| Il documento presente in questa pagina sono le appendici finali della relazione integrale e originale (escluse le note a pie' di pagina) effettuata dalla Sogin per la localizzazione del sito unico nazionale per la raccolta delle scorie nucleari.
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 per la relazione integrale e originale (escluse le appendici finali) effettuata dalla Sogin
APPENDICI FINALI
dello
STUDIO PER LA LOCALIZZAZIONE DI UN SITO PER IL DEPOSITO NAZIONALE CENTRALIZZATO DEI RIFIUTI RADIOATTIVI
SOMMARIO
A1 - Principi di sicurezza e criteri tecnici per lo smaltimento dei rifiuti ad alta attività in formazioni geologiche profonde
A2 - Proprietà di di isolamento delle formazioni argillose
A3 - Il modulo di deposito
A4 - Siti in depositi salini esclusi per caratteristiche geo-morfologiche e giaciturali
A2 PROPRIETÀ DI ISOLAMENTO DELLE FORMAZIONI ARGILLOSE
A2.1 Gli analoghi naturali
Lo smaltimento geologico rappresenta l’unica prospettiva attuale reale di eliminazione definitiva dei rifiuti radioattivi di III categoria. Oltre che per la natura delle formazioni ospiti, il termine “geologico” sottende anche tempi “geologici” di isolamento. Nei fatti i tempi in causa sono computati sull’ordine di grandezza dei centomila anni.
Dimostrazioni della capacità di isolamento e della persistenza di tale capacità delle formazioni geologiche non possono essere ottenute con l’estrapolazione a tempi lunghissimi dei risultati conseguiti in ricerche condotte in tempi limitati su campioni, superfici e volumi ridotti rispetto a quelli in gioco nell’isolamento geologico.
Il problema è stato superato negli anni Ottanta con il ricorso allo studio degli Analoghi Naturali.
Per analoghi naturali si intendono gli elementi presenti nell’ambiente naturale per i quali si possono pensare comportamenti simili a quelli dei radionuclidi contenuti nei rifiuti radioattivi. Ad esempio l’uranio per il plutonio. Tale comportamento può essere studiato nell’ambiente naturale in condizioni di normalità o sotto condizioni di perturbazione verificatesi in passato analoghe a quelle che possono essere immaginate in futuro a carico di un deposito.
Studi sugli analoghi sono stati svolti con ricerche prevalentemente condotte nell’ambito delle azioni della Comunità Europea. Le conclusioni di tali ricerche furono che lo smaltimento geologico è certamente una soluzione affidabile per l’eliminazione del problema posto dall’esistenza dei rifiuti. I temi sviluppati per la dimostrazione delle prestazioni delle formazioni geologiche furono:
– comportamento geochimico di radionuclidi naturali, o di corrispettivi stabili dei radionuclidi
dei rifiuti, all’interno di formazioni prese in considerazione per lo smaltimento;
– capacità di isolamento idraulico e geochimico delle stesse formazioni;
– effetti di agenti di potenziale alterazione di tale capacità.
Le ricerche sugli analoghi, condotte al tempo in Italia sulle formazioni argillose, dimostrarono l’elevata (praticamente assoluta) capacità di isolamento di tali formazioni nei riguardi di un possibile deposito di rifiuti a lunga vita costituito in parti profonde delle stesse.
I risultati di tali ricerche hanno rappresentato in pratica la prima pubblicazione in merito della CE (“Benvegnù F., Brondi A., Polizzano C., 1988. “Natural analogues and evidence of long-term isolation capacity of clays occuring in Italy”. Contribution to the demonstration of geological disposal reliability of long-lived wastes in clay. Directorate-General Science, Research and Development. Commission of the European Communities. EUR 11896 EN. Office for Official Publications of the European Communities, L-2985, Luxembourg).
Le acquisizioni sulle proprietà di barriera verificate sulle argille italiane hanno indotto il governo francese, orientato alla valutazione delle prestazioni dei graniti, ad estendere il proprio impegno di ricerca anche in direzione delle argille, oggi obiettivo primario di quel paese.
Le prestazioni delle formazioni argillose, positivamente riconosciute per l’eliminazione dei rifiuti di III categoria, valgono a maggior ragione per l’isolamento in sicurezza dei rifiuti a bassa attività e vita breve. La persistenza della capacità di isolamento nei riguardi dei primi rifiuti è condizionata dall’evoluzione geologica generale del sito di ubicazione del deposito. Per gli altri rifiuti, essendo il deposito concepito per una realizzazione a bassa profondità, il fattore di potenziale destabilizzazione è l’evoluzione morfologica in condizioni di normalità o di alterazione a seguito di possibili variazioni climatiche. Minimo o inesistente è in questo caso il ruolo di potenziale destabilizzazione giocato dai fattori di evoluzione geologica.
A2.2 Capacità di barriera delle argille
Uno dei dubbi più ricorrenti circa la reale capacità d’isolamento a lungo termine delle argille è la possibilità di migrazione dei radionuclidi verso la biosfera per condizioni di permeabilità primaria, di fratturazione e per discontinuità tettoniche. La modellistica idrogeologica ha spesso ammesso, o semplicemente ipotizzato, tale possibilità, spesso in astrazione e contro evidenze reali dell’efficacia delle barriere naturali. L’uso di modelli, svincolato da verifiche sperimentali in condizioni adeguate o da osservazioni in campo, ha spesso generato dubbi sull’effettività della capacità di barriera idraulica delle argille per l’arco temporale del necessario isolamento dei rifiuti.
Uno degli assunti della modellazione idrologica è, ad esempio, la permeabilità per fratturazione e per fagliazione, situazioni idrauliche non rilevate dalle osservazioni in campo e in sotterraneo.
La mancanza di associazione dei caratteri geochimici delle argille ai caratteri idrologici ha lasciato in disparte l’altra proprietà, in massimo grado posseduta dalle argille, di agire come barriera geochimica assolutamente efficace nei riguardi di due dei radionuclidi di riferimento quali componenti di rifiuti radioattivi, il cesio e il plutonio e, in termini più estesi, gli attinidi. Occorre precisare che la capacità di controllo geochimico espletate dalle argille nei riguardi dei radionuclidi, così come nei riguardi della maggior parte degli elementi e composti inorganici e organici, viene efficacemente esercitata anche in sistemi idraulicamente aperti. Ad esempio, molti giacimentidi uranio si costituiscono in sedimenti permeabili nei quali i valori del potenziale di ossidoriduzione è simile a quello posseduto in massa dalle formazioni argillose e dai livelli sabbiosi, isolati dalle acque superficiali e di falda, in esse intercalati.
Di seguito vengono descritti alcuni risultati positivi degli studi condotti sulle capacità di barriera delle argille italiane rispetto ad alcuni aspetti portanti quali:
– capacità di barriera idraulica;
– capacità di barriera geochimica;
– combinazione delle due capacità.
- A2.2.1 Capacità di barriera idraulica
La verifica della capacità di barriera idraulica delle argille è stata condotta con osservazioni dirette su argille in affioramento e, in sotterraneo, in gallerie minerarie e stradali. Studi sono stati effettuati anche su condizioni di sollecitazioni estreme delle argille ad opera dei vapori geotermici e di un’intrusione vulcanica all’interno di un banco di argilla. Quest’ ultimo caso ha anche offerto l’opportunità di riscontrare direttamente l’effetto del riscaldamento termico a carico delle argille inglobanti. È stato per questa via verificato che la capacità di isolamento di una massa argillosa non viene sostanzialmente diminuita per la variazione dei caratteri originari della stessa al contorno dei corpi riscaldanti. Il comportamento del gas di provenienza profonda, l’elio, il gas inerte e più mobile in assoluto, dimostra l’impermeabilità di massa delle serie argillose.
- A2.2.1.1 Osservazioni in superficie
Le argille in affioramento appaiono vistosamente resecate da fratture normali alla superficie. Il colore giallo, esteso per pochi centimetri in senso normale alle fratture stesse e conferito da processi di ossidazione delle salbande delle fratture, evidenzia una penetrazione verso il basso delle acque di superficie fino alla profondità massima di 10-15 metri senza interessare le parti più profonde delle fratture. Tali strutture continuano infatti, con tutta evidenza, verso il basso senza mostrare variazioni del colore grigio originario. Nei casi in cui le argille siano sottoposte al carico di soprastanti masse litologiche, le fratture preesistenti rimangono chiuse e impenetrabili all’acqua.
Il meccanismo che giustifica la situazione di diversa penetrazione idraulica nei due casi è il seguente:
– la tettonica regionale determina la formazione di fratture e faglie nelle masse delle argille; il sollevamento orogenico trasporta le masse argillose in zona di erosione;
– private per grande estensione della copertura originaria, le argille vanno soggette a decompressione con l’effetto della formazione di nuove fratture, normali alla superficie topografica, che si incrociano con le fratture preesistenti;
– l’acqua di superficie penetra nelle fratture che si aprono fino alla profondità di 10-15 metri sopra indicata e ne ossida le salbande;
– al di sotto di tale profondità le argille mantengono, nonostante la continuità delle fratture, la permeabilità originaria.
– Le fratture delle argille sotto carico litostatico non si aprono e non sono quindi sede di permeazione idrica.
– I piani di faglia non sono sede di permeazione idrica. Tale condizione si verifica sia per le faglie dirette, sia per quelle indirette.
– L’elevata plasticità delle argille previene la costituzione di una condizione di permeabilità lungo i piani di faglia.
- A2.2.1.2 Osservazioni in sotterraneo
Le informazioni ricavate da società che hanno realizzato gallerie per infrastrutture stradali e ferroviarie in argilla indicano che, tranne che in casi molto specifici, non è stata riscontrata alcuna infiltrazione d’acqua prima del contatto con formazioni permeabili, sede anche di elevatissime pressioni idrauliche, o prima dell’avvicinamento alla superficie topografica. L’esistenza di fratture di decompressione alla superficie di complessi argillosi privati del precedente carico litostatico dall’erosione crea infatti una permeabilità secondaria. L’estensione di tali fratture verso il basso non supera ordinariamente, come precedentemente detto, i dieci metri. La galleria di Pasquasia, ad esempio, attraversa argille intensamente fratturate, ma le fratture sono completamente asciutte.
Osservazioni dirette hanno potuto accertare, anche in questo caso, che le faglie in argilla non sono sede di veicolazione d’acqua.
- A2.2.1.3 Intrusione magmatica in argilla
L’intrusione di un piccolo vulcano all’interno di argille del volterrano ha provocato la trasformazione di argille per due metri di spessore in altra roccia, con perdita di acqua e trasformazione di minerali argillosi in altri minerali argillosi per lo spessore di altri dieci metri. Oltre tale alone di alterazione-trasformazione non si è riscontrato traccia di passaggio di fluidi attivati dal corpo intruso.
- A2.2.1.4 Campi geotermici
Prodotti idrotermali (sorgenti calde, travertino, cinabro) in Val d’Orcia e nella Valle del Paglia, connessi alla presenza di campi geotermici in profondità, vengono a giorno ai lati del complesso argilloso che riempie le valli, solo là dove, ordinariamente, le argille tendono a passare a sabbie.
Nessun prodotto idrotermale è stato riscontrato in corrispondenza della parte centrale del bacino occupata da sedimenti prevalentemente argillosi.
Da informazioni assunte in sede appropriata risulta che uno spessore di cinquanta metri di argilla costituisce una barriera assoluta contro la migrazione verso l’alto di fluidi ad alta temperatura (150-250° C) e ad alta pressione (40-60 ata).
- A2.2.1.5 Venuta a giorno di elio
L’elio è un elemento che si origina nel mantello. Ha il più piccolo raggio atomico ed è chimicamente inerte. E’ pertanto l’elemento più mobile in assoluto rispetto a tutti gli altri della tavola periodica degli elementi. Riesce ad attraversare le argille là dove sono perturbate anche dove altri elementi non possono transitare. Numerose aree ad affioramento zero dell’elio di origine profonda caratterizzano comunque le parti centrali dei bacini argillosi.
- A2.2.2 Capacità di barriera geochimica
Due sono i meccanismi operanti per tale capacità:
– la capacità di cattura e ritenzione da parte dei minerali argillosi;
– il potenziale di ossido-riduzione delle formazioni argillose.
- A2.2.2.1 Capacità di cattura e ritenzione
Studi di geochimica hanno ampiamente dimostrato l’elevatissima capacità di cattura di ioni, composti e sostanze organiche che, idricamente veicolati, vengano in contatto con minerali argillosi.
Le argille sono prevalentemente costituite da minerali argillosi. Le formazioni argillose sono pertanto dotate di una capacità di cattura praticamente illimitata. Nel caso della mobilizzazione per ossidazione di vari elementi nelle salbande di ossidate indicate nella precedente descrizione delle fratture, la capacità di cattura ne ha prevenuto l’allontanamento
- A2.2.2.2 Potenziale di ossido-riduzione
Le argille hanno acquisito valori di potenziale da bassi a negativi al momento del loro accumulo nei bacini sedimentari. Tale carattere chimico, mantenuto anche dopo il sollevamento dei complessi argillosi sul continente, assicura la formazione e la persistenza di un elemento stabile in fase ridotta come l’uranio, analogo naturale dell’omologo artificiale del plutonio. Studi di geochimica hanno verificato la pratica immobilità di tale elemento all’interno delle formazioni argillose.
Ove mobilizzato per la variazione verso le condizioni ossidanti che si realizzano per la penetrazione delle acque atmosferiche nelle parti delle argille interessate dalla fratturazione da decompressione superficiale, l’uranio viene comunque bloccato dalla capacità di ritenzione e cattura esercitata dai minerali argillosi. La bassa permeabilità previene la possibilità di ossidazione perfino di piccoli livelli di argille inglobati in depositi sabbiosi anche in condizioni di esposizione estrema al potere di ossidazione delle acque di falda in circolazione.
- A2.2.3 Combinazione delle due barriere idraulica e geochimica
La distruzione dei materiali legnosi accumulati nei bacini sedimentari avviene nell’ambiente ossidante per azione della demolizione esercitata dai batteri. Un rapido seppellimento in argilla previene tale demolizione.
- A2.2.3.1 La foresta fossile di Dunarobba
Le argille lacustri di Dunarobba, vecchie di alcuni milioni di anni, hanno mantenuto come legno fresco tronchi e detriti di una foresta che cresceva nelle acque basse dell’antico bacino del Tevere.
La bassa permeabilità (barriera idraulica) ed il basso potenziale di ossido-riduzione (barriera geochimica) delle argille hanno impedito la penetrazione delle acque meteoriche prevenendo l’insorgenza di condizioni ossidanti, demolitrici della sostanza organica. I materiali legnosi, originariamente inglobati nei soprastanti depositi sabbiosi, sede di circolazione delle acque di origine meteorica e completamente ossidati, sono stati precocemente distrutti. La condizione chimico- fisica riducente, che ha permesso la conservazione dei tronchi fossili, garantisce anche la completa immobilità di uranio e transuranici.
Al tempo dello studio della foresta, condotto come contributo alla validazione del concetto di smaltimento geologico, fu formulata la conclusione seguente: se un materiale deperibile come il legno è stato conservato per le capacità di isolamento a lungo termine e per le normali condizioni di ambiente chimico-fisico proprie delle argille, perché mai dovrebbe essere distrutto un materiale stabile come il vetro con liberazione dei radionuclidi in esso dispersi?
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