Stabilità geologica a lungo termine

La presenza di condizioni geologicamente stabilia d elevate profondità è un elemento importante per assicurare che i rifiuti radioattivi possono essere smaltiti in modo sicuro. La geosfera è in continua evoluzione, anche se in molti casi piuttosto lentamente, soprattutto in profondità, e tale evoluzione è perfettamente compatibile con un sicuro smaltimento geologico dei rifiuti radioattivi. Il concetto di stabilità geologica implica che i cambiamenti nel sistema geologico avvengano in una misura e a un tasso che i loro effetti sono difficilmente tali da compromettere la sicurezza a breve oa lungo termine del sistema di confinamento. Quello che forse è di grande importanza a questo riguardo è capire se la conoscenza attuale sull'evoluzione dei sistemi geologici stia trascurando dei fenomeni che potrebbero avere effetti negativi sulla sicurezza di un deposito profondo.

La stabilità del sistema idrogeologico e idrogeochimico è più difficile da studiare, ma vi è un notevole consenso di tutto il mondo scientifico che tale stabilità è possibile dimostrare. Nel recente passato, sono stati organizzati due seminari NEA sulla stabilità, il primo su rocce argillose [72] e il secondo su rocce cristalline [73].

Le dimostrazioni sulla stabilità a lungo termine del sistema geosfera in cui il deposito é ospitato ha ricevuto notevole attenzione negli ultimi anni. Questi sforzi si sono indirizzati specialmente agli ambienti nord-europei che sono stati in ere precedenti dei ghiacciai, ma anche nelle aree con rocce a bassa permeabilità, dove i carichi in profondità sono probabilmente in disequilibrio con le attuali condizioni superficiali poiché l'orizzonte temporale lungo cui le forze motrici (carico di ghiaccio e altri) variano è più breve rispetto al periodo in cui la roccia può rispondere. Questo si applica a ogni roccia che ha una conduttività idraulica minore di circa 10-10 m/s che è improbabile avere recuperato dall'ultima glaciazione. Pertanto, nel processo di dimostrazione della stabilità a lungo termine è spesso il caso di stabilire il grado di squilibrio rispetto alle condizioni attuali di superficie e poi dimostrare il grado con cui il sistema si è evoluto dall'ultima glaciazione, ma tutto questo è, tuttavia, complicato per molte rocce poiché lo stesso squilibrio rispecchia i precedenti eventi.

Le conoscenze scientifiche sulla stabilità a lungo termine variano da paese a paese, secondo la tipologia di ambiente considerato, e i potenziali impatti ambientali delle eventuali variazioni sul

SAFETY CASE. Ad esempio, la previsione dei tempi e la natura delle future glaciazioni èdi

fondamentale importanza nelle valutazioni di sicurezza per un deposito ospitato in un ambiente di roccia cristallina nel nord Europa (Svezia), dove il cambiamento delle condizioni della superficie potrebbero avere un impatto diretto sulla condizioni del EBS [74]. Mentre, questi cambiamenti possono essere di minore importanza per un deposito che si trova in una formazione di fango indurito, come a Bure in Francia [75], o in argilla plastica, come l’argilla della regione di Boom in Belgio [44]. La ragione principale è che le argille plastiche tendono ad avere una permeabilità molto bassa e ciò impedirebbe la penetrazione delle acque di ricarica in prossimità dei rifiuti, inoltre fango indurito e soprattutto argilla plastica tendono a non subire deformazioni fragili durante il carico e lo scarico dei ghiacciai. Di conseguenza, è improbabile che l’alternarsi delle fasi di glaciazione e de-glaciazione generi nuovi futuri percorsi per il fluido attraverso una roccia ospite

134 di fango indurito o argilla plastica. E 'anche probabile che questa bassissima permeabilità delle argille in profondità le renda meno sensibili ai cambiamenti esogeni. In definitiva, considerazioni sulla stabilità geologica indicano una maggiore prestazione di conservazione a lungo periodo in argille rispetto a rocce dure fratturate.

A livello internazionale, è stata condotta un'ampia ricerca sulle argille come rocce ospitanti di un deposito profondo. Questa ricerca ha coperto un ampio spettro di supporti argillosi, tra cui argille plastiche, morbide, argille poco indurite, peliti dure e scisti e le proprietà di tali litologie sono riassunte nel rapporto NEA [76].

Esempi di studi specifici sono:

• indagini suf anghi induriti in Svizzera durante la Nagra Mont Terri Project [69] e al Wellenberg [70,77];

• indagini su fanghi induriti in Francia a Bure, da ANDRA in [13]; • indagini su argille plastiche a Mol, in Belgio dalla SCK/CEN [71];

• indagini su fanghi ricchi in silice (diatomee) da JAEA a Horonobe, Giappone [78-79];

Come risultato di questi e altri studi si è ottenuta, nell’ambito degli esperti di valutazioni sulle perfomance di depositi geologici profondi di rifiuti radioattivi, una vasta esperienza sulla stabilità meccanica e chimica delle argille in profondità.

Per questo tipo di roccia ospitante, ci sono prove considerevoli della loro stabilità desunte da: • profilo chimico delle argille;

• prove di pressione attraverso argille; • prove di auto-riparazione;

• mancanza di fratture in profondità.

Vi è inoltre la fiducia che condizioni sufficientemente stabili si trovano in profondità anche nel meno adeguato ambiente di rocce fratturate, se il sito è stato selezionato con cura. Ci sono diversi esempi di casi di sicurezza per un deposito in roccia fratturata dove sono riportati resoconti positivi globale sui problemi di stabilità in geosfera [3,11,41-43,80]. Queste valutazioni hanno dimostrato che può essere raggiunto il rispetto dei criteri normativi e che la comprensione scientifica delle problematiche di stabilità geologica è a un livello sufficiente e non pregiudizievole per la sicurezza a lungo termine del deposito.

Formazioni rocciose dure e fratturate che non si trovano vicino ai margini delle placche tettoniche sono generalmente considerate geologicamente stabili. Le rocce dello scudo canadese hanno età nell'ordine di miliardi di anni [81],così come le rocce dello scudo scandinavo[82]. Questi scudi rocciosi mostrano poca evidenza a subire modifiche strutturali importanti su scale temporali di molte decine o addirittura centinaia di milioni di anni. Tuttavia, rocce dure fratturate più giovani dimostrano una notevole stabilità, anche se localizzate vicino ai margini delle placche tettoniche. Per esempio, in [83] sono state comparate le frequenze di fratturazione dei plutoni granitici giapponese di età compresa tra circa 1,8 e 11,7 milioni di anni senza evidenziare significanti differenze. La conclusione è che una volta formatasi subito dopo l'intrusione, la struttura della fatturazione è relativamente insensibile a successive modifiche e, in generale, i cambiamenti nello campo di stress sembrano risultare in movimenti delle fratture esistenti, piuttosto che nella

135 generazione di nuove fratture. Così, la geometria complessiva di una rete di fratture può subire cambiamenti relativamente modesti anche in una fascia tettonica attiva.

Fenomeni in geosfera (processi ed eventi) che potrebbero turbare la stabilità di rocce dure fratturate sono ben noti e nessun fenomeno fondamentalmente nuovo è stato identificato negli ultimi anni, così che si può affermare che la comprensione di questi fenomeni geoscientifici è relativamente a buon punto. Processi della tettonica a placche sono stati studiati estesamente, in particolare in Giappone che si trova in una cintura di tettonica attiva [3,78] e negli Stati Uniti, per esempio nel programma di Yucca Mountain [84]. Altrove, il focus è stato sul potenziale impatto del cambiamento del livello del mare e o il cambiamento climatico (in particolare glaciazioni) sull'ambiente [71,85-87].

Qualsiasi valutazione della sicurezza a lungo termine di un deposito in roccia dura fratturata deve tenere conto delle incertezze relative alla stabilità della geosfera. Per supportare queste valutazioni di sicurezza, le agenzie per la gestione di rifiuti radioattivi hanno sviluppato e applicato strumenti di valutazione (deterministici e probabilistici) per affrontare queste incertezze nei

SAFETY CASE.

Anche la stabilità delle evaporiti è stata studiata nelle indagini connesse ai siti di Gorleben e alle cupole saline di Asse in Germania [88-89]. Questi programmi hanno dimostrato che, così come per le argille, le evaporiti hanno molte caratteristiche che favoriscono la loro intrinseca stabilità. Nel Regno Unito la stabilità tettonica non è un problema importante, poiché sono attesi cambiamenti relativamente piccoli nella tensione della crosta terrestre a lungo termine[30]. Il livello di sismicità è basso e probabilmente rimarrà tale. Durante le sue indagini nella zona di Sellafield, NIREX ha effettuato ricerche per comprendere l'impatto delle variazioni climatiche sulla geosfera in profondità. Questa ricerca ha sviluppato un modello per determinare la storia climatica della zona durante il periodo Quaternario e poi valutare se la falda profonda mostrasse l’evidenza di queste fluttuazioni [90]. Mentre il lavoro è stato site-specific, i metodi fondamentali sviluppati e/o dimostrati nella zona di Sellafield potrebbero essere utilizzati altrove, purché in analogia geologica. Inoltre, NIREX ha indagato anche scenari climatici futuri e le loro implicazioni nella fase di post-chiusura del deposito a Sellafield.

Anche se la comprensione del cambiamento climatico futuro si è notevolmente evoluta da allora, soprattutto sulla stima della di probabilità nei tempi della prossima glaciazione, gran parte del lavoro realizzato, sarebbe ancora rilevante, soprattutto per un sito in una zona che ci si aspetterebbe ricoperta da ghiacciai a lungo termine. NIREX anche partecipato a diversi progetti internazionali per sviluppare metodi per valutare se le variazioni climatiche e le glaciazioni in particolare, avevano colpito la geosfera in profondità. Una produzione importante di questi studi è stata il riconoscimento che le caratteristiche mineralogiche potrebbero essere correlate con i movimenti delle acque sotterranee nel passato, in particolare:

• la distribuzione spaziale di Fe-minerali (Fe-ossidi e Fe-idrossidi, solfuri, principalmente pirite);

• variazioni spaziali nelle morfologie di cristalli di minerali carbonati, che hanno dimostrato essere correlati con le variazioni di salinità delle acque sotterranee;

136 • variazioni spaziali nella chimica dei minerali di carbonato, che sono state interpretate in

termini di passate variazioni della composizioni delle acque sotterranee.

La conclusione generale da questi studi è che il sistema delle acque sotterranee a Sellafield é probabilmente poco variato a profondità di deposito durante il periodo quaternario. Anche se le glaciazioni avevano introdotto nuovi flussi delle acque sotterranee al sistema di falde acquifere, e pur rimanendo il sistema di acque sotterranee in uno stato transitorio e mai in equilibrio vero e proprio con il mutare delle condizioni al contorno, i tassi di variazione nei modelli di circolazione delle acque sotterranee profonde sono stati troppo lenti per risentire in modo significativo dal cambiamento delle condizioni climatiche esterne.