Submarine Grundwasseraustritte

MERKEL, B. J. (TU Bergakademie Freiberg): Submarine Grundwasseraustritte

Submarine Grundwasseraustritte sind seit der Antike bekannt. Der griechische Geograph Strabon beschrieb eine sichtbare submarine Quelle 4 km westlich von Latakia (Syrien) von der Wasser mit Booten geholt wurde, das dann in die Wasserversorgung der Stadt eingespeist wurde. Dies ist ein spektakuläres Beispiel für Grundwasser-Meerwasser Interaktionen, die in den meisten Küstenbereichen wenn auch weniger spektakulär eine bedeutende Rolle spielen. Heute werden in vielen Bereich der Welt submarine Grundwasseraustitte (SGD) bereits für Trink und Brauchwasserzwecke genutzt [1] bzw. an Lösungen dafür gearbeitet. Auf der anderen Seite sind Salzwasserintrusionen in küstennahe Grundwassersysteme ein Problem, das in vielen Küstengebieten der Welt auftritt. Salzwasserintrusionen sind eine natürliche Folge der Gezeiten, aber in vielen Fällen auch eine Folge der Übernutzung von Grundwasser.

Es wird angenommen, dass ca. 90 % aller Abflüsse von Grundwasser in Ozeane letztlich auf zuvor eingedrungenes Meerwasser zurückzuführen ist und somit nur 10 % frisches Grundwasser betrifft [1]. Im Folgenden ist mit SGD aber nur der Anteil von Grundwasser gemeint, der aus Grundwasserleitern stammt. Dieser Anteil wird in der Literatur mit einem Anteil von 0.01 bis 10 % im Vergleich zu dem Eintrag von Frischwasser über Flüsse in die Ozeane geschätzt [1]. Diese große Bandbreite zeigt, dass hier noch ein großer Forschungsbedarf weltweit besteht. Dies gilt nicht nur in Bezug auf die Wassermengen sondern ebenso im Hinblick auf Nährstoffeinträge und Kontaminationen.

Zutritte können unterschieden werden in diffuse Zutritte aus Porengrundwasserleitern und punktuelle Austritte im Bereich von Kluft- und Karstgrundwasserleitern (Abb.1). Dies ist wichtig im Hinblick auf die einsetzbaren Methoden zur Quantifizierung von SGD einerseits und der möglichen Nutzung andererseits.

SGD kann durch direkte Messungen von z.B. Temperatur, elektrischer Leitfähigkeit und Wasserinhaltsstoffen (z.B. Radium und Radon, H/He, CH4) an punktförmigen Einträgen quantifiziert werden, wenn gleichzeitig der Volumenstrom gemessen wird. Die Messung des Volumenstroms mit einem seepage meter ist im Prinzip einfach, aber erfordert entweder den Einsatz von Tauchern oder eines Unterwasser-ROV und liefert immer nur punktuelle Werte. Solche Messungen können ergänzt werden durch Messungen der Parameter an der Wasseroberfläche z.B. mittels Fernerkundung über Satelliten, Flugzeuge, Helikopter und Dronen oder dreidimensional (also auch über die Tiefe) mittels Unterwasser-ROVs in Küstengewässern. Diese Daten werden dann genutzt, um mit Hilfe numerischer Transportmodelle den SGD zu berechnen.
Im Vortrag werden diesbezüglich Untersuchungen aus dem Bereich des Toten Meeres vorgestellt. Das Tote Meer ist sensu stricto zwar kein Ozean, aber bietet dennoch sehr gute Möglichkeiten, das Prozessverständnis zu verbessern, weil Tiden keinen Einfluss haben und der Chemismus der zusammentreffenden Wässer extrem ist [3]. Allerdings sind die Bedingungen (Klima, Salinität des Toten Meeres, Infrastruktur) eine Herausforderung für Wissenschaftler, Taucher und Mess-Geräte.

Abb. 1: Schematische Darstellung von SGD Quelle: [2]

Literatur
[1] N. Moosdorf, T. Oehler (2017): Societal use of fresh submarine groundwater discharge: An overlooked water resource, Earth-Science Reviews, 171, 338-348
[2] C.A. McCoy, D.R. Corbett (2009): Review of submarine groundwater discharge (SGD) in coastal zones of the Southeast and Gulf Coast regions of the United States with management implications, Journal of Environmental Management, 90, 1, 644-651
[3] C. Siebert, U. Mallast, T. Rödiger, D. Ionescu, F. Schwonke, J.K. Hall, A.R. Sade, T. Pohl, B. Merkel (2014): Multiple sensor tracking of submarine groundwater discharge: concept study along the Dead Sea. Geophysical Research Abstracts 16, 014-11217