Het is weer tijd om te gaan strijden om de regenboogtruien. Dit jaar doen we dat in Zürich, Zwitserland. Samen met de afdeling Aard- en Planeetwetenschappen van de ETH, de universiteit, in Zürich kijken we naar de geologie van de parcoursen van deze wereldkampioenschappen. We beginnen met de tijdritten op zondag 22 september. We rijden langs het prachtige Meer van Zürich en de glooiende groene heuvels rond de stad. Om te begrijpen hoe dit landschap is ontstaan, moeten we beginnen met naar het zuiden te kijken, in plaats van naar de stad zelf.
Langzame Alpen
Op een zonnige dag vormen de Zwitserse Alpen een prachtig panorama waarvan je kunt genieten als je langs de oevers van het meer van Zürich wandelt, waar de finale van de tijdritten is. De Zwitserse Alpen zijn het resultaat van een zeer lange geschiedenis. Dit gebergte ging van een langzame divergentie naar een zijschuiving en uiteindelijk de convergentie tussen Europa en Afrika. Dit proces verliep erg langzaam als je het vergelijkt met andere bergketens. Het ging zo langzaam dat als de Zwitserse Alpen het in een geologische tijdrit zouden opnemen tegen andere bergketens, ze waarschijnlijk als allerlaatste zouden eindigen. Rode lantaarn, zogezegd. Om te zien hoe de Alpen werden gevormd, reizen we terug in de tijd.
Jurassische start
Ons verhaal begint in Jurassic Park, dus zo’n 170 miljoen jaar geleden. Het was de tijd waarin dinosaurussen de dominante landdieren werden, maar ook de tijd waarin het supercontinent Pangea waarop ze leefden, uit elkaar begon te vallen en de Atlantische Oceaan vormde. In de beginfase strekte de Atlantische Oceaan zich niet uit tot voorbij het noordwesten van Europa. Hij vertakte zich in westelijke richting via wat nu de Pyreneeën en de Golf van Biskaje zijn naar de Alpen. Hierdoor ontstond een kleine tropische zee die geologen de Alpentethys noemen.
Zwitserland lag aan de noordelijke rand van deze zee. Stel je voor dat deze op dezelfde breedtegraad lag als de Rode Zee vandaag de dag. In die tijd zou je in elk Zwitsers vakantieoord duikspullen moeten meenemen in plaats van ski’s. Je zou cocktails drinken op het strand in plaats van gluhwein bij je kaasfondue. Oké, genoeg stereotypen. Tijdens deze periode werden lagen kalksteen en klei afgezet. Die klei blijkt later in ons verhaal heel belangrijk te zijn.
Superhoge bergen
Miljoenen jaren lang, terwijl de bouw van andere beroemde bergketens zoals de Himalaya, de Andes en zelfs de naburige Dinarische Alpen in volle gang was, bleef Zwitserland – geologisch gezien – relatief neutraal. Dat stond op het punt te veranderen. Ongeveer 30 miljoen jaar geleden veranderde Afrika, of om precies te zijn de Afrikaanse plaat, van koers. Het begon langzaam over het huidige Zwitserland heen te bulldozeren. De sedimentaire gesteenten die in de kleine zee werden afgezet, werden onder de zeespiegel geplooid en omhoog gestuwd om de Zwitserse Alpen te vormen.
Zodra deze rotsen boven zeeniveau kwamen, begonnen de krachten van regen en wind ze af te breken. Dit proces noemen we erosie en het heeft de Alpen in de loop der tijd een stuk lager gemaakt. Hoewel de Zwitserse Alpen beroemd zijn om de besneeuwde toppen van bergen als de Mönch, Jungfrau en Matterhorn die meer dan vier kilometer boven zeeniveau liggen, waren deze toppen vroeger bedekt met meer dan tien kilometer rotsen! Dit betekent overigens niet dat de Alpen vroeger 14 km hoog waren. Er is veel meer om rekening mee te houden bij het bepalen van de hoogte van bergen. Je kunt meer lezen in de blog van etappe 18 van de Tour de France voor mannen van dit jaar.
Ontbrekende bergrotsen
Aanvankelijk lagen de toppen van de Alpen diep onder de zeespiegel in de aardkorst. Ze waren bedekt met tien kilometer aan rotsen die eraf geschraapt waren. Dat betekent dat we veel rotsmateriaal missen. Waar is het gebleven? Hoe kan er zoveel steen verdwijnen, hoor ik je denken? Na jaren van erosie in zone 1 van de afbeelding hieronder werden alle afvalproducten – grind, zand en modder – noordwaarts getransporteerd door riviersystemen. Dit werden de Aare, Reuss, Limmat en natuurlijk de Rijn.
Toen deze rivieren noordwaarts trokken, werden veel van de grotere korrels, zoals grind en zand, min of meer horizontaal voor de groeiende bergketen afgezet. Dit is zone 2. Deze afzettingen vormen de fundering van Zürich. Ondertussen baanden de fijnste korrels zich een weg naar het noorden, naar de Noordzee. Ze bouwden een grote delta die we nu kennen als Nederland. Dat is Zone 3 op de afbeelding hieronder.
Time to go nuclear
Als je het vergelijkt met de Alpen, is Zürich behoorlijk saai. We bedoelen in tektonische termen, want deze stad is nooit saai. We bedoelen dat het voor een metropool van een miljoen mensen niet zo erg is om niet te maken te hebben met ontwrichtende aardbevingen. In feite maakte dit de regio ten noordwesten van Zürich tot de ideale plek om de drie kernreactoren van Zwitserland te bouwen. Samen voorzien ze in ongeveer 40% van de Zwitserse elektriciteitsbehoefte.
Zoals je misschien weet, levert de productie van kernenergie radioactief materiaal op als afvalproduct. Dit wordt momenteel opgeslagen in een nabijgelegen tijdelijke faciliteit. Tijdelijk, omdat deze faciliteiten aan de oppervlakte hooguit enkele tientallen jaren gebruikt kunnen worden. Kernafval kan tot honderdduizenden jaren radioactief blijven. Ter referentie: onze menselijke soort bestaat nog maar zo’n 300.000 jaar. Er moet hier een probleem worden opgelost.
Geologie als redding!
Gelukkig hoefden de Zwitsers niet lang te zoeken naar een goede plek om hun kernafval langdurig op te slaan. De beste plek bleek zich diep onder de kernreactoren te bevinden! Hier vinden we de Opalinusklei uit het begin van deze blog. Het is een gesteentelaag gemaakt van modder dat tientallen miljoenen jaren geleden werd afgezet in de Jura aan de noordelijke rand van de Alpentethys. Vervolgens werd het samengeperst door het gewicht van al dat grind en zand dat uit de Alpen naar beneden kwam en er bovenop werd afgezet. Al dat wachten komt nu goed van pas.
Deze klei heeft een eigenschap die hem ideaal maakt voor de opslag van kernafval. Het is praktisch ondoordringbaar. Dit betekent dat al het water in de laag stilstaat en er niet doorheen stroomt. Toen wetenschappers voor het eerst door deze laag boorden, stuitten ze op het zeewater waarin de klei meer dan 170 miljoen jaar geleden werd afgezet!
Een van de redenen voor deze ondoordringbaarheid is dat de klei zelfdichtend is. Als er een scheur in het gesteente ontstaat en er water doorheen begint te stromen, zal de klei het water absorberen en opzwellen. Hierdoor wordt de scheur weer gedicht en kan er geen water meer doorheen stromen.
Vanwege de tektonische stabiliteit en de gunstige geologie van de regio rond Zürich is de Zwitserse regering van plan om haar kernafval permanent op te slaan in de Opalinus-klei. Wetenschappers schatten, op basis van grondig onderzoek en strenge tests bij Nagra, dat de klei radioactief materiaal minstens een miljoen jaar veilig kan vasthouden. Dat is meer dan drie keer zo lang als er mensen bestaan! Stefan Heuberger vertelt je meer over hoe wetenschappers berekenen dat het veilig is. Hij legt ook uit hoe een tektonisch stabiele plek zo heuvelachtig is geworden.
Deze blog is automatisch vertaald vanuit het Engels. Eventuele taalfouten zijn niet van de auteur.
