Kalahari: Hydrogeologie und Sedimentologie des Cuvelai-Etosha Beckens

Land / Region: Namibia + Angola /Afrika

Projektanfang: 01.08.2009

Projektende: 31.12.2015

Projektstand: 31.12.2015

Abb. 1: Lage des Cuvelai-Etosha Beckens (orange) Quelle: BGR

Hintergrund:
Im Forschungsprojekt „Kalahari Sedimente“ haben sich unterschiedliche Fachdisziplinen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) zur Erforschung der hydrogeologischen und sedimentologischen Eigenschaften der ungewöhnlichen Kalahari Sande aus Zentralafrika zusammengefunden. Sedimentologen, Paläontologen, Geophysiker und Hydrogeologen bearbeiten gemeinsam Proben aus einer der ersten Kernbohrungen, die im Cuvelai-Etosha Becken im Norden Namibias abgeteuft wurden.

Im Rahmen der Entwicklungszusammenarbeit Grundwasser für den Norden Namibias wurden Bohrungen für hydrogeologische Erkundungen auf dem sogenannten Cubango Megafan durchgeführt. Dies ist ein ehemaliges Delta des Okavango, das in das abflusslose Cuvelai-Etosha Becken mündete. Heute durchschneidet der Okavango dieses Delta und schüttet Wasser und Sedimente in sein 700 km entferntes Delta. Die von der Partnerbehörde Department of Water Affairs zur Verfügung gestellten Sedimentproben und Kerne werden in den Laboren der BGR detailliert untersucht. Die Ergebnisse werden mit weiteren Untersuchungsergebnissen zur Darstellung der Grundwassersituation in einem dreidimensionalen hydrogeologischen Strukturmodell zusammengeführt.

Abb. 2: Lage Explorations-Bohrungen u. Cubango Megafan Quelle: BGR

Sedimentologische Entwicklung:
Die Wasserversorgung der dicht besiedelten Region im Norden Namibias wird durch Oberflächenwasser und einem Kanal- und Pipelinenetz gewährleistet, welches das Gebiet nur teilweise abdeckt. Weite Teile des Beckens werden lokal durch Grundwasserbrunnen versorgt. Allerdings stellen hohe Fluoridgehalte und Versalzungen der Grundwässer ein signifikantes Problem dar.

Mit dem Verständnis der Entstehungsgeschichte der mächtigen, sandigen Kalahari Sedimente lassen sich auch Herkunft und Verteilung von Mineralisationen der Wässer erklären. So finden sich z.B. leichte Süßwasser- unter mächtigen, dichteren Salzwasserschichten. Das Forschungsprojekt soll durch die detaillierte Erfassung der Zusammensetzung der Sedimente Aufschluss über die Ablagerungsbedingungen im Rahmen der Klimageschichte geben. Diese nämlich stehen im Zusammenhang mit der jetzt vorherrschenden Verteilung von salzigem und trinkbarem Wasser. 

Erste Ergebnisse zeigen, dass die Kalahari Schichten im Wesentlichen aus Feinsanden bestehen, in denen allerdings typische sedimentologische Strukturen fehlen wie sie in Deltas vorkommen könnten. Wurzelröhren und Mikrofossilien zeigen, dass sich Seen mit Sümpfen und Savannen abgewechselt haben müssen. Vermutlich waren die Ablagerungsbedingungen im Paläosystem ganz ähnlich wie im heutigen Okavango Delta. Schwermineralanalysen zeigen unterschiedliche Herkunftsgebiete der Sande auf und erzählen eine wechselvolle Klimageschichte. Bedeutsam für die hydrogeologische Charakteristik sind Mineralneubildungen, die in den Sedimenten stattgefunden haben: Smektite haben sich gebildet und verstopfen als Gele oder kleinste Minerale die Poren der Sande und bilden so die mächtigen Grundwasser-stauenden Schichten, die oberflächennahes, salziges Grundwasser vom tiefen Süßwasser trennen.

Abb. 5: Drei-dimensionales Modell Quelle: BGR

3-D Vorstellung vom Untergrund:
Die detaillierten Untersuchungen führten zur Definition von Einheiten, in denen die Sedimente bei bestimmtem Ablagerungsbedingungen (Klima, Lage in Delta, Schwemmebene oder See) entstanden sind. Diese Einheiten lassen sich wiederum, vor allem mit Hilfe geophysikalischer Bohrlochmessungen in den Raum projizieren. Zusätzlich standen digitalisierte Karten und Schnitte, geoelektrische Messungen (Transienten Elektromagnetik) sowie ältere geologische Bohrbeschreibungen zur Verfügung und sollten zu einem integrierenden, hydrogeologischen Konzeptmodel zusammengeführt werden. Aufgrund der vielfältigen Datenquellen fiel die Wahl auf die drei-dimensionale Mapping Software GSI3D. Das in GSI3D erstellte Modell ermöglicht den Wissenschaftlern, ihre Theorien zur Ausbreitung der Grundwasserleiter räumlich zusammenzuführen und diese einem breiteren Publikum zugänglich zu machen. Erste Ergebnisse einer Modellierung der Schichten des Cubango Megafans innerhalb des Cuvelai-Etosha Beckens sind in Abb. 5 dargestellt.

Literatur:

• DILL, H.G., KAUFHOLD, S., LINDENMAIER, F., DOHRMANN, R., LUDWIG, R. & BOTZ, R. (2012): Joint clay–heavy–light mineral analysis: a tool to investigate the hydrographic–hydraulic regime of Late Cenozoic deltaic inland fans under changing climatic conditions (Cuvelai-Etosha Basin, Namibia). International Journal of Earth Sciences 102(1): 1-40; doi: 10.1007/s00531-012-0770-7
• LINDENMAIER, F., DILL, H.G., DOHRMANN, R., FENNER, J., GERSDORF, U., KAUFHOLD, S., KRINGEL, R., LUDWIG, R., MILLER, R.G., NICK, A., NOELL, U. & WALZER, A. (2012): Results of Analysis from Drill Holes on the Cubango Megafan. - Technical report prepared for the Kalahari Research Project "Development and Dating of Duricrusts as Base for a Paleogeographic and Hydrogeological Model of the Cuvelai-Etosha Basin in North Namibia". 50 p.; Hannover. (PDF, 2 MB)

Partner:

• Division of Water Affairs, Ministry of Agriculture, Water and Forestry, Namibia