Extreme Klimaereignisse gef?hrden die Qualit?t und Stabilit?t des Grundwassers, wenn Regenwasser die natürlichen Filterprozesse im Boden umgeht. Dies wurde in einer Langzeitstudie des Grundwassers mit neuen Analysemethoden nachgewiesen, wie in einer aktuellen Ver?ffentlichung in ?Nature Communications“ beschrieben. Da Milliarden von Menschen auf ausreichend sauberes Grundwasser zum Trinken angewiesen sind, ist es von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen von Klimaextremen auf die zukünftige Wassersicherheit zu verstehen.

In einem neuartigen experimentellen Ansatz führten Simon A. Schroeter, Gerd Gleixner und Susan Trumbore vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie zusammen mit einem gro?en Forschungsteam von der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena Langzeitanalysen des Grundwassers in Deutschland durch. Sie nutzten die Anwesenheit von gel?stem organischem Material als Indikator für Wasserverschmutzungen und best?tigten so grundlegende Ver?nderungen der Grundwasserstabilit?t. ?Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass extreme Wetterereignisse bereits jetzt die Qualit?t des Grundwassers und die Art seiner Neubildung ver?ndern“, sagt der Erstautor der Studie, Simon Schroeter.

Das Forschungsteam untersuchte zwischen 2014 und 2021 das Grundwasser und die entsprechenden hydroklimatischen Bedingungen an drei geologisch unterschiedlichen Standorten in Deutschland. Sie analysierten die Wasserqualit?t, indem sie Tausende verschiedene Molekülarten auf ihrem Weg vom Boden ins Grundwasser verfolgten. Im Gegensatz zur bisherigen Standardmethode, der Messung der Gesamtkonzentration von gel?stem organischem Kohlenstoff, erm?glichte ihnen ihr neu entwickelter, ungerichteter Ansatz, Ver?nderungen in der Menge und chemischen Zusammensetzung unz?hliger organischer Moleküle zu erkennen.

Grundwasserspiegel sinken

Innerhalb des achtj?hrigen Analysezeitraums identifizierten die Forschenden übereinstimmende langfristige Trends: Zunehmende Mengen an organischen Substanzen, die von der Oberfl?che stammen und sich im Grundwasser ansammeln - und zwar vor allem bei sinkendem Grundwasserspiegel. Darüber hinaus konnten sie eine eindeutige Verst?rkung der zunehmenden Verschmutzung des Wassers seit der extremen Dürre im Jahr 2018 feststellen.

Die neue Methode kann Ver?nderungen der Grundwasserqualit?t wesentlich empfindlicher erkennen als die üblicherweise angewandte Kohlenstoffmessung. Sie k?nnte daher in Zukunft als Frühindikator für eine Verschlechterung der Grundwasserqualit?t dienen, bevor Grenzwerte überschritten werden. W?hrend die Methode auf organischen Molekülen als Indikatoren für die Verschmutzung beruht, k?nnen die tats?chlichen Verunreinigungen alle Schadstoffe umfassen, die von der Oberfl?che ausgewaschen werden. Genomische Analysen von Mikroorganismen im Grundwasser k?nnen dann Aufschluss über m?gliche Abbauwege geben.?

Regen versickert schnell in tiefe Bodenschichten

Grundwasser wird in der Regel durch Niederschl?ge, die durch den Boden sickern, wieder aufgefüllt. Fremdstoffe, die an der Oberfl?che vom Regen aufgenommen werden, werden w?hrend des Transports durch den Boden durch Haftung an Bodenminerale entfernt oder von Bodenmikroben verstoffwechselt. Dieser natürliche Filtrationsprozess führt zu hochreinen Grundwasserressourcen. Regen kann jedoch manchmal schnell in tiefere Bodenschichten flie?en. Dadurch umgeht das Wasser die Filtrierung, so dass gel?ste Stoffe von der Oberfl?che und den oberen Bodenschichten vermehrt in das Grundwasser transportiert werden.

Dies gilt insbesondere nach extremen Regenf?llen und nach starker Trockenheit. L?ngere Dürreperioden führen zu gro?en Rissen im Boden und sie verringern auch die Aufnahme von Regenwasser in den oberen Bodenschichten. Unter solchen Bedingungen flie?t das Wasser direkter ins Grundwasser oder l?uft alternativ in Flüsse, Seen und Ozeane ab. Der Grundwasserspiegel wird dann nicht ausreichend aufgefüllt. Au?erdem wird das Wasser mit unerwünschten und potenziell sch?dlichen Substanzen von der Oberfl?che und den oberen Bodenschichten verunreinigt. Dazu geh?ren z. B. organische Stoffe, Herbizide und Pestizide, mikrobielle Produkte wie Antibiotika sowie andere Fremdstoffe.

Angesichts des sich weiter versch?rfenden Klimawandels fordern Forschende eine verst?rkte Aufmerksamkeit für das Grundwassermanagement. Sinkt die natürliche Wasserreinigung der B?den so erh?ht das den Druck, dem unsere Gesellschaft bereits aufgrund sinkender Grundwasserspiegel ausgesetzt ist. Jüngste Untersuchungen warnen davor, dass der klimabedingte Rückgang der Grundwasserqualit?t den der anthropogenen Verschmutzung übertreffen k?nnte.?

Frühzeitig Risiken für Grundwasser erkennen

Gerd Gleixner, Leiter der Forschungsgruppe, fügt hinzu: ?Unsere Methode wird dabei helfen, frühzeitig Risiken für Grundwasser zu erkennen, das als sauber und sicher für unsere Nutzung gilt. Unsere Forschungsergebnisse unterstreichen die dringende Notwendigkeit, ein nachhaltiges Wassermanagement zu etablieren, zum Schutz dieser lebenswichtigen Ressource.“

Die Studie ist Teil des Sonderforschungsbereichs AquaDiva?en der Universit?t Jena, einer interdisziplin?ren Initiative, geleitet von Kirsten Küsel, Susan Trumbore und Kai Totsche, die sich auf das Verst?ndnis der Wechselwirkungen zwischen Oberfl?chen- und Untergrund?kosystemen und deren Reaktion auf Umweltver?nderungen konzentriert. Durch die Integration von Fachwissen aus den Bereichen Biogeochemie, Hydrogeologie und Mikrobiologie will AquaDiva die komplexen Prozesse aufdecken, die Grundwasser?kosysteme steuern und ihre Widerstandsf?higkeit gegenüber dem Klimawandel untersuchen.