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Kasten 4.23 Oklo: ein natürlicher Atomreaktor
Heute besteht Uran nur zu 0,7 % aus dem spaltbaren Isotop
235
U. Die Verhältnisse der Isotope verändern sich aber mit der
Zeit, da sie eine unterschiedliche Halbwertszeit haben. Vor
zwei Milliarden Jahren waren es noch 3 %
235
U, was immerhin
dem Anteil in Brennstäben von Kernkraftwerken entspricht.
Da es keine nennenswerte natürliche Fraktionierung der
Uranisotope gibt, ist das Isotopenverhältnis zu einem be-
stimmten Zeitpunkt überall auf der Welt gleich. Eine Ausnah-
me bilden kleine Zonen in Oklo (Gabun), einer zwei Milliarden
Jahre alten sandsteingebundenen Lagerstätte vom Rollfront-
Typ, die Zonen mit ungewöhnlich hohem Erzgrad aufwies.
1972 stellten französische Arbeiter fest, dass bei der Anreiche-
rung des Erzes von Oklo ungewöhnlich wenig
235
U anfiel. Als
einzig mögliche Erklärung kam infrage, dass es in der Lager-
stätte natürlich zu einer Kernspaltung gekommen ist. Man hat
sogar Spaltprodukte wie Curium und Americium sowie Spuren
von Plutonium gefunden, also Elemente, die man bisher nur
als künstliche Produkte von Kernkraftwerken kannte. Die Zone
innerhalb der Lagerstätte war somit einmal ein natürlicher
Atomreaktor. Insgesamt wurden in Oklo und im benachbarten
Bangombé 16 Reaktoren entdeckt.
Dank einer genaueren Untersuchung mithilfe von Xenoniso-
topen wissen wir mehr darüber (Meshik 2005). Offensichtlich
war Wasser vorhanden, das die wichtige Eigenschaft hat,
schnelle Neutronen zu thermischen Neutronen abzubremsen.
Bei der Spaltung werden schnelle Neutronen freigesetzt, aber
nur thermische Neutronen können weitere Urankerne spalten.
Entsprechend konnte in den Zonen mit hohem Erzgrad eine
Kettenreaktion einsetzen. Die freigesetzte Hitze ließ das
Wasser verdampfen und entweichen, was den Reaktor wieder
abschaltete. Wenn er weit genug abgekühlt war, konnte neues
Wasser eindringen und die Kettenreaktion wieder in Gang
setzen. Schätzungen zufolge ist er jedes Mal 30 Minuten an
und danach mindestens 2,5 Stunden aus gewesen. Dieses
Pulsen scheint ein paar Hunderttausend Jahre lang stattge-
funden zu haben.
stein mehrere solcher Vorkommen über- und nebeneinander zu
finden. Man geht davon aus, dass diese Horizonte durch Wasser-
mischung an der Grenzfläche zwischen einer stagnierenden Sole
und dem darüber durch den Sandstein fließenden oxidierten
meteorischen Wasser entstanden (Northrop und Goldhaber
1990). Die Vermischung löste eine ganze Serie von Reaktionen
aus, wobei die im Sandstein vorhandene organische Substanz
und H
2
S (von sulfatreduzierenden Bakterien freigesetzt) als Re-
duktionsmittel eine Rolle spielten, aber auch Änderungen des pH
lösten Fällungsreaktionen aus.
Die Rollfrontlagerstätten entstanden an Oxidationsfronten
innerhalb des Sandsteins (
.
Abb. 4.52
). Solche Fronten sind in
Sandsteinen deutlich sichtbar, eine scharfe Grenze trennt dann
roten, hämatithaltigen Sandstein (oxidiert) von grünlichem
(reduziertem) Sandstein, der typischerweise zwischen den Sand-
körnern etwas Karbonat, organische Substanz und Pyrit oder
Markasit enthält. In einem Sandsteinaquifer führt sauerstoff-
reiches meteorisches Wasser zur Oxidation, was allerdings an der
Redoxfront effektiv den Sauerstoff verbraucht. Diese wandert
also nur langsam durch den Sandstein. Oft hat sie die Form einer
Rolle, da die Strömung im Zentrum des Aquifers schneller ist. Im
Wasser gelöstes U
6+
wird an der Front reduziert und als Pech-
blende ausgefällt. Auch andere im Wasser gelöste Metalle wie V,
As, Se, Mo, Cu und Co werden ausgefällt, wobei sich innerhalb
der Rolle eine Zonierung mit unterschiedlicher Mineralisierung
ausbildet. Unter Umständen spielt auch Fluidmischung eine
Rolle: Oft befinden sich die Rollen in der Nähe von Verwerfun-
gen und es wird vermutet, dass an diesen reduzierendes Wasser
in den Aquifer strömte. In manchen Fällen scheint einströmen-
des Methan zur Reduktion geführt zu haben.
Das ähnelt bereits den tektono-lithologischen Lagerstätten.
Entlang von permeablen Verwerfungen konnte Wasser in einen
Sandsteinaquifer eindringen, wobei durch Fluidmischung zun-
genförmige Erzzonen entstanden.
Diskordanz
nennt man eine Grenzfläche, an der Sedimente
flach über verkippten und teilweise erodierten älteren Ge-
steinen liegen.
Diskordanzlagerstätten sind die bedeutendsten Uranlagerstätten
(
.
Abb. 4.53
). Das Prinzip ähnelt den sandsteingebundenen
Lagerstätten, sie sind aber wesentlich größer und weisen einen
Abb. 4.52
In einem Sandsteinaquifer werden an einer Redoxfront
Uran, Vanadium und andere Metalle aus dem Wasser ausgefällt. Die
Front ist oft rollenförmig (Rollfrontlagerstätte).
