(2) durch kapillaren Aufstieg und
(3) durch Bewässerung mit Grund- oder Flusswasser.
3.3.2 Kaltgemäßigtes Klima Dfc
3.3.2.1 Klima
Die Vegetationsperiode beläuft sich in der Regel auf 4 bis 5, maximal 6 Monate
/SCH 95/. Ausnahmen können hochkontinentale Lagen sein. Durchschnittliche Temperaturen
≥ 10°C treten in 1 bis 3, selten 4 Monaten auf. In der süddeutschen Referenzregion
können, wie beim heutigen Klima, höhere Niederschlagsmengen im Vergleich
zu Norddeutschland erwartet werden.
3.3.2.2 Geomorphologie/Naturräume
Die landschaftlichen Gegebenheiten richten sich danach, ob das Klima nach einer Abkühlung
unseres heutigen Zustands oder nach einer vorherigen Vergletscherung im
Zuge einer Erwärmung erreicht wird. Zwar handelt es sich in beiden Fällen um eine
glazial beeinflusste Landschaft, doch ist das Oberflächenrelief direkt nach einer Vergletscherung
ausgeprägter (sichtbar an den Unterschieden in den heutigen Alt- und
30

Jungmoränengebieten). Unabhängig davon werden frostdynamische Prozesse und
Materialumlagerungen in Form von Solifluktion vorherrschen.
Tritt der Klimazustand im Anschluss an die heutige Warmzeit ein, so wird angenommen,
dass die gegenwärtigen Naturräume weiterhin in den Referenzregionen vorhanden
sein werden. Die Landschaft wird der heutigen ähnlich sein, jedoch mit deutlich
mehr Seen und Mooren. Je nach Wasserführung der Flüsse und Vegetationsdichte
könnte in den Auen ein höherer Anteil an Feinmaterial (Auenlehmen) abgelagert werden.
Tritt der Klimazustand im Anschluss an eine Vergletscherung, wie es in Norddeutschland
möglich ist, ein, so wird angenommen, dass die heutige Landschaft stark überprägt
sein wird. Die Ausbildung der Landschaftsformen hängt vor allem von dem Verlauf
der Vergletscherung und seiner maximalen Ausdehnung ab, da diese Faktoren
maßgeblichen Einfluss auf die vorhandenen oberflächennahen Sedimente und die
Ausbildung des Oberflächenreliefs haben. Generell kann davon ausgegangen werden,
dass die heutigen Sedimente großräumig mit neuen Ablagerungen überdeckt werden.
Die Naturräume werden jedoch bis auf die Auen/Marschen, die sich erst allmählich im
Verlauf des Klimazustands wieder bilden, weiterhin vorhanden sein. Es ist jedoch anzunehmen,
dass sich ihre räumliche Anordnung und Ausdehnung von der heutigen unterscheiden
wird. Vielerorts bilden sich in den Ebenen und Flussläufen Seen und Moore,
hervorgerufen durch den hohen Grundwasserstand sowie den durch die niedrigen
Temperaturen reduzierten Abbau pflanzlichen Materials.
3.3.2.3 Hydrologie
Die Anzahl der Seen wird sich erhöhen. Die übrigen hydraulischen Gegebenheiten
richten sich danach, ob das Klima nach einer Abkühlung unseres heutigen Zustands
oder nach einer vorherigen Vergletscherung im Zuge einer Erwärmung erreicht wird.
Tritt der Klimazustand nach einer Vergletscherung ein, so wird angenommen, dass ein
zuvor während des ET-Klimas gebildeter Permafrostboden zunächst weiterhin erhalten
bleibt. Mit fortschreitender Erwärmung in Richtung Dfc-Klima wird er jedoch degradieren
und von einem kontinuierlichen zu einem diskontinuierlichen und schließlich sporadischen
zerfallen, bis er schließlich ganz aufgetaut ist. Die jeweilige Ausprägung hängt
auch von dem Sediment ab.
31

Die Landschaft wird durch eine große Flussebene vom Typ „braided river“ geprägt
sein. Die Abflussspitzen der Flüsse liegen im Frühjahr, wenn der gesamte Schnee innerhalb
weniger Wochen schmilzt /SCH 95/.
Tritt der Klimazustand im Anschluss an die heutige Warmzeit ein, so wird angenommen,
dass nicht unbedingt Permafrostböden ausgebildet werden. Dadurch werden sich
weniger Seen und Moore ausbilden. Das Flusssystem wird sich nicht nennenswert
verändern.
In der süddeutschen Referenzregion sind Schichtquellen vorhanden und passen sich in
ihrer Schüttmenge den klimatischen Gegebenheiten an.
3.3.2.4 Hydrogeologie
In den norddeutschen Referenzregionen wird unabhängig davon ob der Klimazustand
nach einer Erwärmung oder Abkühlung erreicht wird, der Untergrund weiterhin durch
den Wechsel wasserdurchlässiger und schlecht durchlässiger Schichten geprägt sein.
Der genaue Aufbau und die Mächtigkeit der Deckschichten hängt im Wesentlichen davon
ab, ob vorher eine Vergletscherung stattgefunden hat und wenn dies der Fall war,
ob die Gletscherstirn vor, in oder hinter der Referenzregion lag. In der Regel ist es
dann zu einer erheblichen Ablagerung von Sedimenten gekommen und damit zu einer
Überdeckung der bisherigen Schichten. Die Mächtigkeit der Deckschicht wird sich
dann in der Regel erhöht haben. Vor der Gletscherstirn wird die Endmoräne aufgestaucht,
dahinter sedimentieren Schotter und Sande, beim Abschmelzen des Gletschers
wird im Bereich der Vergletscherung die Grundmoräne abgelagert.
Für die süddeutsche Referenzregion wird angenommen, dass das Donautal mit weiteren
Schottern und Sanden aufgefüllt wird. Die Schwäbische Alb bleibt im Wesentlichen
unberührt, so dass weiterhin Karst auf schlecht durchlässigere Schichten vorhanden
ist. Es könnte jedoch zur verstärkten Frostverwitterung des Gesteins kommen.
3.3.2.5 Böden
Aufgrund der langwierigen Zersetzung des anfallenden Streus in Form von Koniferennadeln
und anderem Hartlaub, sowie ihre hohe Acidität und der im Jahresverlauf lang
anhaltenden Kälte und Nässe kommt es zu einem nur geringen Stoffumsatz. Die Folge
ist der Aufbau mächtiger nährstoffarmer und saurer Streuschichten, wie Torf oder Roh-
32

humus. Als typische Böden bilden sich im Bereich der Schotter und Sande Podzole
(Podsole), auf staunassen, schlecht drainierten Standorten wie sie häufig auf Grundmoränen
oder über Permafrost vorkommen Gleysole (Gleye) oder Histosole (Moor-,
Torfböden). Am Hangfuß kann es zu der Ausbildung von Kolluvien kommen. Auf der
Schwäbischen Alb entstehen hauptsächlich Leptosole (Rendzina).
Die Eigenschaften der Böden, wie die Mächtigkeit der Bodenhorizonte (insbesondere
der Humusauflage), das Gefüge sowie die Lage der Anreichungshorizonte von z.B. Eisen,
Mangan oder Ton sind auch von ihrem Alter abhängig und damit von dem zuvor
herrschendem Klima. Im Anschluss an eine Vergletscherung werden sehr junge Böden
vorhanden sein, die sich aus den neuen Sedimenten entwickelt haben. Im Zuge einer
Abkühlung sind die tiefgründigen Böden weiterhin vorhanden und werden durch die
neuen Klimabedingungen überprägt.
3.3.2.6 Vegetation
Unter natürlichen Bedingungen dominieren boreale Nadel-, gelegentlich auch
Mischwälder. Bei einer Entwicklung in Richtung ET-Klima bilden sich Waldtundren, ansonsten
eine Taiga oder offene Flechtenwälder. Kleinräumige Differenzierungen sind
an die Bodenfeuchte und den Lichteinfall geknüpft. In den Flussebenen gibt es nur wenig
Bewuchs. Permafrost limitiert die Durchwurzelungstiefe.
Wenigstens zu Beginn des Klimazustands richtet sich die Entwicklung der Vegetation
nach dem zuvor vorhandenen Klima bzw. den Bodenverhältnissen. Die Vegetation auf
frisch abgelagerten Sedimenten wird sich erst langsam entwickeln und weniger dicht
sein als diejenige auf schon vorhandenen weiter entwickelten und tiefgründigeren Böden.
3.3.2.7 Wasser- und Sedimenttransport
Erosionsprozesse finden vor allem in den weiten Flussebenen statt, wie sie nach einer
Vereisung entstehen. Während der Abflussspitzen der Flüsse im Frühjahr kommt es zu
großen fluviatilen Materialumlagerungen. Im Sommer findet in den trocken gefallenen
Bereichen in Abhängigkeit der Vegetationsdichte verstärkt Winderosion statt, bei der
Feinsand und Schluff ausgeweht werden. Diese werden andernorts als Düne oder flä-
33

chige Lössdecke abgelagert. Außerhalb der Flusssysteme ist der Wasser- und Sedimenttransport
eher gering. Am häufigsten finden sich hier Solifluktionsprozesse.
Auf der Schwäbischen Alb kommt es in Abhängigkeit der Vegetationsdichte und in Folge
der verstärkten Frostverwitterung zu Winderosion und Gesteinsabbrüchen.
3.3.2.8 Bewirtschaftung/Nahrungsbeschaffung
Sowohl in Nord- als auch in Süddeutschland ist eine intensive Landwirtschaft nicht zu
erwarten. Möglich wäre z.B. Rentierwirtschaft, das Sammeln von natürlichen Produkten
(Beeren, Pilzen), das Jagen von Wildtieren und Fischfang. Zu berücksichtigen ist, dass
die Produktionsrate gering ist. Dies bedeutet, dass für die Ernährung einer Person ein
viel größeres Gebiet benötigt wird als im heutigen Klima und Wildtiere weiträumige
Weideräume besitzen und sich daher nur kurze Zeit in den Referenzregionen aufhalten
werden.
3.3.2.9 Eintrag von Kontamination
Die Kontamination kann in den Boden eingetragen werden durch:
(1) Überschwemmung mit kontaminiertem Wasser aus Flüssen, Seen und Grundwasser,
(2) Kapillaraufstieg aus dem Grundwasser (wegen tiefer Temperaturen eher gering)
und
(3) Ablagerung von kontaminiertem und durch Winderosion verfrachtetem Schluff und
Sand aus kontaminierten Flussebenen.
Auf der Schwäbischen Alb ist die Freisetzung von Kontamination aus einer Schichtquelle
möglich.
34

3.3.3 Subpolares Klima ET
3.3.3.1 Klima
Der Klimazustand ET wird als Frostschuttzone oder Tundrenzone bezeichnet /SCH
95/. In ihr finden vielfältige Prozesse statt, die sich auf die Biosphäre auswirken. Vor allem
die Frostwechsel bewirken durch den wechselnden Wassergehalt im Boden auf
z.T. gefrorenem Untergrund durch Spannungsänderungen und Volumenwechsel vielfältige
frostdynamische Prozesse. Deren Einfluss auf die Abtragung und Formung der
Landschaft ist groß und drückt sich in charakteristischen Oberflächenformen und einer
Angleichung des Reliefs (Kryoplanation) aus. Wichtige Ausprägungsmerkmale sind das
Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein eines Permafrostbodens sowie die Entfernung
zum Gletscher, denn diese haben maßgeblichen Einfluss auf die Intensität und
Art der geomorphologischen Prozesse, die Grundwasserneubildung, aber auch die
Bodenentwicklung.
In der Regel liegt die Mitteltemperatur im wärmsten Monat zwischen +6°C und +10°C
/SCH 95/. Die Wachstumsperiode, in der ausreichend Niederschlag fällt und die mittlere
Temperatur über 5°C liegt beträgt drei, selten vier Monate. Die jährlichen Niederschläge
mit Werten unter 200 mm bis 300 mm fallen meist als Schnee.
3.3.3.2 Geomorphologie/Naturräume
Die landschaftlichen Gegebenheiten richten sich danach, ob das Klima nach einer Abkühlung
unseres heutigen Zustands oder nach einer vorherigen Vergletscherung im
Zuge einer Erwärmung erreicht wird. Unabhängig davon werden frostdynamische Prozesse
und Materialumlagerungen in Form von Solifluktion vorherrschen.
Tritt der Klimazustand im Anschluss an eine Vergletscherung, wie es in Norddeutschland
möglich ist, ein, so wird angenommen, dass die heutige Landschaft stark überprägt
sein wird. Die Ausbildung der Landschaftsformen hängt vor allem von dem Verlauf
der Vergletscherung und seiner maximalen Ausdehnung ab, da diese Faktoren
maßgeblichen Einfluss auf die vorhandenen oberflächennahen Sedimente und die
Ausbildung des Oberflächenreliefs haben. Erreicht der Gletscher die Referenzregion,
bilden die Höhenzüge der Endmoräne die dominierenden Oberflächenformen. Kommt
der Gletscher vorher zum Stehen und liegt die Referenzregion außerhalb der Endmo-
35

änenzüge, so bilden Sanderflächen und Urstromtal eine weiträumige Ebene mit Schottern
und Sanden, dem dominierenden Naturraum. Durch lokal begrenztes Gefrieren
von Wasser im Untergrund können sich durch die Volumenzunahme sogenannte Aufeishügel
bilden, die mit unterschiedlicher Höhe aus der Ebene ragen /SCH 95/. Die
kleinsten von maximal 0,5 m Höhe werden Thufure oder auch Erdbülten genannt,
Palsas ragen steil bis zu 10 m auf, Pingos erreichen sogar eine Höhe von bis zu 100 m
Höhe. Aus der Grundmoräne ausgewehte Feinsande bilden Dünen. Kleinräumig können
vor Erhebungen Schluffe in Form von Löss abgelagert werden. Wird die Referenzregion
vom Gletscher überfahren, so bildet die zurückbleibende Grundmoräne eine
weiträumige Ebene und den dominierenden Naturraum. Erhebungen bilden Kames,
Oser oder Nunataker. Auch Toteishügel sind direkt nach der Vergletscherung noch
vorhanden und bilden beim Abtauen flache Geländedepressionen. Subglazial gebildete
Schmelzwasserrinnen können ebenfalls vorhanden sein und erst im Laufe des ET-
Klimas aufgefüllt werden.
Es kann somit davon ausgegangen werden, dass die heutigen Sedimente großräumig
mit neuen Ablagerungen überdeckt werden. Die Naturräume werden jedoch bis auf die
Auen/Marschen weiterhin vorhanden sein. Es ist jedoch anzunehmen, dass sich ihre
räumliche Anordnung und Ausdehnung von der heutigen unterscheiden wird. Vielerorts
bilden sich in den Ebenen und Flussläufen Seen, hervorgerufen durch den hohen
Grundwasserstand und die verminderte Infiltration.
Tritt der Klimazustand im Anschluss an die heutige Warmzeit ein, so wird angenommen,
dass die gegenwärtigen Naturräume weiterhin in den Referenzregionen vorhanden
sein werden. Die Landschaft wird der heutigen ähnlich sein, jedoch mit deutlich
mehr Seen. Je nach Wasserführung der Flüsse und Vegetationsdichte könnte in den
Auen ein höherer Anteil an Feinmaterial (Auenlehmen) abgelagert werden.
Die Landschaftsformen der Schwäbischen Alb bleiben im Wesentlichen unverändert.
3.3.3.3 Hydrologie
Durch die sommerliche Schneeschmelze fallen 80 bis 90% des jährlichen Niederschlags
innerhalb weniger Wochen im Juni oder Juli, wodurch es in den Flüssen zu
extremen Hochwässern kommt /SCH 95/. Permafrost verstärkt den Prozess, da der gefrorene
Untergrund eine nur geringe Grundwasserneubildung zulässt, der größte Teil
oberirdisch abfließt und ohne Verzögerung in die Flüsse gelangt. Unter sehr breiten
36

und tiefen Flüssen, die auch über einen ganzjährig hohen Wasserumsatz verfügen, bilden
sich sogenannte Taliki 13 aus. Diese stellen eine Verbindung zwischen dem oberflächennahen
Grundwasserleiter und dem Tiefengrundwasserleiter her. Auch unter
Seen und im Bereich salzhaltigem Grundwasser können Taliki gegebenenfalls zeitweise
erhalten bleiben.
Nach einer Vergletscherung bildet sich durch den extremen Wechsel in der Wasserführung
ein sogenannter „braided-river“ aus. Sein Verlauf orientiert sich im Wesentlichen
an dem zuvor gestalteten Urstromtal, das nicht zwangsläufig im Bereich der heutigen
Flüsse liegen muss. Elbe und Weser könnten jedoch aufgrund des sehr ebenen Geländes
leichter ihr Flussbett verlegen als die Donau, die zwischen Schwäbischer Alb
und Tertiärhügelland eingeengt ist.
Ausgehend von einem Dfc-Klima werden die Flüsse zwar auch ähnliche Eigenschaften
wie ein „braided-river“ aufweisen, allerdings wird es sich bei den mitgeführten und abgelagerten
Sedimenten eher um feinkörnigeres Material wie Schluffe und Sande handeln.
Die Landschaft ist reich an Seen. Diese entstehen durch das Auftauen oberflächennaher
Bodenschichten und die durch den tieferen Permafrost behinderte Infiltration von
Oberflächenwasser oder auch durch die Volumenzunahme im Bereich von Eiskeilen,
die wassergefüllte Depressionen von 10 bis 40 m Durchmesser verursachen /SCH 95/.
Nach einer Vereisung können zudem auch durch das Auftauen von Aufeishügeln und
Toteisblöcken sogenannte Abschmelzhohlformen (Kryo-, Thermokarst) von einigen
hundert bis maximal 1000 m Durchmesser entstehen, in denen Seen von meist weniger
als 1 m bis 4 m Tiefe entstehen (Thermokarstsee) /SCH 95/. Während einer vorherigen
Vereisung kann zudem durch Schmelzwasser eine subglaziale Tiefenerosion
stattgefunden haben. In diesen sogenannten Schmelzwasserrinnen bilden sich keine
Flüsse aus, weil die Rinnenbasis in der Regel kein Gefälle aufweist /SCH 95/. Durch
die unter dem Grundwasserspiegel befindliche Lage bilden sich jedoch vielfach Seen
aus.
Auf der Schwäbischen Alb fließt das Oberflächenwasser weiter ungehindert in den
Karst ab. Schichtquellen sind vorhanden und passen sich in ihrer Schüttmenge den
klimatischen Gegebenheiten an.
13 Talik: ungefrorener Untergrund
37

3.3.3.4 Hydrogeologie
Die hydrogeologischen Gegebenheiten unterscheiden sich je nachdem ob es sich um
eine Erwärmung oder Abkühlung handelt nicht wesentlich von dem zuvor vorhandenen
Dfc- bzw. ET-Klima. Durch die Materialumlagerung durch (glazio)fluviatile oder äolische
Prozesse sowie Solifluktion oder Steinschläge/Erdrutsche, kann sich jedoch in
Oberflächennähe eine geringfügige Veränderung des Schichtenaufbaus ergeben.
3.3.3.5 Böden
Auf schwach geneigten, vegetationsarmen Flächen bilden sich sogenannte Frostmuster-
oder Strukturböden, in denen durch die Frostwechsel eine vertikale und horizontale
Materialsortierung stattfindet und sich in Steinringen, -polygonen, -inseln oder streifen
ausdrückt. Der Humusabbau und damit die Freisetzung der darin enthaltenen mineralischen
Nährstoffe, wie auch die Tonmineralbildung erfolgen äußerst langsam, wodurch
es zu erheblichen Humusanreicherungen kommt.
Im Bereich von Permafrostgebieten beschränken sich die bodenbildenden Prozesse in
der Regel auf die einen Meter tiefe sommerliche Auftauschicht und laufen nur während
weniger Monate im Jahr ab. Der verbleibende Permafrost verhindert ein Versickern des
Schmelz- und Regenwassers, so dass es zu Vernässungen kommt. Durch die reduzierenden
Bedingungen werden die chemische und biologische Umsetzung und dadurch
auch die Bodenbildung gehemmt. Es bilden sich Histosole oder Gleysole.
Im Anschluss an eine Vergletscherung in Norddeutschland sind die Böden noch sehr
flachgründig. Es dominieren grobkörnige Sedimente wie Schotter/Sande oder auch
Moränenmaterial, aus denen Regosole entstehen. Sie besitzen keinen Auflagehumus
und sind alkalischen bis schwach sauer /SCH 95/.
Während einer Abkühlung bleiben die tiefgründigen Böden des Dfc-Klimas weitgehend
bestehen. Am Hangfuß kommt es vermehrt zu der Bildung von Kolluvien.
Auf der Schwäbischen Alb dominieren Rendzinen, die je nach Klimaverlauf aus einer
mehr oder weniger mächtigen unverwitterten Lockermaterialdecke bestehen /SCH95/.
38

3.3.3.6 Vegetation
Aufgrund der kurzen Vegetationsperioden, der vernässten Böden sowie der Umlagerung
der Böden durch Kryoturbation können nur wenige Pflanzenarten existieren
/SCH 95/. Die Vegetation besteht aus artenarmen Gesellschaften, wie Gräsern, Moosen
und Flechten. Ihre Wurzeltiefe ist vor allem unter Permafrostbedingungen gering
und beträgt im Extremfall nur wenige mm (Flechten). In Tundren kann die Pflanzendecke
nahezu geschlossen sein oder sich saisonal bedingt nur auf begünstigten Standorten
halten.
3.3.3.7 Wasser- und Sedimenttransport
In gletschernahen Gebieten dominiert aufgrund des hohen Schmelzwasseranfalls die
fluviatile Erosion und es kommt besonders im Frühjahr zu einer erheblichen Erosion.
Bei nachlassender Fließgeschwindigkeit erfolgt eine Sedimentation von Schottern und
Sanden, großen Geröllen und Feinmaterial (Sand, Schluff, Ton). In den Sommermonaten
kommt es zu dem Austrag von Feinsand und Schluff durch Winderosion. Diese
werden andernorts als Düne oder Lössdecke abgelagert.
Außerhalb der Flusssysteme ist der Wasser- und Sedimenttransport geringer. Am häufigsten
sind hier Solifluktionsprozesse, die durch die stoßweise anfallenden Abflussspenden
im Sommer hervorgerufen werden und deren Abtragungsrate in den meisten
Fällen bei einigen Zentimetern pro Jahr liegt /SCH 95/. Wann die Solifluktion einsetzt
und wie schnell sie voranschreitet ist in starkem Maße vom Wassergehalt des Substrates
und vom Substrat an sich sowie dem Aufbau des Untergrunds abhängig. In Permafrostgebieten
werden aufgrund der herabgesetzten Reibung schon bei Hängen ab ca.
2° Neigung Fließbewegungen möglich /EHL 11/. Hier werden Abtragungsraten von bis
zu 10 cm pro Jahr erreicht /ZEP 08/. Insgesamt ist die Erosion aufgrund der geringere
Vegetationsdichte und Durchwurzelungstiefe größer als im Dfc-Klima.
Auf der Schwäbischen Alb kommt es in Abhängigkeit der Vegetationsdichte und in Folge
der verstärkten Frostverwitterung zu Winderosion und Gesteinsabbrüchen. In Ebenen
bilden sich z.B. Frostschuttfelder, am Fuß von Hängen Frostschutthalden aus
/SCH 95/.
39

3.3.3.8 Bewirtschaftung/Nahrungsbeschaffung
Die Bewirtschaftung unterscheidet sich nicht wesentlich vom Dfc-Klima. Die Produktionsrate
verringert sich jedoch durch die kürzere Vegetationsperiode.
3.3.3.9 Eintrag von Kontamination
Kontamination kann im Boden eingetragen werden durch:
(1) Freisetzung von kontaminiertem Grundwasser über Taliki und Überschwemmung
mit kontaminiertem Wasser aus Flüssen, Seen und Grundwasser,
(2) Kapillaraufstieg aus Grundwasser (wegen tiefer Temperaturen eher gering) und
(3) Ablagerung von äolisch transportiertem Material (Löss und Sand) aus kontaminiertem
Gebiet.
Der Eintrag der Kontamination unterscheidet sich nicht wesentlich von dem unter Dfc-
Klima. In der Süddeutschen Referenzregion kann eine Freisetzung über Schichtquellen
stattfinden.
3.3.4 Polares Klima (EF)
Eine Gletscherüberdeckung hat in der quartären Vergangenheit nur die norddeutschen
Referenzregionen betroffen. Daher wird dieser Klimazustand für die süddeutsche Referenzregion
nicht betrachtet.
3.3.4.1 Klima
Der Klimazustand EF wird auch als polare Eiswüste bezeichnet, in der die Referenzregionen
ganzjährig mit Eis bedeckt sind /SCH 95/.
3.3.4.2 Geomorphologie/Naturräume
Das Eis bedeckt die Referenzregionen vollkommen und überdeckt somit die früheren
Landschaftsformen.
40

3.3.4.3 Hydrogeologie
Der Untergrund wird zunächst weiträumig durch den vorrückenden Gletscher erodiert.
Der Abtrag ist jedoch nicht überall gleich hoch, sondern ist von der Topographie und
dem Untergrund abhängig. Ein Extrem stellt die Erosion subglazialer Schmelzwasserrinnen
dar, die bis in Tiefen von etwa 400m erfolgt.
3.3.4.4 Hydrologie
In das Gletschereis sickernde Niederschläge bzw. Schmelzwässer strömen subglazial
ab und treten zum großen Teil an der Gletscherstirn wieder aus.
3.3.4.5 Böden
Vor der Gletscherüberdeckung vorhandene Böden werden von dem einsickernden
Schmelzwasser durchspült, im Bereich der Schmelzwasserrinne abgetragen oder
durch die glazigene Erosion gekappt.
3.3.4.6 Vegetation
Eine Vegetation ist so gut wie nicht vorhanden.
3.3.4.7 Wasser- /Sedimenttransport
Es findet ausschließlich Erosion statt. Diese wird durch den Gletscher (glazigen) oder
das Schmelzwasser (glaziofluviatil) hervorgerufen. Möglich ist auch eine subglaziale
Tiefenersoion.
3.3.4.8 Bewirtschaftung/Nahrungsbeschaffung
Eine Bewirtschaftung ist nicht möglich.
41

3.3.4.9 Eintrag Kontamination
In Folge der weitgehenden Entkopplung von Geosphäre und Biosphäre kann davon
ausgegangen werden, dass eine Kontamination in der Geosphäre verbleiben würde.
Es ist anzunehmen, dass durch die großen Schmelzwassermengen eine erhebliche
Verdünnung einsetzt. Möglich ist, dass während eines vorherigen Klimas kontaminiertes
Material äolisch (Löss und Sand) oder mit Wasser (Fluss- und Seesedimente) in
andere Gebiete transportiert wird.
3.3.5 Wintertrockene Mittelbreiten (CW)
Der Klimazustand ist vergleichbar mit dem im Abschnitt 2.2 beschriebenen. Der Niederschlag
wäre bedeutend geringer. Grundwassertransport und Fließraten der Flüsse
könnten je nach großräumiger Topographie geringer ausfallen. Abhängig von der Vegetationsdichte
und der Intensität der Niederschläge sind Erosion und Sedimentation
zu erwarten. Während trockener Perioden kommt es zur Winderosion. Landwirtschaft
ist nur mit Bewässerung möglich.
3.3.6 Fazit zu diskreten Klimazuständen
Aus den Beschreibungen der Klimazustände geht hervor, dass es zwischen einzelnen
Klimazuständen große Ähnlichkeiten gibt. Aus diesem Grund wird folgende Auswahl
für die Entwicklung konzeptueller Modelle für die physikalische Biosphäre, vorgeschlagen:
Zu betrachten sind
• das heutige Cfb-Klima,
• ein kälteres Klima, das die Eigenschaften des ET- und Dfc-Klimas abdeckt,
• ein wärmeres Klima, entsprechend dem CS-Klima, mit dem auch die Eigenschaften
des CW-Klima abgedeckt sind sowie
• ein spezielles Szenario, das die Besonderheiten einer durch eine Schichtquelle
gespeisten Landwirtschaft berücksichtigt.
Auch bei den diskreten Klimazuständen kann es zur Veränderung von Naturräumen
kommen, wie beispielsweise zur Trockenlegung eines Moores und dessen anschlie-
42

ßender landwirtschaftlicher Nutzung. Da solche Übergänge aber aufgrund von Klimaveränderungen
verstärkt auftreten, werden sie erst im folgenden Kapitel 0 behandelt.
3.4 Klima-Übergänge
Im Folgenden werden die Klimaübergänge beschrieben und hinsichtlich ihrer Relevanz
für den Radionuklidtransport diskutiert. Ziel ist es Szenarien zu identifizieren, die bisher
nicht in den diskreten Klimazuständen beschrieben worden sind, aber zu hohen oder
höheren Belastungen führen können.
3.4.1 Erwärmung vom Cfb- zum CS-Klima mit Anhebung des Meeresspiegels
Eine Erwärmung hat neben höheren Temperaturen auch eine Änderung der Niederschlagsmenge
und Verteilung, eine erhöhte Verdunstung, eine steigende Erosion und
eine Veränderung der Landwirtschaft zur Folge. Eine Erwärmung könnte zudem durch
das Abschmelzen sämtlicher heute vorhandener Gletscher der Erde eine Überflutung
der norddeutschen Referenzregion mit Meerwasser zur Folge haben. Während einer
Meerwasserüberflutung würden die Radionuklide beim Austritt aus der Geosphäre in
das Meerwasser eintreten, in dem dann eine hohe Verdünnung der Konzentrationen
erfolgt. Die Aufnahme der Radionuklide in die Nahrungskette (Fische, Krebse, Algen,
etc.) sowie in den Schlick am Meeresgrund werden zu weit geringeren Dosisraten führen
als Szenarien ohne Meerestransgression.
Wichtiger sind Szenarien in denen die Meeresküste direkt an die Referenzregion heranreicht,
denn hier könnten mit Nehrungen, Deltas und Marschen neue Naturräume
entstehen. Eine detaillierte Beschreibung der Prozesse und der daraus resultierenden
Naturräume sind in /VOS 11/ nachzulesen. Die Nutzung dieser Naturräume als landwirtschaftliche
Flächen richtet sich im Wesentlichen nach dem Salzgehalt im Grundwasser
und Boden und damit nach der Verdünnung mit Süßwasser, das durch Niederschläge
und Flüsse in das Gebiet eingebracht wird. Weiterhin sind die Verlandung von
Seen und die Degeneration von Mooren relevant. Derartige Szenarien treten auch
während der diskreten Klimazustände auf, sind aber verstärkt bei einer Erwärmung
vom Cfb zum CS-Klima zu erwarten und werden deshalb hier beschrieben.
Im Folgenden werden die für die Naturräume wichtigsten Punkte beschrieben.
43

3.4.1.1 Nehrung und Delta
Eine Nehrung besteht im Wesentlichen aus Feinsand, ein Delta besitzt zusätzlich einen
hohen Schluffanteil. Der Stand der Bodenbildung, die Lage des Standortes (Hang,
Ebene, Schutz vor Wind, Gischt, Überschwemmungshäufigkeit) und der Einfluss des
salzhaltigen Grundwassers bzw. die Lage der Süßwasserlinse bestimmen die landwirtschaftlichen
Nutzungsmöglichkeiten. In jedem Fall ist das Sammeln von Naturprodukten
möglich. Die Nutzung in Form von Viehwirtschaft richtet sich nach der Trittfestigkeit
des Bodens und setzt den Schutz vor Gischt und eine Aussüßung der obersten Bodenschicht
voraus, damit Gras gedeihen kann.
Auf Grund des Aufbaus und der Lage zum Meer bestehen große Ähnlichkeiten des
Deltas mit einer Marsch, s. Kapitel 3.4.1.3. Durch den hohen Schluffanteil kann auch
hier durch Trockenlegung der oberen Bodenschichten (z.B. Eindeichung, Drainage)
sehr fruchtbares Land entstehen.
Bei der Beschreibung der Naturräume und des Radionuklidtransports sind folgende
Prozesse zu berücksichtigen:
• Niederschlag und Evapotranspiration:
Es ist eine große Bandbreite möglich.
• Landwirtschaft, Pflanzenbewuchs:
Auf regelmäßig überschwemmten Flächen ist höchstens Viehwirtschaft möglich.
Dort wachsen im Wesentlichen salztolerante und -liebende Pflanzen. Die Eignung
für landwirtschaftliche Flächen richtet sich nach dem Grundwasserflurabstand der
Süßwasserlinse und dem Schutz vor Gischt und Wind.
• Bodenwasser:
Wegen des hohen Grundwasserspiegels und der regelmäßigen Überschwemmungen
sowie der nur lokal vorhandenen Süßwasserlinse ist die Wasserbewegung gering.
• Grundwassertransport:
Durch den hohen Grundwasserspiegel und geringen Gradienten ist der Grundwassertransport
eingeschränkt.
• Erosion und Sedimentation:
Erosion und Sedimentation sind hoch und stark von der Lokalität abhängig. An ei-
44

nigen Stellen überwiegt die Erosion, an anderen die Sedimentation. Bei dem Übergang
von Süß- zu Salzwasser kann sich die Sedimentationsrate im Wasser erhöhen.
• Entwicklung von neuen Böden:
Aus den schluffhaltigen Sedimenten eines Deltas bilden sich Salz-, Kalk-, Klei-,
Knick, Moormarschen. Auf den sandigen Sedimenten der Nehrung vor allem Podsole.
Die Abfolge der Böden ist in Abb.10 veranschaulicht.
Abb. 10: Bodengroßlandschaft im Bereich der tidebeeinflussten Küste /BOD 05/
• Flüsse von Wasser und Feststoffen in Oberflächengewässern:
Flüsse bringen Süßwasser in das Gebiet. Zusätzlich werden durch die Flüsse und
das Meer Sedimente eingetragen.
• Entwicklung der Naturräume:
Meeresfern gelegene Teile des Deltas entwickeln sich durch natürliche Vorgänge
zu landwirtschaftlich nutzbaren Flächen oder werden durch Eindeichen/Drainage in
fruchtbares Ackerland umgewandelt (siehe Kapitel 3.4.1.3).
Nehrungen sind meerwärts immer in Bewegung. in Richtung Festland entwickeln
sich zunächst Moore, Marschen. Die Marschen wiederum können durch Eindeichen/Drainage
in fruchtbares Ackerland umgewandelt werden. Auch Salzgewinnung
ist möglich.
Für die Modellierung relevant ist die Verdünnung durch den großen Wasser- und Sedimentumsatz.
Um die Kontamination von Marschen und Mooren in Meeresnähe zu
45

erechnen und abzuschätzen in welcher Größenordnung die Verdünnung gegenüber
relevanten Oberflächengewässern liegt, ist es sinnvoll ein Delta in Meeresnähe genauer
zu betrachten. Für die Abschätzung wurden Angaben aus Kappenberg & Fanger
über die Elbemündung berücksichtigt /KAP 07/. Für die Elbemündung wird ein Wasserdurchfluss
von 10 10 m 3 /a und ein Sedimentfluss von 0,34 Mt/a angegeben. Nimmt
man ein betroffenes Gebiet von 100 km 2 an, führt dies zu einer Ablagerung von 3,4 mm
Sediment pro Jahr. Zur Abschätzung des Wasservolumens können die Überlegungen
für ein typisches Gezeitendelta herangezogen werden. Nimmt man eine Gezeitendifferenz
von 2 m, eine mittlere Höhe der Überschwemmung von 1 m, und eine Oberfläche
von 100 km 2 an, von der 30 % bei Hochwasser überschwemmt werden, so ergibt sich
daraus ein Wasservolumen von 3·10 07 m 3 . Nimmt man weiter an, dass die Überschwemmung
entsprechend der Gezeiten zweimal pro Tag stattfindet, ergibt sich ein
pro Jahr bewegtes Wasservolumen von ca. 2·10 10 m 3 /a. In der Größenordnung ist dies
vergleichbar mit dem Abfluss der Elbe von 10 10 m 3 /a.
Ersichtlich ist, dass die Verdünnung bedeutend größer ist als diejenige, die in einem
Biosphären-Aquifer stattfindet dessen Wasserfluss üblicherweise in einer Größenordnung
von 10 04 bis 5·10 06 m 3 /a liegt. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass, sofern diese
Marschen und Moore regelmäßig überschwemmt werden bzw. generell einen hohen
Grundwasserspiegel aufweisen, sie nur für Viehzucht verwendet werden können.
In den nächsten Abschnitten werden die für die Landwirtschaftlich wichtigsten Naturräume
Moor und Marsch, welche sich in einer Nehrung oder einem Delta bilden können,
besprochen.
3.4.1.2 Moor
Moore entwickeln sich nur unter Süßwasserbedingungen aus stets vernässten Flächen
oder aus Seen, die zunehmend verlanden. Ohne Entwässerung sind Moore nur für die
Viehwirtschaft geeignet.
Bei der Beschreibung der Naturräume und des Radionuklidtransports sind dann folgende
Prozesse zu berücksichtigen:
• Niederschlag und Evapotranspiration:
Es ist eine große Bandbreite möglich. Wegen dem hohen Grundwasserspiegel gibt
es keine Bewässerung.
46

• Landwirtschaft und Pflanzenbewuchs:
Wegen des hohen Grundwasserspiegels und der geringen mechanischen Belastbarkeit
des Moores ist kaum Landwirtschaft möglich, höchstens Viehwirtschaft.
• Bodenwasser:
Wegen des hohen Grundwasserspiegels ist der Wassertransport gering.
• Grundwassertransport:
Durch den hohem Grundwasserspiegel und geringen Gradienten ist der Grundwassertransport
eingeschränkt.
• Erosion und Sedimentation:
Lokal ist Erosion möglich, ansonsten findet vor allem Sedimentation statt.
• Entwicklung von Böden:
Torfschichten wachsen an.
• Flüsse von Wasser und Feststoffen in Oberflächengewässern:
Flüsse können Süßwasser und Sedimente in das Gebiet bringen.
• Bildung und Umwandlung von Naturräumen:
Die Torfschichten wachsen mit der Zeit aus dem grundwasserbeeinflussten Bereich
hinaus. Das Niedermoor wandelt sich dann in ein Hochmoor um.
Wenn der Grundwasserspiegel absinkt, ist auch Gemüseanbau und im weiteren Verlauf
ab etwa einen halben Meter Flurabstand ist auch Ackerbau möglich. Zu beachten
ist, dass eine Senkung des Grundwasserspiegels den Abbau des organischen Materials
beschleunigt und die Fruchtbarkeit des Moores ohne Düngung schnell abnehmen
lässt. Das Moor kann auch für den Abbau von Torf (z.B. als Material für Bodenverbesserung
oder als Brennstoff) genutzt werden. Bei der Beschreibung der Naturräume und
des Radionuklidtransports sind folgende Prozesse zu berücksichtigen:
• Niederschlag & Evapotranspiration:
Die Niederschlagsmenge ist wichtig für das Pflanzenwachstum. Ein Defizit kann
durch Bewässerung kompensiert werden. Diese Wasserströme bestimmen auch
den Radionuklidtransport aus dem Moor heraus.
• Landwirtschaft, Pflanzenbewuchs, Primärproduktion:
Die Böden des Moores sind zunächst fruchtbar und die landwirtschaftliche Produktion
hoch. Bewässerung kann nötig sein. Die mechanische Belastbarkeit des Bodens
ist gering.
47

• Bodenwasser:
Niederschlag, der nicht verdunstet oder oberflächlich abfließt, wird in das Grundwasser
infiltrieren. Während der trockenen und warmen Sommermonate kann ein
kapillarer Wasseraufstieg möglich sein.
• Grundwassertransport:
Wegen der flachen Topographie sind der Gradient im Grundwasser und die
Grundwasserbewegung gering.
• Erosion und Sedimentation:
Wegen der flachen Topographie ist die Erosion gering.
• Entwicklung von Böden:
Bei Entwässerung sackt der Moorboden in sich zusammen und vererdet bei entsprechend
hohem Niederschlag. Ansonsten trocknet der Boden aus und es entstehen
Risse.
Wird ein Moor häufiger mit Salzwasser überschwemmt stirbt es ab und die Torfschichten
saugen sich mit dem Wasser voll. Durch dessen Verdunstung reichert sich das
Salz im Torf an. Die Konzentration ist so groß, dass Salzgewinnung möglich ist.
Für die Modellierung ist ein Moor vor und nach Entwässerung zu betrachten. Kontamination
kann während der Bildung eines Niedermoors stattfinden. In dieser Phase ist
nur Viehwirtschaft möglich. Ein entwässertes Moor ist auch für Ackerbau geeignet. Ohne
Bewässerung findet keine Kontamination mehr statt und es ist nur eine bestehende
Kontamination zu berücksichtigen.
3.4.1.3 Marsch
Marschen in Meeresnähe werden bei Flut mit Salz- oder Brackwasser überschwemmt.
Direkt am Fluss gelegen werden sie regelmäßig mit Süßwasser überschwemmt. In solchen
Gebieten können verschiedene nicht landwirtschaftliche Produkte gesammelt
werden und auch bestimmte Arten von Landwirtschaft sind möglich (z.B. Viehwirtschaft).
Bei der Beschreibung der Naturräume und des Radionuklidtransports sind folgende
Prozesse zu berücksichtigen:
• Niederschlag und Evapotranspiration:
Es ist eine große Bandbreite möglich.
48

• Landwirtschaft, Pflanzenbewuchs, Primärproduktion:
Es ist vor allem eine natürliche Vegetation zu erwarten, die an Salz- oder Brackwasser
angepasst ist. Solange der Boden salzhaltig ist, ist er für die Landwirtschaft
ungeeignet oder nur sehr eingeschränkt nutzbar.
• Bodenwasser:
Durch den hohen Grundwasserspiegel und die regelmäßige Überschwemmung ist
die Wasserbewegung eher gering.
• Grundwassertransport:
Durch den hohen Grundwasserspiegel und den geringen Gradienten ist der
Grundwassertransport eingeschränkt.
• Erosion und Sedimentation:
Lokal ist Erosion möglich, sonst vor allem Sedimentation. Bei dem Übergang von
Süß- zu Salzwasser kann sich die Sedimentationsrate erhöhen.
• Entwicklung von neuen Böden:
Es kommt zur Bildung von Salz-, Kalk-, Klei-, Knick, Moormarschen.
• Flüsse von Wasser und Feststoffen in Oberflächengewässern:
Einerseits bringen die Flüsse Süßwasser in das Gebiet, anderseits besteht durch
Ebbe- und Flut ein intensiver Austausch mit salzhaltigem Meerwasser. In küstennahen
Bereichen findet ein sehr großer Umsatz von Feststoffen statt.
• Bildung und Umwandlung von Naturräumen:
Marschen lassen sich auf natürliche Art oder durch Eindeichen in fruchtbares
Ackerland umwandeln (siehe Kapitel 3.4.1.3).
Wenn die Überschwemmungen verhindert werden und der Grundwasserspiegel genügend
abgesenkt ist, ist in der Regel auch Ackerbau möglich. Marschland ist in der Regel
ein sehr fruchtbares Land. Bedingung ist, dass ein genügend hoher Grundwasserflurabstand
vorhanden ist. Bei der Beschreibung der Naturräume und des Radionuklidtransports
sind folgende Prozesse zu berücksichtigen:
• Niederschlag & Evapotranspiration:
Die Niederschlagsmenge ist wichtig für das Pflanzenwachstum. Ein Defizit kann
durch Bewässerung kompensiert werden. Die Wasserströme bestimmen auch den
Radionuklidtransport aus dem Marschland hinaus.
49

• Landwirtschaft, Pflanzenbewuchs, Primärproduktion:
Die Böden der Marsch sind fruchtbar und die landwirtschaftliche Produktion hoch.
• Bodenwasser:
Niederschlag, welcher nicht verdunstet oder oberflächlich abfließt, wird in das
Grundwasser infiltrieren. Während der trockenen und warmen Sommermonate
kann ein kapillarer Wasseraufstieg möglich sein. Weil die Böden im Marschland
stark ton- und lehmhaltig sind, ist in der Regel eine Entwässerung (Drainage) nötig.
• Grundwassertransport:
Wegen der flachen Topographie sind die Gradienten im Grundwasser und die
Grundwasserbewegung gering.
• Erosion und Sedimentation:
Wegen der flachen Topographie ist die Erosion gering. Bleiben die Überschwemmungen
aus, wird die Sedimentation vernachlässigbar klein.
• Entwicklung von Böden:
Im Allgemeinen ist ein toniger oder lehmiger Boden zu erwarten.
• Flüsse von Wasser und Feststoffen in Oberflächengewässer:
Die Geomorphologie in der Region und stromaufwärts sowie Klima und Vegetation
bestimmen die Größe der Wasser- und Feststoffflüsse in den Oberflächengewässern.
Für die Biosphärenmodellierung ist, solange die Kontamination noch stattfindet, wegen
der Überschwemmungen und dem hohen Grundwasserspiegel höchstens Viehwirtschaft
möglich. Erst nach Entwässerung können Ackerbau und weiter landwirtschaftliche
Aktivitäten erfolgen. Für die Biosphärenmodellierung ist dann von einer bestehenden
Kontamination auszugehen. Durch den Abtransport mit Wasser nehmen die Konzentrationen
mit der Zeit ab.
3.4.2 Abkühlung vom CS-, CW-Klima zum Cfb-Klima
Bei Rückzug des Meeres könnten sich verstärkt neue Naturräume wie z.B. Nehrungen
und Deltas entwickeln, s. Kapitel 3.4.1.1. Eine Rückkehr von einem wärmeren zum
heutigen Klima verursacht vor allem einen Temperaturrückgang. Auch die Niederschlagsmenge
und die Verteilung über das Jahr ändern sich. Im Allgemeinen wird weniger
Bewässerung nötig sein und die landwirtschaftliche Produktion könnte wegen der
50

niedrigeren Temperaturen abnehmen. Mögliche Naturräume wurden bereits erwähnt.
Darüber hinaus gibt es keine speziellen Szenarien.
3.4.3 Abkühlung vom Cfb- über das Dfc-/ET- bis zum EF-Klima
Die Übergänge zeichnen sich aus durch:
• sinkende Temperaturen,
• geringeren Niederschlag,
• geringeres Pflanzenwachstum und dadurch geringere Ernteerträge,
• langsameren Abbau von organischem Material und dadurch verstärkte Entwicklung
von Mooren.
Aufgrund der Meeresnähe wird davon ausgegangen, dass Norddeutschland unter den
kalt-ozeanischen Typ der Klimazone fallen wird. In ihm bleiben die Sommer etwas kühler
und die Winter wesentlich milder. Die Jahresmitteltemperaturen liegen etwa bei 0°C.
Die Übergänge zu den kälteren Klimaten können wie folgt zusammengefasst werden:
• Cfb => Dfc:
heutiges Klima => Übergangsklima ohne Permafrost:
Zu betrachten ist die maximale Konzentration aus den Berechnungen für das heutige
Klima in einem Rentier-Szenario.
• Dfc => ET:
Übergangsklima ohne Permafrost => Kaltzeit mit Permafrost:
Es kann die maximale Konzentration aus den Berechnungen für das heutige Klima
in einem Rentier-Szenario betrachtet werden.
• ET => EF:
Kaltzeit mit Permafrost zu Kaltzeit mit Gletscherüberdeckung:
Weil sich keine Menschen dauerhaft in einem solchen Klima aufhalten, muss dieser
Übergang nicht betrachtet werden.
Die Radionuklid-Konzentration ist in den Pflanzen und den lokal gehaltenen Tieren unter
kälteren Bedingungen größer als in der heutigen intensiven Landwirtschaft. Grund
dafür ist die Tatsache, dass ein natürliches System immer darauf ausgelegt ist, die
51

Nährstoffe optimal auszunutzen und Verluste gering zu halten. Dies bedeutet, dass unter
eher kargen, kälteren Bedingungen, die Nährstoffe effizienter im Boden zurückgehalten
und von der Pflanze genutzt werden und den Nährstoffen chemisch ähnliche
Radionuklidkationen aus diesem Grund in größeren Mengen in die Pflanze gelangen.
Eine geringere Produktivität bedeutet dabei, dass ein entsprechend größeres Gebiet
nötig ist um die gleiche Anzahl von Personen zu ernähren. Weil eine Aufkonzentrierung
der Radionuklide während der Übergänge nicht zu erwarten ist, kann die maximale
Konzentration vom Cfb-Klima für die Berechnungen angenommen werden.
3.4.4 Erwärmung vom EF- über das ET-, Dfc- bis zum Cfb-Klima
In und am Ende einer Kaltzeit mit Gletscherüberdeckung finden große Materialumlagerungen
statt, welche auch eine große Verdünnung einer vorhandenen Kontamination
verursachen. Ein Spezialfall ist die früher erwähnte Tiefenerosion durch Schmelzwasserrinnen.
Hierbei könnten Radionuklide auf relativ kurzem Wege aus dem Wirtsgestein
freigesetzt werden. Die Folge der Bildung einer subglazialen Rinne würde zwar
zu einem großen Feststoffabtrag führen und damit auch zu einem Abtransport eventuell
im Untergrund vorhandener Radionuklide, jedoch hätte dies eine große Verdünnung
der Radionuklid-Konzentration zur Folge. Wäre die Rinne auch nach dem Abschmelzen
des Gletschers noch nicht vollständig mit Sedimenten verfüllt, so würde in ihr aufgrund
der unter dem Grundwasserspiegel befindlichen Tiefenlage ein See vorhanden
sein. Auf kurzem Weg freigesetzte Radionuklide würden sich in diesem akkumulieren
und bei der Verfüllung der Rinne, die zumindest zu einem Teil noch während der Kaltzeit
stattfindet, mit Sedimenten verdünnt werden.
Im Zuge einer Biosphärenmodellierung konnte von einer bestehenden Konzentration
ausgegangen und als Beginn eines periglazialen Szenarios betrachtet werden. Mögliche
Szenarios wären:
(1) Ein eiszeitlicher See, der mit der Zeit verlandet,
(2) Eine Flussaue, die periodisch überschwemmt wird
Eine Freisetzung von Radionukliden unter periglazialen Bedingungen mit Permafrost
würde hauptsächlich in Taliki stattfinden. Ohne Permafrost wäre ein Freisetzungsszenario
wie es für das heutige Klima betrachtet wurde möglich. Eine Akkumulation der
Radionuklide wäre vor allem in bindungsstarken Sedimenten wie Flussauen, Mooren
und Löss zu erwarten. Wie oben erwähnt ist unter periglazialen Bedingungen eine Ver-
52

lagerung der Kontamination durch Wasser- und Winderosion sowie Solifluktion möglich.
Die Biosphären-Berechnungen würden mit einer Anfangskonzentration in den Naturräumen
beginnen. Es können sowohl die Rentier-Wirtschaft als auch eine landwirtschaftliche
Nutzung wie in den diskreten Klimazuständen berücksichtigt werden.
3.4.4.1 Löss
Löss entsteht unter periglazialen Bedingungen durch Windverfrachtung. Kontamination
von Lössböden kann wie folgt stattfinden: (1) durch Bewässerung mit kontaminiertem
Wasser (ist unter den „normalen“ Biosphärenszenarien zu betrachten) oder (2) durch
Winderosion von Sedimenten aus einer kontaminierten Flussebene unter periglazialen
Bedingungen. Weil Lössablagerungen im Allgemeinen eine Mächtigkeit von mehreren
Metern haben, ist Kapillaraufstieg als Kontaminationsweg eher unbedeutend.
3.4.5 Fazit zu Klimaübergängen
In diesem Abschnitt wurden die zu erwartenden Ausprägungen und Nutzungen der Naturräume
und die dazugehörigen Prozesse beschrieben, die sich aus den Klimaübergängen
ergeben können. Diese Beschreibungen stellen die Grundlage für die in Kapitel
4.2 entwickelten konzeptuellen Modelle der physikalischen Biosphäre dar. Szenarien,
die eine höhere Verdünnung bzw. eine geringere Dosis erwarten lassen wurden jedoch
nicht weiter betrachtet. Die Naturräume Marsch, Moor und Quelle sowie Löss, die in
verschiedenen diskreten Klimazuständen auftreten können, werden unter den Klimaübergängen
in Kapitel 0 betrachtet. Spezielle landwirtschaftliche Praktiken wie Rentier-
Wirtschaft und Vieh-Wirtschaft werden im Folgenden als gesonderte Szenarien bezeichnet.
Es ist aber generell vorstellbar, dass alle hier ausgewählten Szenarien auch
während eines Klimazustands auftreten können und nicht auf Klimaübergänge beschränkt
sind.
53

4 Konzeptuelle Modelle für die physikalische Biosphäre
4.1 Kompartimentmodell für die physikalische Biosphäre
In diesem Kapitel werden konzeptuelle Modelle für die physikalische Biosphäre der Referenzregionen
erstellt. Diese werden für die verschiedenen Naturräume und Klimabedingungen
unter Berücksichtigung expositionsrelevanter Prozesse dargestellt. Sie bilden
die Basis für Modellrechnungen, die insbesondere folgende Fragen beantworten
sollen:
−
−
Wie entwickeln sich der Transport, die Freisetzung und die Akkumulation der Radionuklide
in den verschiedenen Naturräumen?
Wie entwickelt sich die Konzentration von Radionukliden, welche bereits in den Naturräumen
akkumuliert wurden?
Dazu müssen die relevanten Transportpfade mitsamt ihrer Massenbewegungen abgebildet
werden. In einem ersten Schritt werden daher für alle Klimazustände eines Naturraums
konzeptuelle Modelle der physikalischen Biosphäre in Form von Blockbildern
erstellt. Hierzu wird die ausführliche Beschreibung eines jeden Klimazustands und
Klimaübergangs aus Kapitel 2 und 3 herangezogen. In einem zweiten Schritt werden
die Massenbewegungen quantifiziert. Dies erfolgt entweder auf der Grundlage von Untersuchungen
und Messungen in den Referenzregionen oder es werden Stoffbilanzen
aus heutigen Naturräumen gleicher Klimate herangezogen.
Zur Illustration der konzeptuellen Modelle werden Kompartimentmodelle wie in Abb. 11
verwendet. Sie bestehen aus jeweils vier Kompartimenten: Dem Biosphärenaquifer,
dem Boden (terrestrisch), den Oberflächengewässern (aquatisch) und der Atmosphäre.
54

Atmosphäre
Abfluss
Solifluktion
Sedimentation
Boden
Unterboden
Oberflächengewässer
Fluss im
Biosphären-Aquifer
Feststoffe
Wasser
Schadstoffe
Biosphärenaquifer
Beitrag aus
Geosphären-Aquifer
Zufluss
Abb. 11:
Kompartimentmodell für die Darstellung der physikalischen Biosphäre, einschließlich
expositionsrelevanter Austauschprozesse
Die Ein- und Austräge sowie die Austauschprozesse innerhalb des Biosphärensystems
werden durch Pfeile zwischen den Kompartimenten dargestellt. Dabei zeigen blaue
Pfeile den Transport von Wasser, schwarze Pfeile den Transport von Feststoff und rote
Pfeile den möglichen Transport von Radionukliden an. Obwohl der Feststofftransport in
der Regel an den Wasserpfad (fluvial/glazifluviatil) geknüpft ist, ist auch eine Verlagerung
durch Winderosion, Erdrutsche/Steinschläge bzw. glazigene Verfrachtung möglich.
Radionuklide können im Wasser gelöst oder an Feststoffe adsorbiert sein. Ihr
Transport ist damit zum größten Teil an den Wasser- und Feststofftransport gebunden.
Der gasförmige Transport von Radionukliden nimmt in der Regel einen nur untergeordneten
Stellenwert ein, wenn er auch für bestimmte Radionuklide wie z.B. C-14
durchaus als relevant eingestuft werden kann. Zusätzlich können Radionuklide auch
als Aerosole transportiert werden. Der Transport von Wasser ist in Form von flüssigem
Wasser, Schnee oder in der Gasphase möglich.
Je nach Klimazustand und Entwicklung verstärken sich die transportrelevanten Prozesse
oder werden abgeschwächt. Die Pfeilspitze gibt die Transportrichtung an. Prozesse,
die eine geringere Relevanz haben, sind durch gestrichelte Pfeile dargestellt.
55

4.1.1 Wasser- und Stoffflüsse in den einzelnen Kompartimenten
Das Kompartiment Oberflächengewässer umfasst die aquatischen Naturräume See,
Fluss, Quelle und Moor. Ein Zustrom von Wasser erfolgt in Form von Niederschlägen,
Flüssen aber auch durch Interflow oder den Geosphärenaquifer, ein Austrag durch
Flüsse und Evaporation.
Ein Feststoffeintrag erfolgt durch Sedimentation von (glazi)fluviatil, glazigen oder äolisch
transportiertem Material. Radionuklide werden im Wesentlichen über die Wasserund
Transportpfade ein- und ausgetragen.
Das Kompartiment Boden ist die wesentliche Komponente der terrestrischen Naturräume
Schotter/Sande, Moränen, Auen und Marschen sowie der Alb. Es berücksichtigt
den Ober- und den Unterboden. Obwohl zwischen einem phasenweise ungesättigten
Oberboden und einem gesättigten Unterboden zu unterscheiden ist, wird angenommen,
dass der Austausch von Feststoff und Wasser weitgehend ungehindert 14 erfolgt
und der Radionuklidtransport in beiden Richtungen stattfinden kann. Beim Austausch
von Feststoffen und Radionukliden zwischen den Bodenschichten spielen natürliche
Prozesse wie die Bioturbation, aber auch anthropogene Prozesse wie das Pflügen eine
wichtige Rolle.
Wasser wird durch Niederschlag, Überschwemmungen, aufsteigendes Grundwasser,
Grundwasserspiegelschwankungen, Interflow oder aktive Bewässerung eingetragen.
Ein Austrag erfolgt durch Interflow, Versickerung, Evaporation, Aufnahme durch die
Pflanzen und Wasserentnahme durch einen Brunnen. Feststoffe werden auf denselben
Transportwegen ein- und ausgetragen. Zusätzlich kann ein Austrag durch fluviatile
Erosion erfolgen. Zu bedenken ist weiterhin, dass Pflanzen zu der Akkumulation von
Äolisch oder (glazio)fluviatil transportierten Feststoffen beitragen können. Zusätzlich
kann der anthropogene Eingriff durch z.B. Abholzung oder Brandrodung, die Bodenbearbeitung
oder die Fruchtfolge bzw. das Brachliegen der Flächen vor allem den Austrag
von Feststoffen verstärken.
Der Ein- und Austrag von Radionukliden ist im Wesentlichen an den zuvor beschriebenen
Wasser- und Feststoffpfad gebunden und findet statt durch:
14 Von möglicherweise gebildeten Konkretionen in Form von z.B. Raseneisenstein oder ausgefälltem Kalk,
die Radionuklide mitfällen und wieder freisetzen könnten, wird an dieser Stelle kein Kredit genommen.
56

−
−
−
−
−
−
Überschwemmung 15 mit kontaminiertem Grund- oder Oberflächenwasser,
Bewässerung 16 mit kontaminiertem Grund- oder Oberflächenwasser.
Erdrutsche von kontaminiertem Material
Winderosion und Ablagerung von kontaminiertem Material
Kapillarer Aufstieg von Grundwasser
Grundwasserspiegelschwankungen
Dieser kann jedoch durch Pflanzen modifiziert werden. Durch Aufnahme in ober- und
unterirdische Pflanzenteile und anschließendes Absterben können sie den Eintrag erhöhen
und vor allem durch Humus- oder Torflagen auch zu deren Akkumulation beitragen.
Umgekehrt können sie jedoch auch zu dessen Austrag beitragen, indem sie Radionuklide
aus dem Boden aufnehmen und im Anschluss durch Tierfraß oder Ernte aus
dem System der physikalischen Biosphäre entfernt werden. Üblicherweise wird in der
Modellierung aber als pessimistische Annahme die Entfernung von Radionuklide durch
Pflanzen aus Boden vernachlässigt. Unter landwirtschaftlichen Bedingungen werden
evtl. auch Radionuklide aus Mist und Gülle, bei fehlender Kanalisation und niedrigem
gesellschaftlichen Entwicklungsstand auch durch das Abwasser, in den Boden eingebracht.
Das Kompartiment Atmosphäre stellt hauptsächlich den Austausch von Wasser zwischen
Atmosphäre und Oberflächengewässer sowie dem Boden dar. Die Atmosphäre
kann aber auch für die Exposition des Menschen eine Rolle spielen. Radionuklide können
über Aerosole oder Staub, die aus kontaminierten Gewässern, bzw. Böden stammen,
vom Menschen aufgenommen werden. Wenige Radionuklide, wie C-14 können
auch über den Gaspfad freigesetzt werden und vom Menschen direkt über die Atemluft
aufgenommen werden.
15 Bei Überschwemmungen kann das Wasser neben gelösten Radionukliden auch Feststoffe mit daran
adsorbierten Radionukliden enthalten.
16 Bewässerungswasser kann neben gelösten Radionukliden auch Feststoffe mit daran adsorbierten Radionukliden
enthalten.
57

4.1.2 Kontamination der Nahrungsmittel
Unter Nahrungsmittel sind Pflanzen und Tiere sowie Tierprodukte wie z.B. Eier und
Milch zu verstehen.
Tiere nehmen Radionuklide über das Tränkwasser, die Nahrung, an der Nahrung haftenden
Boden, den Boden an sich und in Form von Aerosolen über die Inhalation auf.
Pflanzen nehmen Radionuklide aus dem Bodenwasser, über das auf die Blätter fallende
kontaminierte Regen- oder Bewässerungswasser und durch Assimilation aus der
Luft (z.B. C-14) auf.
Die Radionuklide werden zum Teil wieder ausgeschieden (Mist, Gülle) oder gehen in
tierische Produkte wie z.B. Milch, Fleisch und Eier über. Mit der Zeit können sich somit
erhebliche Mengen akkumulieren. Am Ende der Nahrungskette stehende fleischfressende
Tiere weisen dadurch meist besonders hohe Radionuklidkonzentrationen auf.
4.1.3 Kontamination des Menschen
Die Aufnahme von Radionukliden durch den Menschen erfolgt in der Regel über die
Aufnahme pflanzlicher und tierischer Produkte, über das Trinkwasser, die Inhalation
von Aerosolen sowie die externe Strahlung (Boden, Wasser) und die Aufnahme von
Erde. Die letztere kann ungewollt über die pflanzliche Nahrung aufgenommen werden
(insbesondere bei Wurzelgemüse), kann aber auch gewollt sein. Insbesondere von
Kindern können auch weitere Feststoffe aufgenommen werden, die Radionuklide enthalten
können wie insbesondere Erde. Ein weiterer, meist vernachlässigter Expositionspfad
stellt die Nutzung kontaminierten Materials für Gebrauchsgegenstände, Gebäudeputz/Mauersteine,
Brennstoff, Salzgewinnung usw. dar (Materialnutzung).
Je nach Klima und damit vorhandenen Nahrungsquellen und bevorzugten Kontaminationspfaden
ändert sich die Konzentration der Radionuklide in den verschiedenen
Kompartimenten, der Übergang in die Nahrungsmittel und damit die Relevanz bestimmter
Kontaminationsquellen und -pfade.
Abb. 12 zeigt die Kontaminationspfade einzelner pflanzlicher und tierischer Nahrungsmittel
des Menschen über die Kompartimente Boden (Naturraum Schotter/Sande, Moräne,
Auen/Marsch), Oberflächenwasser (Naturraum Fluss, See, Quelle, Moor), dem
Biosphärenaquifer (Brunnen, aufsteigendes Grundwasser), der Atmosphäre und der
58

Materialnutzung. Eine genauere Beschreibung der Expositionspfade befindet sich in
/FAH 10/. Die Berechnung der Dosen für die in Abb. 12 dargestellten Expositionspfade
ist nicht Gegenstand dieses Berichtes.
Je nach Definition der „representative exposed person“ wird angenommen, dass der
gesamte Bedarf oder nur ein Teil des Nahrungsbedarfs aus der kontaminierten Referenzregion
bezogen wird und dass diese Person oder die Personen sich immer oder
nur zeitweise dort aufhalten. Die Annahmen können auf der Grundlage der Wachstums-
und Produktionsbedingungen der Pflanzen, der Lebensgewohnheiten der Tiere
(z.B. Aufsuchen verschiedener Weidegründe) und den Verzehrgewohnheiten der Menschen
(z.B. Trinkwasserbedarf) in Abhängigkeit der klimatischen Verhältnisse getroffen
werden. Die Annahmen können jedoch auch von den jeweils pessimistischsten Gegebenheiten
ausgehen.
Exposition von Menschen
Externe Strahlung
Inhalation
Ingestion
Atmosphäre
Nutztiere
Wildtiere
Tierprodukte
Fisch
Material
nutzung
Gras Getreide Gemüse Früchte
Trinkwasser
Moränen
Schotter/Sande
Auen/Marsch
Biosphärenaquifer
Fluss
See
Moor
Abb. 12:
Potentielle Expositionspfade für den Menschen
4.1.4 Die Radionuklidkonzentration beeinflussende Prozesse
Die Menge der entlang der verschiedenen Expositionspfade transportierten Radionuklide
sowie die daraus resultierende Konzentration in den verschiedenen Kompartimenten
(Boden, Wasser, Luft) der unterschiedlichen Naturräume sowie den pflanzlichen
und tierischen Erzeugnissen innerhalb der Referenzregionen hängt von den klimati-
59

schen Bedingungen, dem gesellschaftlichen Entwicklungsstand und den Ernährungsgewohnheiten
des Menschen ab.
Die klimatischen Bedingungen nehmen insbesondere Einfluss auf die Vegetationsperiode
und Produktivität. Dies erfolgt direkt durch den Tages- bzw. Jahresgang der Temperatur
und der Verteilung des jährlichen Niederschlags. Indirekt werden dadurch die
Verdunstung, der Wasserfluss im Biosphären- und Geosphärenaquifer, der Grundwasserstand,
kapillarer Aufstieg, der Wasser- und Sedimenttransport im sowie die Überschwemmungshäufigkeit
des aquatischen System (Fluss, See) sowie die Erosion und
Sedimentation des bzw. die Bioturbation, Verlagerung und Anreicherung im terrestrischen
System und damit die Bodenfruchtbarkeit beeinflusst.
Je nach Klima werden somit in bestimmten Zeitfenstern optimale Wachstumsbedingungen
für eine klimaangepasste Vegetation erreicht. Nach ihr richten sich die Populationsdichte
der klimaangepassten Tierwelt und deren Wanderbewegung auf der Suche
nach Nahrung. Im Ergebnis geben die klimatischen Bedingungen somit vor, in welchen
Kompartimenten der verschiedenen Naturräume sowie pflanzlichen und tierischen Erzeugnissen
eine An- oder Abreicherung von Radionukliden stattfindet.
Beispiele sind
• eine Kontamination des Bodens durch
−
−
kapillaren Aufstieg des Grundwassers bei günstigen Bodeneigenschaften
(kleine bis mittlere Poren)und einem hohem Grundwasserspiegel wie er beispielsweise
verstärkt in kalten Klimaten (ET/Dfc) auftritt.
Überschwemmung kontaminierten Oberflächenwassers, insbesondere bei
Frühjahrhochwässern (Cfb/Dfc) oder einem Aufstau von Flüssen (CS).
• eine Verdünnung der Radionuklidkonzentration durch Wasser
−
−
bei Freisetzung aus einer Quelle in Abhängigkeit von der Speisung durch Niederschlagswasser.
im Biosphären-Aquifer in Abhängigkeit vom Grundwasserfluss und dem Austausch
mit dem Geosphären-Aquifer.
Eine Verdünnung der Radionuklidkonzentration kann jedoch auch durch Erosion und
Sedimentation hervorgerufen werden, denn die Erosion kann sowohl einen kontaminierten
als auch einen unkontaminierten Boden betreffen. Daher kann der Prozess eine
60

Verdünnung oder auch eine Akkumulation von Radionukliden bewirken. Niedrige Erosions-
und Sedimentationsraten sind daher nicht in jedem Fall pessimistische Annahmen.
Das Ausmaß der Erosion hängt von der Topographie, dem Pflanzenbewuchs und
der Niederschlagsintensität ab.
Die Ernährungsgewohnheiten des Menschen richten sich je nach gesellschaftlichem
Entwicklungsstand mehr oder weniger nach den natürlichen klimatischen Vorgaben.
Bei einer den klimatischen Gegebenheiten angepassten landwirtschaftlichen Praxis
könnte in der Regel der gesamte Bedarf an Nahrungsmitteln und Trinkwasser aus dem
kontaminierten Gebiet bezogen werden. Eine Ausnahme stellt das EF-Klima des permanenten
Eises dar. Dieses Klima wurde jedoch aufgrund der unwirtlichen Bedingungen
für Mensch und Tier bereits ausgeschlossen, da angenommen wird, dass bei einem
solchen Klima alle Lebewesen in wärmere Gegenden abwandern. Während des
ET- und Dfc-Klimas muss gegebenenfalls auf weitere Weidegründe außerhalb des Gebietes
ausgewichen werden. Zu bedenken ist, dass innerhalb der Referenzregion erlegte
Wildtiere von außerhalb zugewandert sein könnten (z.B. Lachse) und damit eine
geringere bis keine Kontamination in sich tragen.
Da vom heutigen Entwicklungsstand des Menschen ausgegangen wird, erfolgt jedoch
eine Überprägung dieses natürlichen Gleichgewichts. Konkret bedeutet dies, dass aktiv
in das System eingegriffen wird, um die Produktivität der pflanzlichen Nahrungsmittel
zu erhöhen 17 . Dies kann z.B. durch den Einsatz von Düngemitteln erfolgen, aber auch
durch eine Verlängerung der Vegetationsperiode mit Hilfe von Bewässerung. Auch ein
Gemüseanbau auf Nährlösung wäre denkbar.
17 Für die tierischen Produkte wird die heute gängige Landwirtschaft angenommen.
61

4.2 Konzeptuelle Biosphärenmodelle
Die Erstellung der konzeptuellen Biosphäremodellen erfolgte auf der Grundlage möglichst
realistischer Annahmen der Wachstumsbedingungen der Pflanzen und Verzehrgewohnheiten
der Tiere und des Menschen. So wurde beispielsweise für den Fall eines
hohen Grundwasserspiegels nur Viehwirtschaft oder während des ET-/Dfc-Klimas
eine nahezu ausschließliche Ernährung des Menschen durch Rentiere angenommen.
Im Zweifelsfall erhielten die pessimistischeren Annahmen den Vorzug.
Die in den folgenden Abschnitten aufgeführten Parameterwerte sind als erste Schätzungen
zu verstehen. Für die Langzeitsicherheitsanalyse eines konkreten Endlagers
könnten standortspezifische Untersuchungen durchgeführt und fundiertere Zahlen zusammen
getragen werden. Zu berücksichtigen ist, dass der Zeitraum, den die Modellierung
abdecken muss, sehr groß ist. Deswegen müssen auch für genau ermittelte Parameterwerte
in der Modellierung entsprechende Ungewissheiten in Form von Bandbreiten
berücksichtigt werden. Für eine Abschätzung, welche Parameter die Resultate
am stärksten bestimmen, wird empfohlen, eine Sensitivitätsanalyse anhand von Parametervariationen
durchzuführen.
Im Folgenden werden für jedes ausgewählte Szenario der Modellansatz und die vorgeschlagenen
Parameter beschrieben.
4.2.1 Diskrete Klimazustände
4.2.1.1 Warmgemäßigtes Klima (Cfb, heute)
Dieses Klima und die relevanten Naturräume wurden detailliert in Kapitel 2 beschrieben.
In Abb. 13 sind die wesentlichen Austauschprozesse zwischen Biosphärenaquifer
und den aquatischen und terrestrischen Naturräumen für Norddeutschland abgebildet.
Ausführliche Beschreibungen dazu finden sich in /FAH 10/. Die Parameter für die mit
den Pfeilen illustrierten Austauschprozesse werden im Folgenden beschrieben.
In Norddeutschland liegen beim heutigen Klima Niederschlag und potentielle Evapotranspiration
jeweils bei etwa 600 mm/a. Die Verteilung über das Jahr ist aber so,
dass vor allem auf sandigen Böden während der Vegetationsperiode Defizite entstehen
62

können. Daher wird angenommen, dass eine Bewässerung von 200 mm/a für die
Landwirtschaft von Nutzen ist.
In Auen und Marschen ist eine Bewässerung eher unwahrscheinlich. Hier ist ein Eintrag
von Wasser durch Überschwemmung die Regel und es wird angenommen, dass
so 100 mm/a Wasser in den Boden gelangt. Demgegenüber kann mit einem Eintrag
von Grundwasser über Kapillaraufstieg oder durch Grundwasserspiegelschwankungen
von 100 mm/a gerechnet werden. Diese Prozesse werden in den nachfolgenden Tabellen
unter dem Begriff „Grundwasser“ zusammengefasst. Die Erosionsrate ist im Allgemeinen
gering und wird auf weniger als 0,1 kg/(m 2·.a) geschätzt. Sedimentation findet
bei Überschwemmung statt und wird auch auf weniger als 0,1 kg/(m 2·a) geschätzt.
Entsprechende Annahmen werden auch für die Moore gemacht.
Für den Wasserfluss im Biosphärenaquifer wird eine Durchlässigkeit von 3·10 04 m/a
(~10 -03 m/s) angenommen. Mit einem Gradienten von 0,01 m/m und einem Querschnitt
des Aquifers von 5000 m 2 ergibt sich ein Wasserfluss von ca. 2·10 06 m 3 /a. Für den
Wasser- und Sedimenttransport im Fluss werden als Mittelwerte für Elbe und Weser
ein Wasserfluss von 10 10 m 3 /a und ein Sedimenttransport von 3·10 08 kg/a angenommen.
Atmosphäre
(semi)terrestrisch
Moränen
Schotter/Sande
Auen / Marsch
Fluss
See
Moor
Biosphärenaquifer
Aquatisch
Direkt Feststoff
Direkt Wasser
Indirekt Wasser
Abb. 13:
Austauschprozesse zwischen Biosphärenaquifer, aquatischen und terrestrischen
Naturräumen und der Atmosphäre in Norddeutschland – heutiges
Klima (Cfb)
63

Bei der Nutzung der aquatischen Naturräume als Trink-/Tränkwasser sowie für die Bewässerung
wird jeweils die pessimistischste Annahme getroffen. Dies bedeutet, dass
für das Trink-/Tränkwasser und die Bewässerung nur aus einem Brunnen gefördertes
Grundwasser eingesetzt wird. Die Seen werden nur zur Fischzucht verwendet werden.
Für den Fischfang wird vorgeschlagen, aufgrund der gegenüber den hier betrachteten
Flüssen geringeren Verdünnung einen See zu betrachten, in dem Fischzucht stattfindet.
Zufluss von Oberflächenwasser und Verdunstung sind zu berücksichtigen. Dies
stellt einen Teilpfad des Szenarios Landwirtschaft Nord- bzw. Süddeutschland dar.
In Abb. 14 sind die wesentlichen Austauschprozesse zwischen dem Biosphärenaquifer
und den aquatischen und terrestrischen Naturräumen für Süddeutschland dargestellt.
Ausführliche Beschreibungen dazu finden sich in /FAH 10/.
In Süddeutschland sind Niederschlag und potentielle Evapotranspiration höher als in
Norddeutschland. Auf der Alb muss mit 1000 mm/a Niederschlag und 600 mm/a potentieller
Evapotranspiration gerechnet werden. Bewässerung ist dort eher unwahrscheinlich,
aber in kleinen Gebieten muss eventuell mit Überschwemmungen (max. 100
mm/a) gerechnet werden. Der Kapillaraufstieg könnte bis 100 mm/a betragen. In der
Donauebene ist der Niederschlag mit 700 mm/a geringer und die potentielle Evapotranspiration
mit ebenfalls 700 mm/a höher. Wegen der saisonalen Verteilung des
Niederschlags kann die Bewässerung für die Landwirtschaft auf einigen Flächen von
Nutzen sein. Für die Schotter wird deshalb eine Bewässerung von 200 mm/a vorgeschlagen.
In den Auen findet eher keine Bewässerung statt. Es muss aber mit Überschwemmungen
(100 mm/a) gerechnet werden.
Erosion ist vor allem auf der Alb möglich. Hier wird ein Wert von 2 kg/(m 2 .a) vorgeschlagen.
In der Donauebene wird die Erosion geringer sein, so dass ein Wert von
0,2 kg/(m 2 .a) vorgeschlagen wird. Sedimentation findet hauptsächlich in Auen statt: Die
Sedimentation wird auf der Alb auf 2 kg/(m 2·a) und in der Donauebene auf
0,5 kg/(m 2·a) geschätzt.
64

Austauschpfade Gegenwart
Süddeutschland - Alb
Atmosphäre
(semi)terrestrisch
Schotter
Alb
Aue
Fluss
Quelle
Biosphärenaquifer (Karstaquifer)
Moor
Aquatisch
Direkt Feststoff
Direkt Wasser
Indirekt Wasser
Tiefer Karst
Austauschpfade Gegenwart
Süddeutschland - Donautal
Atmosphäre
(semi)terrestrisch
Alb
Schotter
Aue
Fluss
Quelle
Biosphärenaquifer (Talaquifer)
Moor
Aquatisch
Direkt Feststoff
Direkt Wasser
Indirekt Wasser
Tiefer Karst
Abb. 14:
Austauschprozesse zwischen Biosphärenaquiferen und Naturräumen in der
Referenzregion Süd – gemäßigtes Klima (Cfb)
65

Für die Donauebene wird eine Durchlässigkeit von 3·10 04 m/a (~10 -03 m/s) wie für
Norddeutschland angenommen, der Gradient auf 0,01 m/m und der Querschnitt des
Aquifers auf 1000 m 2 geschätzt. Das ergibt in dem Biosphären-Aquifer einen Wasserfluss
von 3·10 05 m 3 /a. Auf der Alb kann die Durchlässigkeit der Talfüllung je nach Material
sehr große Schwankungen aufweisen. Hier wird pessimistisch eine Durchlässigkeit
von 3·10 03 m/a (entsprechend ca. 10 -04 m/s) angenommen. Bei einem Querschnitt von
50 m 2 und einem Gradienten von 0,1 m/m ergibt das einen Wasserfluss von
2·10 04 m 3 /a.
Für den Wasserfluss in der Donau werden 3·10 09 m 3 /a und für den Sedimentfluss
10 08 kg/a vorgeschlagen. Auf der Alb würde ein Einzugsgebiet von 2 km 2 , wenn 50 %
des Niederschlags in den Fluss gelangt einen Wasserfluss von 10 06 m 3 /a liefern. Bei
gleichem Sedimentgehalt wie in der Donau entspräche das einem von 3·10 04 kg/a.
Es wird angenommen, dass sich die Eigenschaften der Moore nicht von denen in
Norddeutschland unterscheiden. Neben der bereits oben geschilderten Behandlung
der aquatischen Naturräume Fluss und See wird in Süddeutschland zusätzlich eine
Quelle angenommen. Diese wird in Abschnitt 4.2.3.3 beschrieben. Es wird davon ausgegangen,
dass die Quellschüttung auf der Alb und in den Donau-Schottern erfolgen
kann.
Die Böden, die mögliche landwirtschaftliche Nutzung sowie die wesentlichen Prozesse,
die zu Wasserhaushalt, Feststofftransport und Radionuklideintrag beitragen, sind für alle
Naturräume in Tab. 5 und Tab. 6 zusammengefasst.
Die Spalte „Bodenwasserhaushalt“ bezieht sich auf die wesentlichen Faktoren, die den
Wasserhaushalt im Boden beeinflussen. In Klammern sind Faktoren gesetzt, die selten
zum Einsatz kommen und/oder nur geringfügige Wassermengen bewegen, wie z.B.
Überschwemmung im Bereich der Gleysole/Planosole im Naturraum Schotter/Sande
oder nur eine geringe Kontamination enthalten, wie z.B. der niederschlagsgespeiste Interflow.
In der Spalte „Modellierung“ ist das jeweils zu betrachtende physikalische Biosphärenmodell
angegeben. Norddeutschland, Süddeutschland Alb, bzw. Süddeutschland Donau
bezeichnen dabei die Standard-Biosphärenmodelle für die jeweilige Region, bei
der für den gegebenen Naturraum die Parameter jeweils anzupassen sind.
66

Tab. 5: Nord-Deutschland: Charakteristika der Naturräume des warmgemäßigten Klimas (Cfb)
Naturräume Böden Nutzung Bodenwasserhaushalt
Moräne Cambisol, Luvisol Landwirtschaft,
Viehwirtschaft
Schotter,
Sande
Auen, Marschen
Planosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
(Grundwasser e )
Mit Lössauflage: Cambisol, Landwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Luvisol, Chernozem (Viehwirtschaft b ) Grundwasser, Bewässerung
Podsol, Cambisol Landwirtschaft, Niederschlag, Verdunstung,
Viehwirtschaft Bewässerung
Gleysol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung, Grundwasser,
(Überschwemmung)
Mit Lössauflage:
Cambisol
Anthrosol (Plaggenesch)
Fluvisol, Gleysol
Landwirtschaft
(Viehwirtschaft b )
Landwirtschaft
(Viehwirtschaft)
Viehwirtschaft,
(Landwirtschaft d )
Feststofftransport
Haupteintrag
Kontamination
Niederschlag, Verdunstung, gering Grundwasser,
Interflow c
Grundwasser e , (Bewässerung),
Bewässerung
Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung, Grundwasser
Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser, Überschwemmung
Moor Histosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser, (Überschwemmung)
a
b
d
relevant für Sedimentation/Erosion
nur in unzugänglichen Lagen
nur bei genügendem Grundwasserflurabstand
c
e
Modellierung
Norddeutschland
heute, (Vieh)
gering
Grundwasser
(sehr gering)
Vieh
gering
Grundwasser, Norddeutschland
Bewässerung heute, (Vieh)
gering Bewässerung Norddeutschland
heute, Vieh
gering
Grundwasser, Vieh
(Überschwemmung)
gering
Bewässerung, Norddeutschland
Grundwasser heute, Löss, Vieh
gering Bewässerung Norddeutschland
heute, Vieh
Hoch durch Grundwasser, Vieh,
Überschwemmunmung)
(Überschwem-
Marsch,
Norddeutschland
Gering durch
Überschwemmung
seitlich zufließendes Grundwasser
Grundwasser,
(Überschwemmung)
heute
Vieh,
Moor
beinhaltet Kapillaraufstieg und Grundwasserschwankungen
67

Tab. 6:
Süd-Deutschland: Charakteristika der Naturräume der Schwäbischer Alb und dem Donautal des warmgemäßigten Klimas Cfb
Naturräume Böden Nutzung Wasserhaushalt Feststofftransport
Haupteintrag
Kontamination
Modellierung
Alb
In der Höhe:
Leptosol
Viehwirtschaft
(Landwirtschaft)
Niederschlag, Verdunstung,
Interflow
Hoch durch Erosion sehr gering Vieh,
(Süddeutschland
Alb heute)
Niederung:
Cambisol, Luvisol
Landwirtschaft,
Viehwirtschaft
Donau-
Schotter
Niederung:
Fluvisol, Gleysol
Viehwirtschaft,
(Landwirtschaft d )
Niederschlag , Verdunstung,
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Leptosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Überschwemmung
Mit Lössauflage:
Cambisol, Luvisol
Landwirtschaft,
Viehwirtschaft
Donau-Auen Fluvisol, Gleysol Viehwirtschaft,
(Landwirtschaft d )
Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung, (Grundwasser)
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
Überschwemmung
Donau-Moor Histosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Hoch durch Sedimentation
durch z.B. Erdrutsche,
(Überschwemmung)
Hoch durch Sedimentation
durch z.B. Erdrutsche,
(Überschwemmung)
Hoch durch Erosion, Sedimentation
durch Erdrutsche
usw.
Hoch durch Sedimentation
durch z.B. Erdrutsche,
Überschwemmung
Hoch durch Sedimentation
durch z.B. Erdrutsche,
(Überschwemmung)
Gering durch Überschwemmung
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Bewässerung,
(Grundwasser)
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Grundwasser,
(Überschwemmung),
Quelle
Süddeutschland
Alb heute,
Vieh,
Quelle
Vieh,
(Süddeutschland
Alb heute)
Vieh,
Quelle
Überschwemmung,
Quelle
Süddeutschland
Donau
heute, Vieh
Vieh,
(Süddeutschland
Donau
heute)
Vieh,
Moor
68

4.2.1.2 Winter- und Sommertrockenen Mittelbreiten (CW / CS)
Die Modellierung basiert im Wesentlichen auf der für das heutige Klima. Deshalb sind
die in Abb. 13 und Abb. 14 dargestellten Schemata auch hier gültig. Allerdings sind
einzelne Parameter zu verändern, beispielsweise muss die Bewässerungsrate erhöht
werden. Andere Parameter, Andere Parameter können gleich bleiben, wie die landwirtschaftliche
Produktion. Diese könnte mit genügend Bewässerung allerdings höher sein,
was in einer Parametervariation berücksichtigt werden kann. Einen Überblick über die
relevanten Charakteristika der Naturräume für diesen Klimazustand geben Tab. 7und
Tab. 8..
Der Niederschlag insgesamt wird etwa wie bei dem heutigen Klima bei 600 mm/a bleiben,
aber die Verteilung würde sich über das Jahr verschieben. Die Verdunstung wäre
wegen der höheren Temperaturen höher und damit je nach saisonaler Verteilung des
Niederschlags auch die Bewässerung. Für Norddeutschland und Süddeutschland Donau
werden 1000 mm/a, für Süddeutschland Alb 800 mm/a angenommen. Entsprechend
wird für die Bewässerung für die Naturräume in Norddeutschland 600 mm/a, für
Süddeutschland-Alb 300 mm/a und für Süddeutschland-Donau 400 mm/a vorgeschlagen.
Auen werden dagegen nicht bewässert. In der Nähe von Flüssen (Auen und Mooren)
ist mit einem Eintrag durch Überschwemmung zu rechnen. Auch für die Alb kann
eine Überschwemmung nicht ausgeschlossen werden. Für eine obere Bodenschicht
von 30 cm Mächtigkeit mit einem Porenvolumen von 40 % könnte, unter der Annahme
dass sich 50 % dieses Volumens bei einer Überschwemmung mit Wasser füllt, ungefähr
60 mm Überschwemmungswasser in den Boden eindringen. Bei zweimaliger
Überschwemmung pro Jahr ergäbe dies 120 mm/a. Es wird ein Wert von 100 mm/a
vorgeschlagen. Für diese tiefliegenden Gebiete ist auch mit einem hohen Grundwasserspiegel
zu rechnen. Ein Kapillaraufstieg könnte 100 mm/a betragen. Die Erosionsraten
könnten bei einem wärmeren Klima mit mehr Starkniederschlägen höher sein als
heute. Die Unterschiede zwischen den Naturräumen blieben aber groß. Gemäß Gündra
et al. /GÜN 95/ und Stumpf et al. /STU 06/, können Werte von 1 t/(ha·a) (entsprechend
0,1 kg/(m 2·a)) als niedrig betrachtet werden, Werte von 50 t/(ha·a) sind eher
hoch. Für Norddeutschland werden Erosionsraten von 0,2 kg/(m 2·a), für Süddeutschland
Donau von 2 kg/(m 2·a) und für Süddeutschland Alb 5 kg/(m 2·a) angenommen. Eine
vergleichbare Abstufung wird für die Sedimentationsrate vorgeschlagen: für Nord-
69

deutschland 0,2 kg/(m 2·a), für Süddeutschland Donau von 1 kg/(m 2·a) und für Süddeutschland
Alb 2 kg/(m 2·a). Es wird erwartet, dass sich die Bedingungen für den
Wasserfluss im Biosphären-Aquifer bei einem wärmeren Klima nicht signifikant ändern.
Der Grundwasserspiegel könnte sich geringfügig absenken und damit den Querschnitt
des Aquifers verringern. Die Flüsse würden weniger Wasser führen aber die Sedimentfracht
könnte durch höhere Erosion ansteigen (vor allem durch Starkniederschläge). Es
wird deshalb vorgeschlagen, einen um den Faktor 10 reduzierten Wasserfluss, aber
den gleichen Sedimentfluss wie beim heutigen Klima zu verwenden. Für die Alb wären
höhere Erosions- und Sedimentationsraten möglich, diese würden eine höhere Verdünnung
der Kontamination verursachen, deswegen werden pessimistisch die gleichen
Bedingungen wie heute angesetzt.
Es ist anzunehmen, dass im Wesentlichen die gleichen Bodenarten wie während des
Cfb-Klimas vorhanden sind. Jedoch ist davon auszugehen, dass sich ihr Flächenanteil
verändern wird. Lediglich der Anthrosol (die Plaggenesch) wird für das CS-Klima und
auch für die kälteren Klimate nicht mehr betrachtet. Grund dafür ist die Tatsache, dass
er im Wesentlichen während des Mittelalters durch das Auftragen von Oberboden
(vermischt mit Gülle und Mist) entstand und seitdem eine Degradierung einsetzte. Von
dieser wird erwartet, dass sie in der sich an das Cfb-Klima anschließenden Klimabedingung
wieder zu der Bildung eines Podsols führt.
70

Tab. 7:
Nord-Deutschland: Charakteristika der Naturräume des Klimas winter- und sommertrockene Mittelbreiten (CW, CS)
Naturräume Böden Nutzung Wasserhaushalt
Moräne Cambisol, Luvisol Landwirtschaft,
Viehwirtschaft
Schotter,
Sande
Auen, Marschen
Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung,
Grundwasser
Planosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung
Mit Lössauflage: Cambisol, Landwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Luvisol, Chernozem (Viehwirtschaft) Bewässerung,
Podsol, Cambisol
Leptosol
Landwirtschaft,
Viehwirtschaft
Viehwirtschaft,
Landwirtschaft
Grundwasser
Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung
Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung,
(Überschwemmung)
Gleysol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser
Mit Lössauflage:
Landwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Cambisol
(Viehwirtschaft) Grundwasser,
Fluvisol, Gleysol
Viehwirtschaft,
(Landwirtschaft
d )
Bewässerung
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
Überschwemmung,
(Bewässerung)
Moor Histosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
Überschwemmung
Feststofftransport
mäßig - hoch
mäßig - hoch
gering
Haupteintrag
Kontamination
Bewässerung,
Grundwasser
Bewässerung
Grundwasser
Modellierung
Norddeutschland wärmer,
Vieh
Vieh
Norddeutschland wärmer,
Vieh
gering Bewässerung Norddeutschland wärmer,
Vieh
gering Bewässerung, Vieh,
(Überschwemmung) Norddeutschland wärmer
gering Grundwasser Vieh
gering
Hoch durch
Überschwemmung
Gering durch
Überschwemmung
Bewässerung,
Grundwasser
Grundwasser,
(Bewässerung,
Überschwemmung)
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Norddeutschland wärmer,
Löss , Vieh
Vieh, Marsch,
Norddeutschland wärmer,
Vieh,
Moor
71

Tab. 8:
Süd-Deutschland: Charakteristika der Naturräume des Klimas winter- und sommertrockene Mittelbreiten (CW, CS)
Naturräume Böden Nutzung Wasserhaushalt
Alb
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Donau-
Schotter
In der Höhe:
Leptosol
Niederung:
Cambisol
Niederung:
Fluvisol, Gleysol
Viehwirtschaft,
(Landwirtschaft)
Landwirtschaft,
Viehwirtschaft
Viehwirtschaft,
(Landwirtschaft)
Niederschlag, Verdunstung
Bewässerung
Niederschlag , Verdunstung,
Bewässerung, Grundwasser,
(Überschwemmung)
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Leptosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Überschwemmung
Mit Lössauflage:
Cambisol
Landwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Bewässerung,
(Überschwemmung)
Donau-Auen Fluvisol, Gleysol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser, Überschwemmung
Donau-Moor Histosol Viehwirtschaft Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser, Überschwemmung
Feststoff-
Haupteintrag
transport
Kontamination
Modellierung
Hoch durch Erosion Bewässerung Süddeutschland-Alb
wärmer,
Vieh
Hoch durch Sedimentation
Bewässerung, Süddeutschland-Alb
durch z.B. Grundwasser, wärmer,
Erdrutsche, (Überschwemmungmung)
(Überschwem-
Vieh,
Quelle
Hoch durch Sedimentation
durch z.B.
Erdrutsche, (Überschwemmung)
Hoch durch Sedimentation
durch z.B.
Erdrutsche, (Überschwemmung)
Hoch durch Sedimentation
durch z.B.
Erdrutsche, (Überschwemmung)
Hoch durch Sedimentation
durch z.B.
Erdrutsche, (Überschwemmung)
Gering durch Überschwemmung
Quelle,
Überschwemmung
Bewässerung,
(Überschwemmung)
Grundwasser,
Überschwemmung
Grundwasser,
(Überschwemmung)
Vieh,
Süddeutschland Donau
wärmer
Vieh,
Quelle
Süddeutschland Donau
wärmer
Löss
Vieh,
(Süddeutschland Donau
wärmer)
Vieh,
Moor
72

4.2.1.3 Kaltgemäßigtes und Subpolares Klima (Dfc / ET)
Die Blockschemata für die Übergänge zwischen Biosphärenaquifer, aquatischen und
terrestrischen Naturräumen bei Auftreten von Permafrost sind in Abb. 15 für Norddeutschland
und in Abb. 16 für Süddeutschland dargestellt. Ausführliche Beschreibungen
dazu finden sich in /FAH 10/.
Atmosphäre
(semi)terrestrisch
Moränen
Schotter/Sande
Auen / Marsch
Fluss
See
Biosphärenaquifer
Direkt Feststoff
Direkt Wasser
Indirekt Wasser
Moor
Aquatisch
Abb. 15:
Austauschprozesse zwischen Biosphärenaquifer, aquatischen und terrestrischen
Naturräumen in Norddeutschland – Abkühlung mit Permafrost
73

Austauschpfade Kaltzeit mit Permafrost
Süddeutschland - Alb
Atmosphäre
(semi)terrestrisch
Schotter
Alb
Aue
Fluss
Quelle
Moor
Biosphärenaquifer (Karstaquifer)
Aquatisch
Direkt Feststoff
Direkt Wasser
Indirekt Wasser
Tiefer Karst
Austauschpfade Kaltzeit mit Permafrost
Süddeutschland - Donautal
Atmosphäre
(semi)terrestrisch
Alb
Schotter
Aue
Fluss
Quelle
Moor
Biosphärenaquifer (Talaquifer)
Aquatisch
Direkt Feststoff
Direkt Wasser
Indirekt Wasser
Tiefer Karst
Abb. 16:
Austauschprozesse zwischen Biosphärenaquifer, aquatischen und terrestrischen
Naturräumen in der Referenzregion Süd – Abkühlung mit
Permafrost
74

Die Böden, die mögliche landwirtschaftliche Nutzung sowie die wesentlichen Prozesse,
die zu Wasserhaushalt, Feststofftransport und Eintrag der Kontamination beitragen,
sind für alle Naturräume für Norddeutschland in Tab. 9 und für Süddeutschland in
Tab. 10 zusammengefasst.
Der terrestrische Naturraum Alb ist noch vorhanden, wird aber nicht kontaminiert, da
keine Bewässerung stattfindet und auch kein anderer Kontaminationspfad aktiv ist. Er
verliert daher an Bedeutung. Eine neue Kontamination wird nur tiefliegende Bereiche
durch Grundwasser über Taliki (Nord- und Süddeutschland) und oberirdisch durch
Schichtquellen, welche auch unter Permafrost-Bedingungen nicht versiegen erreichen.
Es wird daher vorgeschlagen sowohl für Nord- als auch für Süddeutschland ein
Feuchtgebiet, z.B. Moor oder Auen/Marschen, zu betrachten, die mit kontaminiertem
Wasser in Kontakt stehen. Von dort gelangen die Radionuklide in die Pflanzen und
über das Sammeln und Essen von Beeren und Pilzen in die Nahrungskette. Auch in
der Region weidende Rentiere nehmen über die Pflanzen Radionuklide auf. Zu berücksichtigen
ist jedoch, dass Wildtiere (z.B. Rentiere) und Fische (z.B. Lachse) in das
Gebiet migrieren und eine geringere bis gar keine Kontamination aufweisen können.
Landwirtschaft ist nur in sehr geringem Umfang möglich, eingeschränkt wäre z.B. der
Anbau von Kartoffeln denkbar. Dieser würde jedoch in trockeneren Lagen und nicht in
den tiefgelegenen, kontaminierten Gebieten stattfinden.
Aufgrund der genannten Aspekte wird vorgeschlagen für die kälteren Klimate sowohl
für Norddeutschland als auch für Süddeutschland das Szenario Rentierwirtschaft anzuwenden.
Alle Parameter sind in Kapitel 4.2.3.2 beschrieben.
75

Tab. 9:
Nord-Deutschland: Charakteristika der Naturräume des kaltgemäßigten (Dfc) und subpolaren Klimas (ET)
Naturräume Böden Nutzung Wasserhaushalt
Moräne
Schotter,
Sande
Auen, Marschen
Planosol,
Staunasse Böden durch
Permafrost
Cambisol, Luvisol
Mit Lössauflage:
Cambisol, Luvisol
Podsol, Cambisol
Regosol
Gleysol
Mit Lössauflage:
Cambisol
Fluvisol, Gleysol
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft,
(Landwirtschaft)
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft,
(Landwirtschaft)
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft,
(Landwirtschaft)
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft *
Moor Histosol Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Niederschlag, Verdunstung,
Überschwemmung,
(Grundwasser)
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
Überschwemmung
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser,
Überschwemmung
Niederschlag, Verdunstung,
Überschwemmung
Niederschlag, Verdunstung,
Überschwemmung
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser , Überschwemmung
Niederschlag, Verdunstung,
Niederschlag, Verdunstung,
Grundwasser, Überschwemmung
Niederschlag, Verdunstung,
Überschwemmung, Grundwasser
Feststofftransport
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Haupteintrag
Kontamination
Grundwasser
(sehr gering durch
große Verdünnung)
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung)
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung)
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
wird nicht kontaminiert
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Modellierung
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier
(Norddeutschland
heute)
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier,
Marsch
Vieh,
Rentier,
Moor
76

Tab. 10:
Süd-Deutschland: Charakteristika der Naturräume des kaltgemäßigten Klimas (Dfc) und subpolaren Klimas (ET)
Naturräume Böden Nutzung Wasserhaushalt Feststofftransport
Haupteintrag
Kontamination
Modellierung
Alb
In der Höhe:
Leptosol
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft,
(Landwirtschaft)
Niederschlag, Verdunstung Hoch durch Erosion sehr gering Vieh,
Rentier,
(Süddeutschland
Alb)
Niederung:
Cambisol, Luvisol
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Niederschlag, Verdunstung
Überschwemmung
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Donau-
Schotter
Niederung:
Fluvisol, Gleysol
Leptosol
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Mit Lössauflage, Landwirtschaft
als Kolluvium: Luvisol,
Cambisol
Donau-Auen Fluvisol, Gleysol Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Donau-Moor Histosol Viehwirtschaft,
Rentierwirtschaft
Niederschlag, Verdunstung , Überschwemmung,
Grundwasser
Niederschlag, Verdunstung , Überschwemmung
Niederschlag, Verdunstung, Grundwasser
Niederschlag, Verdunstung , Überschwemmung,
Grundwasser
Niederschlag, Verdunstung , Überschwemmung,
Grundwasser
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion ,
Sedimentation durch
Erdrutsche usw.
Hoch durch Erosion ,
Sedimentation durch
Erdrutsche usw.
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Hoch durch Erosion,
Sedimentation
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Grundwasser
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Grundwasser,
Überschwemmung
(sehr gering durch
große Verdünnung
Vieh,
Rentier,
Quelle
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier,
Quelle
Rentier, Löss,
Quelle
Vieh,
Rentier
Vieh,
Rentier,
Moor
77

4.2.2 Klima-Übergänge
Es soll überprüft werden, ob Klimaübergänge zu neuen Eigenschaften der Naturräume
und Prozessen führen können, die in den diskreten Klimazuständen nicht berücksichtigt
wurden und die evtl. zu höheren Akkumulationen bzw. Freisetzungen und dadurch
bedingt höheren Strahlenexpositionen führen können. Wichtige Beiträge zur Akkumulation
von Radionukliden können dabei die folgenden Prozesse liefern:
• Festlegung von Radionukliden durch Sorption:
Radionuklide können an Bodenbestandteilen, See-, Fluss- und Meeres-
Sedimenten sorbiert werden. Vor allem organisches Material hat für viele Radionuklide
ein hohes Sorptionspotential.
• Aus- / Mitfällung und Freisetzung von Radionukliden:
Durch Variationen der Zusammensetzung der Bodenlösung kann es zur Aus- oder
Mitfällung von Radionukliden aber auch zu deren Wiederauflösung kommen,
• Veränderung der geochemischen Bedingungen:
Die Veränderung der geochemischen Bedingungen, z.B. des pH-Werts, des Redoxpotentials
oder der Ionenstärke der Lösung können die Mobilität der Radionuklide
erheblich verändern, da sie sowohl die Sorption als auch die Ausfällung / Wiederauflösung
von Radionukliden bestimmen.
• Aufkonzentrierung von Radionukliden im Boden durch Verdunstung:
Dies kann das Oberflächenwasser betreffen und somit bei der Verlandung von
Seen und Flüssen zum Tragen kommen oder das Bodenwasser in wasserbeeinflussten
Böden (Gleysole, Planosole und Histosole) bzw. durch kapillaren Aufstieg
in die obere Bodenschicht befördertes Bodenwasser betreffen.
Prozesse wie die Sorption treten in allen Klimaten auf und sind genauso bei den diskreten
Klimazuständen zu berücksichtigen. Eine durch veränderte geochemische Bedingungen
bedingte Erhöhung der Mobilität von Radionukliden kann bei einer Veränderung
von Naturräumen auftreten. Eine Erhöhung des Redoxpotentials beispielsweise,
die bei Trockenlegung eines Moores oder Verlandung eines Sees auftreten kann und
bei nachfolgender landwirtschaftlicher Nutzung relevant ist, wird bei einer vorangegangenen
Kontamination von Moor bzw. Seesediment zu einer erheblich erhöhten Mobilität
redoxsensitiver Radionuklide führen (s.u.). Die Prozesse der Aufkonzentrierung
durch erhöhte Verdunstung und der übermäßigen Bewässerung sind eher bei wärme-
79

en Klimaten von Bedeutung und sollten auch für das CS/CW-Klima betrachtet werden.
Die Prozesse Ausfällung / Wiederauflösung von Radionukliden und Veränderung der
geochemischen Bedingungen wurden in bisherigen Sicherheitsanalysen nicht berücksichtigt.
In Kapitel 3.4 wurden bereits entsprechende Szenarien für Marschen, Löss und Moore
identifiziert. Bei den diskreten Klimazuständen werden diese Naturräume und die relevanten
Kontaminationsprozesse, dort, wo sie auftreten, berücksichtigt. Möglich ist aber,
dass bei Klimaübergängen solche Naturräume neu aus schon vorher kontaminiertem
Material gebildet werden oder umgewandelt werden. Marsche und Moore sind in ihrem
Ursprungszustand für die Landwirtschaft nur eingeschränkt nutzbar und bestimmen unter
den modellierten diskreten Klimazuständen die berechneten Dosen nicht. Lössablagerungen
werden in den diskreten Szenarien unter Parabraunerden / Luvisolen in
gewissem Umfang berücksichtigt (Eintrag der Kontamination durch Bewässerung). In
den folgenden Abschnitten werden Marsche, Lössgebiete und Moore berücksichtigt,
welche während eines vorherigen Klimas kontaminiert wurden. Prozesse, welche die
Auswaschung oder Verdünnung erhöhen werden dabei vernachlässigt. Bei deutlichen
Veränderungen der geochemischen Bedingungen (z.B. Erhöhung des Redoxpotentials)
kann eine Vorkontamination für manche Radionuklide zu einer erhöhten Freisetzung
im Bodenwasser und als Folge davon zu einer erhöhten Aufnahme von Radionukliden
in die Pflanze führen, da viele redoxsensitive Elemente, wie z.B. Se, Tc, U
und Np im oxidierten Zustand mobiler sind. Zu berücksichtigen ist aber auch, dass dabei
das Redoxsysteme von Mn und Fe beeinflusst wird und es zur Ausfällung von
Fe(III)-Hydroxiden kommen kann, die viele Kationen stark sorbieren. Dieser Prozess
wirkt der erhöhten Mobilität der Radionuklide entgegen. Entsprechende Vorgänge sind
bei Trockenlegung eines Moores oder Sedimenten in landwirtschaftlich nutzbar gemachtem
Marschland denkbar.
4.2.2.1 Marsch
Bei den betrachteten Flächen handelt es sich zunächst um den tidebeeinflussten Bereich
zwischen Festland und Watt (Seemarsch) bzw. angrenzende Uferflächen im Unterlauf
von Weser und Elbe (Flussmarsch). Aufgebaut wird die Marsch vor allem durch
schluffreiches Material. Auf ähnliche Weise können in Flussarmen und Seen Sedimente
abgelagert werden. Hier wäre kein Salz- oder Brackwasser aber Süßwasser im
Spiel. Dieses Marschland kann auf folgenden Wegen kontaminiert werden:
80

(1) durch Überschwemmung, wodurch kontaminiertes Material transportiert und als
Sediment abgelagert wird,
(2) durch Kapillaraufstieg/Grundwasserspiegelschwankungen, wodurch Radionuklide
in den Boden eingetragen werden
Durch den hohen Grundwasserstand und in Meeresnähe durch den hohen Salzgehalt
im Boden ist die Marsch zunächst nur für die Viehwirtschaft, aber nicht für die Landwirtschaft
geeignet. Eine landwirtschaftliche Nutzung tritt erst ein, nachdem ein ausreichender
Grundwasserflurabstand erreicht wurde. Dies erfolgt anthropogen durch Drainage
oder unter natürlichen Bedingungen durch Herauswachsen aus dem grundwasserbeeinflussten
Bereich. Bewässerung wäre zu einem späteren Zeitpunkt möglich,
wird bei der Modellierung aber vernachlässigt, da es die Auswaschung von Radionukliden
aus dem Boden erhöhen würde.
Für dieses Szenario wird ein auf 1 km 2 normiertes Gebiet im Tiefland angenommen.
Die Kontamination hat während einer früheren Phase stattgefunden. Es wird angenommen,
dass der Niederschlag 600 mm/a und die Evapotranspiration 600 mm/a betragen.
Für den Kapillaraufstieg werden 100 mm/a vorgeschlagen. Bewässerung wäre
zu einem späteren Zeitpunkt möglich, wird bei der Modellierung aber vernachlässigt,
da es die Auswaschung von Radionukliden aus dem Boden erhöhen würde. Alle Werte
sind den heutigen Klimabedingungen angepasst.
Die Situation in einem Delta oder bei der Verlandung eines Sees, die dann landwirtschaftlich
genutzt werden, ist vergleichbar.
4.2.2.2 Löss
Löss entsteht unter periglazialen Bedingungen. Infolge von Winderosion werden vor allem
Schluffe aus den frisch abgelagerten Schottern ausgeblasen und anderswo abgelagert.
Eine Kontamination von Lössböden kann wie folgt stattfinden:
(1) durch Winderosion von kontaminierten Sedimenten unter periglazialen Bedingungen,
(2) durch Kapillaraufstieg
81

Bewässerung wird hier bei der Modellierung ebenfalls vernachlässigt, da es die Auswaschung
von Radionukliden erhöhen würde. Sowohl für Nord- und Süd-Deutschland
wird ein auf 1 km 2 normiertes Gebiet, das topographisch relativ tief gelegen ist, angenommen.
Die Kontamination hat während einer früheren Phase durch Deposition nach
Winderosion stattgefunden. Es wird angenommen, dass der Niederschlag 600 mm/a
und die Evapotranspiration 600 mm/a betragen. Der Kapillaraufstieg könnte 100 mm/a
betragen. Bewässerung wäre zu einem späteren Zeitpunkt möglich, wird bei der Modellierung
aber vernachlässigt, da es die Auswaschung von Radionukliden aus dem
Boden erhöhen würde. Alle Werte sind den heutigen Klimabedingungen angepasst.
4.2.2.3 Moor
Moore können unter sehr vielen Klimabedingungen entstehen, wenn in einer aquatischen
Umgebung der Abbau von pflanzlichem und anderem organischen Material eingeschränkt
ist, z. B. aufgrund von niedrigen Temperaturen oder einem Mangel an Sauerstoff.
Dies kann im Bereich von Seen, Nehrungen, abgeschnittenen Flussarmen oder
allgemein bei sehr hohem Grundwasserspiegel der Fall sein. Das organische Material
in einem Moor kann Radionuklide durch Sorption gut akkumulieren. Ohne Entwässerung
ist ein Moor nur sehr beschränkt landwirtschaftlich nutzbar. Nach Entwässerung
ist es aber sehr gut geeignet für viele landwirtschaftliche Kulturen, insbesondere Gemüseanbau.
Auch wird organisches Material aus Mooren für die Bodenverbesserung
oder als Substrat für Zier- und andere Pflanzen verwendet. Gerade beim Übergang
vom Moor in ein landwirtschaftliche genutztes Land ist vorstellbar, das Radionuklide,
die unter wassergesättigten, stark reduzierenden Bedingungen wenig mobil sind, durch
Pflügen und Belüftung des Bodens und einer damit einhergehenden Erhöhung des
Redoxpotentials in eine mobilere Form überführt werden. Wie oben beschrieben, können
aber gleichzeitig auftretende Prozesse, wie die Ausfällung von Fe(III)-Hydroxiden
trotzdem zu einer starken Sorption einiger Radionuklide führen. Beide Prozesse, Erhöhung
und Erniedrigung der Mobilität, müssen bei der Radionuklidaufnahme durch
Pflanzen und bei dem Austrag im Boden- und Grundwasser berücksichtigt werden.
Sowohl für Nord- und Süd-Deutschland wird ein auf 1 km 2 normiertes Gebiet im Tiefland
angenommen. Die Kontamination hat während einer früheren Phase stattgefunden.
Es wird angenommen, dass der Niederschlag 600 mm/a und die Evapotranspiration
600 mm/a betragen. Der Kapillaraufstieg könnte 200 mm/a betragen. Bei den Szenarien
für die diskreten Klimazustände wird bewässert. Weil hier von einer bestehen-
82

den Kontamination ausgegangen wird, wird Bewässerung vernachlässigt, da es zu einer
höheren Verdünnung führen würde. Alle Werte sind den heutigen Klimabedingungen
angepasst.
4.2.3 Gesondert betrachtete Biosphäre-Szenarien
Bei einigen Klimaten und Klimaübergänge können Situationen auftreten die nicht mit
den bisherigen Naturräumen und Biosphären-Szenarien behandelt werden können.
Bei kälteren Klimaten z.B. unter periglazialen Bedingungen ist keine Landwirtschaft,
wie sie heute in Deutschland üblich ist, möglich. Möglich wäre eine Bevölkerung, die
eine Rentierzucht betreibt, wilde Beeren und Pilze sammelt und Wildtiere jagt. Dies
wird im Kapitel Rentierwirtschaft beschrieben.
Wenn sich nach einer Meerestransgression das Meer wieder zurückzieht, sind neue
Naturräume zu betrachten. Oben wurden
(1) Marsch,
(2) Sedimente in einer Nehrung oder einem Delta und
(3) Moorbildung in einer Nehrung oder einem Delta beschrieben.
Als solche sind diese für die Landwirtschaft nur beschränkt nutzbar und werden daher
im Wesentlichen für Viehwirtschaft eingesetzt. Nach Rückzug des Meeres können sie
allerdings für die Landwirtschaft kultiviert werden. Ebenso wird auf Marschen und Böden
in Gebieten mit hohem Grundwasserspiegel eher Viehwirtschaft betrieben, da diese
für Ackerbau ungeeignet sind. Auch Moore sind ohne Entwässerung nicht ohne weiteres
für Ackerbau geeignet; Viehwirtschaft mit Weiden oder vielleicht nur Heuland wären
dort eher möglich.
4.2.3.1 Viehwirtschaft
Unter bestimmten Bedingungen ist keine Landwirtschaft mit Ackerbau möglich sondern
nur Viehwirtschaft. Auch kann es vorkommen, dass das Vieh nicht auf das Feld kann
und dass nur Heu oder ähnliches für die Fütterung verwendet werden kann. Dies ist
der Fall wenn
• der Boden zu nass ist (bei hohem Grundwasserspiegel oder regelmäßiger Überschwemmung),
83

• Der Boden durch die ungünstige Korngrößenverteilung (bei hohem Schluffgehalt)
nicht trittfest ist,
• der Boden zu salzhaltig (in Meeresnähe),
• das Klima ungeeignet ist (zu kalt, oder zu trocken während der Vegetationsperiode)
oder
• die Hänge zu steil sind
Diese Situationen können unter allen der oben beschriebenen Klimate vorkommen.
Wenn die Kontamination ausschließlich auf den Gebieten, die nur für Viehwirtschaft
geeignet sind, auftritt, wird nur ein Teil der Nahrungsmittel der Menschen kontaminiert.
Ein spezielles Viehwirtschafts-Szenario ist das in Abschnitt 4.2.3.2 beschriebene Rentier-Szenario.
Ein Viehwirtschafts Szenario könnte wie folgt aussehen: Die Kontamination hat in einer
früherer Phase stattgefunden. Es wird ein normiertes Gebiet von 1 km 2 betrachtet. Sowohl
Niederschlag als auch Evapotranspiration betragen 600 mm/a (entsprechend den
heutigen Bedingungen von Nord-Deutschland). Die jährliche Bewässerung beträgt
100 mm/a, der Kapillaraufstieg ebenfalls 100 mm/a.
4.2.3.2 Rentierwirtschaft
Ein Rentier-Szenario kann wie folgt beschrieben werden:
• Die Radionuklide werden von der (spärlichen) Vegetation aufgenommen.
• Rentiere fressen kontaminierte aber auch nicht kontaminierte Vegetation.
• Rentierprodukte werden vom Menschen als Nahrung genutzt.
• Menschen und Rentiere trinken kontaminiertes Wasser
• Menschen konsumieren auch kontaminierte Pilze, Früchte und Wildtiere.
• Die Produktivität ist gering im Vergleich zu der heutigen Landwirtschaft.
Für die Rentier-Wirtschaft werden folgende Parameter vorgeschlagen, die sich für
Nord- und Süddeutschland nicht unterscheiden: Der Niederschlag beträgt 400 mm/a
und die Verdunstung 300 mm/a. Es wird angenommen, dass in einem auf 1 km 2 nor-
84

mierten Gebiet im Tiefland 10 000 m 3 kontaminiertes Wasser pro Jahr aus einem Geosphären-Aquifer
austritt und über den Boden fließt. Dies entspricht 10 mm/a Wasser.
Die Vegetation wird kontaminiert und von Rentieren gefressen. Es wird angenommen,
dass der Niederschlag 400 mm/a und die Evapotranspiration 300 mm/a betragen. Für
den Kapillaraufstieg wird 50 mm/a vorgeschlagen. Es wird angenommen, dass keine
Erosion stattfindet und die Sedimentationsrate mit 0,1 kg/(m 2·a) gering ist. Höhere Sedimentations-
und Erosionsraten können nicht ausgeschlossen werden, würden aber
zu höherer Verdünnung führen.
4.2.3.3 Quelle
Ausgangspunkt ist eine Schichtquelle, die im Wesentlichen aus dem Grundwasser gespeist
wird und eine Schüttung von 10 000 m 3 /a aufweist. Dieses Quellwasser wird als
Trinkwasser von Mensch und Tier sowie für die Bewässerung eines Einzelbauernhofs
auf der Alb oder am Rande der Donauebene genutzt. Die Gebietsgröße wird auf
10 000 m 2 (1 ha) normiert. Niederschlag und Evapotranspiration betragen 600 mm/a.
Es wird reichlich bewässert mit 400 mm/a aus der kontaminierten Quelle.
85

5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
5.1 Zusammenfassung der Vorschläge für die Modellierung
Die in diesem Bericht beschriebenen Studien betreffen die Entwicklung von konzeptuellen
Modellen für die physikalische Biosphäre. Diese physikalische Biosphäre beschreibt
den Transport von Feststoffen und Wasser als Basis für die Berechnung des
Radionuklidtransports. In der Reihe von Teilmodellen für das Endlagersystem, die in
einer Sicherheitsanalyse berücksichtigt werden, folgen diese Arbeiten auf die Beschreibung
der Nahfeldfreisetzung und den Geosphärentransport der Radionuklide aus
einem Endlager. Die Resultate dieser Studien stellen die Grundlage dar, um Radionuklid-Konzentrationen
als Funktion der Zeit in Böden, Wasser (Flüsse, Seen, Grundwasser)
und gegebenenfalls in der Luft zu berechnen, die dann als Quelle für die Pflanzenaufnahme,
bzw. das Trinkwasser für Mensch und Tier und Bewässerung dienen.
Die Resultate der in diesem Bericht beschriebenen Studien werden im Rahmen eines
anderen Vorhabens für die Berechnung von Strahlendosen über ausgewählte Expositionspfade
verwendet.
In Kap. 2 und 3 wurden das heutige Klima und die möglichen Klimaentwicklungen für
die Referenzregionen in Nord- und Süd-Deutschland beschrieben. Es wurde aufgezeigt,
wie sich für die physikalische Biosphäre wesentliche Eigenschaften unter den
verschiedenen Klimaten entwickeln. Aus diesen Beschreibungen wurden in Kap. 4 Ansätze
für die Modellierung erstellt. Dabei konnten einige der betrachteten Klimazustände
in einem gemeinsamen Ansatz für die Modellierung zusammengefasst werden.
Der Zustand der Biosphäre, wie sie unter dem heutigen Klima existiert, ist der Ausgangspunkt
der Betrachtungen. Eine ausführliche Beschreibung dafür und eine Konzeptualisierung
der Naturräume und der Austauschprozesse zwischen den Naturräumen
mit dem Biosphärenaquifer wurden bereits im Bericht /FAH 10/ beschrieben. In
dem hier vorgelegten Bericht wurden nun entsprechende Parameterwerte für die Referenzregionen
in Nord- und Süd-Deutschland vorgeschlagen. Davon ausgehend wurden
dann Parametersätze für die physikalische Biosphärenmodelle unter den anderen
Klimabedingungen und auch für speziell zu betrachtende Szenarien abgeleitet. Die Parameter
für die jeweiligen Klimate und speziellen Szenarien sind in Tab. 11 aufgeführt.
86

Tab. 11:
Vorgeschlagene Parameter für die Modellansätze zu den jeweiligen Szenarien (n.a. = nicht anwendbar)
Parameter Norddeutschland Süddeutschland Alb Süddeutschland Donau Übergang mit Vor-Kontamination Gesondert
Einheit heute wärmer heute wärmer heute wärmer Löss Marsch Moor Vieh Rentier Quelle
Niederschlag mm/a 600 600 1000 600 700 600 600 600 600 600 400 600
Verdunstung (pot. Evapotranspiration) mm/a 600 1000 600 800 700 1000 600 600 600 600 300 600
Bewässerung
Alb mm/a n.a. n.a. 0 300 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. 0 n.a.
Auen/Marsche mm/a 0 0 n.a. n.a. 0 0 n.a. 0 n.a. n.a. 0 n.a.
Moräne mm/a 200 600 n.a. n.a. n.a n.a. 0 n.a. n.a. n.a. 0 n.a.
Schotter/Sande mm/a 200 600 n.a. n.a. 200 400 0 n.a. n.a. n.a. 0 n.a.
Moor mm/a 0 0 n.a. n.a. 0 0 n.a. n.a. 0 n.a. 0 n.a.
Eintrag durch Überschwemmung 1
Alb mm/a n.a. n.a. 100 100 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. 10 n.a.
Auen/Marsche mm/a 100 100 n.a. n.a. 100 100 n.a. n.a. n.a. n.a. 10 n.a.
Schotter/Sande mm/a 0 0 n.a. n.a. 100 100 n.a. n.a. n.a. n.a. 10 n.a.
Moor mm/a 100 100 n.a. n.a. 100 100 n.a. n.a. n.a. n.a. 10 n.a.
Grundwasser 1
Alb mm/a n.a. n.a. 100 100 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. 50 n.a.
Auen/Marsche mm/a 100 100 n.a. n.a. 100 100 100 100 n.a. 100 50 0
Moor mm/a 100 100 n.a. n.a. 100 100 100 n.a. 200 100 50 0
Erosionsrate (nach Topographie) 1
Alb kg/(m 2 .a) n.a. n.a. 2 5 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. 0 0 0
Moräne kg/(m 2 .a) 0,1 0,2 n.a. n.a. n.a. n.a. 0 0 0 0 0 0
Schotter/Sande kg/(m 2 .a) 0,1 0,2 n.a. n.a. 0,2 2 0 n.a. 0 0 0 0
Sedimentationsrate 1
Alb kg/(m 2 .a) n.a. n.a. 2 2 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. 0,1 0
Auen/Marsche kg/(m 2 .a) 0,1 0,2 n.a. n.a. 0,5 1 0 0 0 0 0,1 0
Moor kg/(m 2 .a) 0,1 0,2 n.a. n.a. 0,5 1 0 0 0 0 0,1 0
Durchflussrate = D*i*A m 3 /a 2·10 06 2·10 06 2·10 04 2·10 04 3·10 05 3·10 05 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
Filtergeschwindigkeit (D) m/a 3·10 04 3·10 04 3·10 03 3·10 03 3·10 04 3·10 04 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
Hydraulischer Gradient (i) m/m 10 -02 10 -02 10 -01 10 -01 10 -02 10 -02 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
Querschnitt (A) m 2 5·10 03 5·10 03 5·10 01 5·10 01 10 03 10 03 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
Input Geosphärenaquifer m 3 /a n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. 10 04 10 04
Volumenstrom im Fluss m 3 /a 10 10 10 09 10 06 10 06 3·10 09 3·10 08 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
Sedimentfracht im Fluss kg/a 3·10 08 3·10 08 3·10 04 3·10 04 10 08 10 08 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
1 für nicht aufgeführte Naturräume sind die Parameterwerte = 0.
87

Es wird vorgeschlagen die kälteren Klimate Dfc und ET hinsichtlich des Modellansatzes
für die physikalische Biosphäre zusammenzufassen und eine Rentierwirtschaft anzunehmen.
Das Tiefland wird oder wurde kontaminiert. Die Bevölkerung lebt von der
Rentierwirtschaft und sammelt z.B. Beeren, Pilze und jagt Wildtiere.
Die Biosphäre unter wärmeren Klimaten wird ähnlich wie die für das heutige Klima behandelt.
Auch hier wird vorgeschlagen, die Klimate CS und CW hinsichtlich der Modellierung
zusammenzufassen. Die Schemata (Kompartimente und Austauschprozesse)
sind die gleichen wie für Nord- und Süd-Deutschland unter dem heutigen Klima, aber
folgende Parameterwerte sind anzupassen:
• Niederschlag und Evapotranspiration
• Bewässerung
• Eintrag von Kontamination
• Landwirtschaftliche Produkte
Unter wärmeren Klimaten könnte der Meeresspiegel steigen und in den Referenzregionen
könnte eine Situation wie an der heutigen Nordseeküste auftreten. Wasser- und
Sedimentflüsse wären größer als in den heutigen Referenzregionen und würden zu einer
höheren Verdünnung der Radionuklide führen. Wenn das modellierte Gebiet versalzen
ist oder einen hohen Grundwasserspiegel aufweist, ist es nicht für eine vollwertige
Landwirtschaft sondern nur für die Viehwirtschaft geeignet. Dies gilt z.B. für die
Marsch (mit Salz- und Süßwasser) und für das Moor (nur Süßwasser).
Als weitere spezielle Szenarien werden vorgeschlagen:
• Marsch:
Für die Landwirtschaft nutzbar gemachtes Marschland oder Land im Bereich ehemaliger
Flussläufe und Seen. Eine Vorkontamination ist vorhanden. Landwirtschaft
wird wie in unserem heutigen Klima betrieben.
• Moor:
Auch für die Landwirtschaft nutzbar gemachtes Moor kann in Flussläufen und Seen
entstanden sein. Eine Vorkontamination ist vorhanden. Landwirtschaft wird wie in
unserem heutigen Klima betrieben. Ein Spezialfall könnte hier der Gemüseanbau
sein.
88

• Löss:
Löss wurde an anderer Stelle abgetragen, mit dem Wind transportiert und in der
Referenzregion flächig abgelagert. Eine Vorkontamination ist vorhanden. Landwirtschaft
wird wie in unserem heutigen Klima betrieben.
• Quelle:
Eine Schichtquelle mit kontaminiertem Grundwasser wird als Trinkwasser für
Mensch und Tier für einen einzelnen Bauernhof sowie für die Bewässerung genutzt.
Die Parameterwerte, die für die Modellierung vorgeschlagen werden, sind erste Schätzungen,
die durch weitere Studien verbessert werden sollten. Die für spezielle Szenarien
abgeleiteten Parameterwerte beruhen auf dem heutigen Klima. Eine Anpassung
an andere Klimate stellt wenig Aufwand dar. In Abschnitt 4.1 wurde beschrieben, welche
Parameter insbesondere aufgrund von Erfahrungen in den bisherigen Sicherheitsanalysen
relevant sind. Durch Parametervariationen und Sensitivitätsanalysen können
diese Aussagen für die verschiedenen, in diesem Bericht beschriebenen Szenarien
verfeinert werden.
5.2 Ungewissheiten
Ungewissheiten ergeben sich aus einer eingeschränkten Kenntnis
• der Entwicklung des langfristigen Klimas,
• der klimatischen Auswirkung auf die Referenzregionen,
• der klimagesteuerten Prozesse in der physikalischen Biosphäre,
• der zukünftigen menschlichen Gewohnheiten.
Die Ungewissheiten sind dabei von unterschiedlicher Relevanz. Solche die durch hohe
Verdünnungen, z.B. große Wasser- oder Sedimentationsumlagerungen gekennzeichnet
sind, bedürfen in der Regel keiner weiteren Untersuchung, da sie zu geringeren
Expositionen führen. Diejenigen jedoch, die möglicherweise eine Akkumulation / Aufkonzentrierung
der Radionuklide hervorrufen, sollten detailliert untersucht werden. Prozesse,
die zu einer Akkumulation führen könnten, werden in den folgenden Kapiteln
kurz skizziert. Unter diesen Prozessen gibt es einige, wie z.B. eine erhöhte Radionuklidfreisetzung
hervorgerufen durch veränderte geochemische Bedingungen, die die bis
jetzt in Sicherheitsanalysen nur z.T. betrachtet werden.
89

Eine Möglichkeit, mit den Unsicherheiten umzugehen, ist eine möglichst umfassende
Beschreibung von Veränderungen der Referenzregionen sowie eine Auflistung des
möglichen Einflusses auf die physikalische Biosphäre. Dies wurde zu einem gewissen
Teil in dieser Arbeit durchgeführt und in Kapitel 3 beschrieben. In einigen Fällen, insbesondere
bei aus Klimaveränderungen resultierenden Vorgängen in der physikalischen
Biosphäre, wäre eine vertiefte Bearbeitung dieser Prozesse sowie ihre Auswirkungen
auf die Kontaminationspfade wünschenswert. Hinsichtlich der Abhängigkeit
des Radionuklidverhaltens von den geochemischen Bedingungen könnten auch Parametervariationen
zum Verständnis beitragen. Ebenso sollte eine genauere Betrachtung
erfolgen, inwieweit die menschlichen Gewohnheiten Einfluss auf die klimagesteuerten
Prozesse im Boden, insbesondere die chemischen Randbedingungen haben können.
Ein weiteres Thema, das einer vertieften Betrachtung bedarf, ist die Ermittlung von effektiven
Durchschnittswerten aus Daten von spontanen, kurzfristigen, aber sehr intensiv
ablaufenden Prozessen. Konkret betrifft dies Prozesse der Erosion und Sedimentation,
Überschwemmungen etc. Eine Abschätzung sollte ebenso für die durchschnittliche
Radionuklidakkumulation im Boden durch die Bewässerung erfolgen, da nicht alle
Pflanzen die gleiche Wassermenge benötigen und nicht alle Böden gleich bewässert
werden.
5.2.1 Zukünftige Entwicklung des Klimas und Auswirkung auf die Referenzregionen
Ungewissheiten sind insbesondere der nicht im Detail bekannten Kenntnis der Klimaentwicklung
geschuldet. Die Vergangenheit zeigt, dass die Ausprägung und Länge der
diskreten Klimazustände und die Geschwindigkeit der Klimaübergänge wichtige Randbedingungen
für die Ausprägung und Entwicklung der physikalischen Biosphäre in den
Referenzregionen sind. Ebenso sollte die Richtung der Klimaentwicklung, also die Tatsache
ob es sich um eine Abkühlung oder eine Erwärmung handelt, einen wichtigen
Faktor darstellen. Selbst wenn die Klimaentwicklung genau bekannt wäre, blieben jedoch
ihre Auswirkungen auf die Referenzregionen nicht in allen Details vorhersehbar
und ihr Einfluss auf die physikalische Biosphäre vielfältig. Beispiele hierfür sind Fragen
nach der:
• Niederschlagsmenge und –verteilung,
• der Bodenentwicklung,
• dem Einfluss salzhaltigen Wassers (Küsten- und Flussnähe)
90

• der Überschwemmungshäufigkeit und –dauer
• dem Wasseraustausch zwischen dem Geosphären- und dem Biosphärenaquifer
• der Wassermenge, die bei Grundwasserspiegelschwankungen bewegt wird.
• Reliefbildung
• Ablagerung neuer Sedimente (Moränen, Schotter, Sande)
• Entwicklung der vorhandenen Naturräume
• Pflanzensukzession
5.2.2 Klimagesteuerte Prozesse in der physikalischen Biosphäre
In der physikalischen Biosphäre laufen in Abhängigkeit des Klimas vielfältige Prozesse
ab. Diese können den Transportpfad der in die physikalische Biosphäre freigesetzten
Radionuklide, deren Transportgeschwindigkeit und auftretende Konzentrationen verändern.
Beispiele hierfür sind z.B.
• Festlegung/Freisetzung von Radionukliden durch Adsorption/Desorption bzw. Erosion/Sedimentation
(u.a. abhängig vom chemischen Milieu und Substrat )
• Aus-/Mitfällung und Freisetzung von Radionukliden
(Veränderung der geochemischen Bedingungen wie pH-Wert, Redoxpotential, Ionenstärke)
• Aufkonzentrierung von Radionukliden im Boden durch Verdunstung (in Gewässern
und Böden) und Bewässerung (in Böden)
Diese Prozesse treten verstärkt während einer Klimaänderung und damit Veränderung
von Naturräumen auf, werden aber zusätzlich durch menschliche Eingriffe (z.B. Pflügen,
Düngung) beeinflusst. Eine Erhöhung des Redoxpotentials bewirkt für redoxsensitive
Radionuklide wie z.B. Se, Tc, U und Np je nach Substrat eine erhöhte Mobilität im
Bodenwasser und als Folge z.T. eine erhöhte Aufnahme in die Pflanze. Gleichzeitig
sind aber auch die Redoxsysteme von Fe oder Mn beeinflusst und es kann zur Ausfällung
von Fe(III)-Hydroxiden kommen. Dabei könnten Kationen mitgefällt, bzw. stark
sorbiert werden. Dieser Prozess würde damit der erhöhten Mobilität der Radionuklide
entgegen wirken. Eine Erhöhung des Redoxpotentials könnte insbesondere bei signifikanten
Veränderungen der geochemischen Bedingungen, die z.B. bei Trockenlegung
eines Moores oder Verlandung eines Sees zu erwarten sind und besonders bei nachfolgender
landwirtschaftlicher Nutzung relevant sind, können bei einer vorangegangenen
Kontamination von Moor bzw. Seesediment zu einer erhöhten Freisetzung von
91

Radionukliden führen. Derartige Prozesse spielen auch in bevorzugten Bodenhorizonten
(Go/Gr, Raseneisenstein, ton bzw. schluffreichen bzw. stark organischen Horizonten)
aber auch beim Eindringen von sauerstoffreiche Gletscherwasser eine Rolle.
Die Prozesse der Aufkonzentrierung durch erhöhte Verdunstung und/oder übermäßige
Bewässerung sind für das CS/CW-Klima bedeutsam. Aber nur dann, wenn nicht auch
gleichzeitig eine Versalzung eintritt, die das Land unfruchtbar werden lässt.
Wie sich die Entwicklung von Permafrost auf die Freisetzung von Radionukliden ins
Grundwasser auswirkt, ist unsicher. Generell gibt es sehr wenige natürliche Situationen,
die als Analoga herangezogen werden können. Nur für Se und As wurden und
werden entsprechend Studien durchgeführt (siehe auch Diskussionen in den internationalen
Projekten BIOMOVS, BIOMASS und BIOPROTA, s. z.B. /BIO 91/, /SMI 09/).
5.2.3 Zukünftige Entwicklung der menschlichen Gewohnheiten
Die Ungewissheit bezüglich der menschlichen Gewohnheiten umfasst die landwirtschaftliche
Praxis (Trockenlegung von Mooren, Marschen, Pflügen, Düngen) und die
Ernährungsgewohnheiten. Im Hinblick auf die physikalische Biosphäre hat das
menschliche Handeln vor allem Einfluss auf den Oberboden und den in diesem stattfindenden
Prozessen, wie z.B. Bodenentwicklung, chemische/physikalische Eigenschaften
von Bodensubstrat und Bodenlösung.
Ein in diesem Zusammenhang wichtiger Aspekt ist die Änderung der Transferfaktoren
durch Veränderung der landwirtschaftlichen Bearbeitung. Verschiedene Untersuchungen
weisen darauf hin, dass natürliche Systeme höhere Transferfaktoren für Radionuklide
vom Boden in die Pflanze aufweisen, als eine technologische Landwirtschaft (mit
Kunstdünger und hohen Erträgen). Eine Erklärung dafür ist, dass in natürlichen Systemen
ein Mangel an wichtigen Nährstoffen wie Kalium, Phosphor und Stickstoff herrscht
und das System darauf ausgelegt ist, Verluste von diesen zu minimieren. Dabei werden
z.B. die chemisch ähnlichen Isotope von Cäsium und Strontium effizienter im
Nährstoffkreislauf erhalten bleiben. Ob diese Prozesse auch für andere Radionuklide
auftreten ist unsicher. Vertiefte Untersuchungen fehlen hier jedoch noch.
92

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FAH 10/
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Fachliche Unterstützung des BfS bei der Erstellung von Referenzbiosphärenmodellen
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/FOE 09/
Förster, B.; Noseck, U.; Mönig J.: Fachliche Unterstützung des Bundesamtes
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für den radiologischen Langzeitsicherheitsnachweis von Endlagern
– Biosphären-Szenarioanalyse für potentielle Endlagerstandorte: AP
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/GÜN 95/ Gündra, H., Jäger, S., Schroeder, M., Dikau, R.: Bodenerosionsatlas
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Zwischenbericht, BGR, Hannover 2002.
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ZEP 08 Zepp, H.: Geomorphologie, 3. Auflage, UTB Schöningh-Verlag, 2008.
98

Anhang A
Bodenprofile und Beschreibungen für relevante häufig vorkommende
Böden aus /LAN 06/ und /BAY 12//
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Vega (Brauner Auenboden)
Pleinfeld, Lkr. Weißenburg-Gunzenhausen
Bodenschätzung: lS II a 2 53/50
Ah (0-20 cm):
dunkelgraubrauner, humoser,
stark lehmiger Sand;
Krümelgefüge, porös; sehr gute
Durchwurzelung
3.11 Vega (Brauner Auenboden)
Entstehung
Typisches Ausgangsmaterial
und Verbreitung
Das Ausgangsmaterial bilden Flusssedimente in
der regelmäßig überschwemmten Aue. Dabei
handelt es sich überwiegend um andernorts abgetragenes
Braunerdematerial, daher die tiefreichende
braune Farbe und der für einen
Sandboden relativ hohe Humusgehalt im Unterboden.
In den Flusstälern mit sandigen bis lehmigen
Sedimenten, vorherrschend im ufernahen Bereich
aM (20-80 cm):
brauner, graugelb gefleckter,
schwach toniger Sand;
Einzelkorngefüge, schwach kohärent,
stark porös;
im oberen Teil noch gut durchwurzelt
Nutzung, Standorteigenschaften
Gefährdung
Standorteigenschaften des abgebildeten Bodenprofils
LK
[%]
nFK
[%]
nFK
[mm]
Im Überflutungsbereich natürlicher Grünlandstandort,
außerhalb des Überflutungsbereichs
guter Ackerstandort
Gefahr der Verdichtung , Auswaschung
TRG
[g/cm 3 ]
Ton
[%]
Schluff
[%]
Sand
[%]
Ah 16 24 48 1,33 16 18 66
aM 28 14 70 1,37 10 10 80
aM-Go (80-100 cm+):
braungelb gefleckter Sand; Einzelkorngefüge;
stark luft- und wasserdurchlässig;
vereinzelt Konkretionen
aM-Go 39 7 - 1,40 5 3 92
LK Luftkapazität: kennzeichnend für die Durchlüftung des Bodens;
Werte < 5 % im A-Horizont und < 8 % im Unterboden behindern das Wurzelwachstum.
nFK Nutzbare Feldkapazität: kennzeichnend für das pflanzenverfügbar gebundene Bodenwasser;
1 % nFK entspricht 1 mm nFK je 10 cm Bodentiefe im Hauptwurzelraum.
TRG Trockenraumgewicht: Trockengewicht des Bodens in seiner natürlichen Lagerung.
Gebräuchliche Synomyme sind: Trockenraumdichte, Lagerungsdichte, Rohdichte trocken.
TW Totwasser: kennzeichnend für das nicht mehr pflanzenverfügbare Bodenwasser
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Verantwortung für Mensch und Umwelt
Kontakt:
Bundesamt für Strahlenschutz
Postfach 10 01 49
38201 Salzgitter
Telefon: + 49 30 18333 - 0
Telefax: + 49 30 18333 - 1885
Internet: www.bfs.de
E-Mail: ePost@bfs.de
Gedruckt auf Recyclingpapier aus 100 % Altpapier.