Der globale Grundwasserhaushalt

Grundwasser ist eine der bedeutendsten Quellen für Süßwasser, sowohl für den Menschen als auch für die Ökosysteme der Erde. Grundwasser entsteht durch das Versickern von Wasser von der Erdoberfläche, z.B. aus Niederschlägen oder aus Flüssen und Seen, in tiefere Boden- oder Gesteinsschichten. Von Grundwasser spricht man, wenn die Zwischenräume im umgebenden Gestein vollständig mit Wasser gesättigt sind und der seitliche Transport des Wassers daher vor allem der Schwerkraft folgt. Gesteinsschichten, die dazu geeignet sind Grundwasser zu leiten, werden GrundwasserleiterEine Schicht aus Gestein oder Sediment, die dazu geeignet ist Wasser zu speichern und zu transportieren. Ist die Schicht vollständig mit Wasser gefüllt, spricht man von einem gesättigten Grundwasserleiter (engl. Aquifer). Im deutschen Sprachraum ... genannt. Im globalen WasserkreislaufDer Wasserkreislauf beschreibt den Transport von Wasser aus den Meeren, durch die Atmosphäre, auf das Festland und von dort wieder zurück in die Meere. Das Wasser wechselt bei dieser Reise mehrfach seine Aggregatzustände, d.h. es bewegt sich als f... ist Grundwasser eine der Komponenten, die sich eher langsam bewegt. Daher hält es sich in den AquifereWasserführende Gesteinsschicht. Eine Lage aus Gestein oder Sediment, die Grundwasser enthält. Wichtig: im deutschen Sprachgebrauch wird der englische Begriff Aquifer oft synonym zu Grundwasserleiter gebraucht. Mit Aquifer wird jedoch nur ein Grundw...n über den Zeitraum von einigen Monaten bis hin zu vielen Tausend Jahren auf.

Grundwasser findet sich praktisch überall auf der Welt. In Regionen, in denen zum Beispiel aufgrund von geringen Niederschlägen wenig andere Quellen für Süßwasser zur Verfügung stehen, ist der Mensch besonders abhängig. Aufgrund von intensiver Nutzung durch Landwirtschaft und Industrie ist die Ressource Grundwasser zunehmend bedroht. In vielen Gebieten der Welt wird seit Jahren mehr Grundwasser entnommen, als sich natürlich nachbilden kann. Die Folge davon sind absinkende Grundwasserspiegel, wie es zum Beispiel in Nordwestindien der Fall ist. Dadurch können bisher von der Bevölkerung genutzte Brunnen trockenfallen. An Küsten kann es zudem passieren, dass salzhaltiges und somit ungenießbares Meerwasser in die freigewordenen Schichten nachströmt.

Um derartige Entwicklungen zu vermeiden ist es wichtig, Änderungen im vorhandenen Grundwasser zu überwachen. Am zuverlässigsten kann das über Messungen in Brunnen und Grundwasserpegeln geschehen. In den meisten Regionen der Welt gibt es allerdings nicht genügend Grundwassermessstellen, oder die vorhandenen werden nicht häufig genug bemessen. Außerdem gibt die Messung in einem Brunnen lediglich Informationen über die Situation an genau diesem Ort. Oft weiß man nicht genau, wie groß oder wie mächtig der Aquifer ist, in den man einen Brunnen gebohrt hat. Es ist daher schwierig, von einer Messstelle auf die Verhältnisse in einem ganzen Aquifer zu schließen.

Durch das GRACE/GRACE-FO-Satellitenmonitoring können auch Grundwasserspeicher genau beobachtet werden. Mithilfe der Messungen des Gesamtwasserspeichers werden mit GRACE/GRACE-FO Speicheränderungen der terrestrischen Bestandteile des WasserkreislaufDer Wasserkreislauf beschreibt den Transport von Wasser aus den Meeren, durch die Atmosphäre, auf das Festland und von dort wieder zurück in die Meere. Das Wasser wechselt bei dieser Reise mehrfach seine Aggregatzustände, d.h. es bewegt sich als f...s erfasst. Diese Bestandteile sind die Gletscher, der Schnee, das Oberflächenwasser in Flüssen und Seen, das Wasser in ungesättigten Bodenzonen und eben das Grundwasser. Über Messungen mit anderen Satelliten und mithilfe von Computermodellen können wir mittlerweile Aussagen über die Speicheränderungen der genannten Bestandteile – bis auf das Grundwasser – treffen. Diesen Umstand machen sich die Wissenschaftler:innen nun zunutze.

Dazu ein kleines Gedankenexperiment: Wir wissen, dass der Gesamtwasserspeicher hauptsächlich aus den oben genannten fünf Komponenten besteht. Vier dieser Komponenten können wir bereits messen. Wenn wir nun also die Speicheränderungen in diesen vier Komponenten von den Speicheränderungen im Gesamtwasserspeicher abziehen, müsste eine Größe übrigbleiben: das Grundwasser. Diesen Ansatz verfolgt am GFZ das Projekt „A Global Gravity-based Groundwater Product – G3P“ gemeinsam mit mehreren europäischen Partnern. Hier wurde ein Prototyp für einen Dienst entwickelt, der erstmals ein weitgehend beobachtungsbasiertes Datenprodukt für Grundwasser mit globaler Abdeckung anbietet. Erste Auswertungen stimmen optimistisch, dass GRACE/GRACE-FO und G3P zukünftig in der Lage sein werden, die bestehende Lücke in der Beobachtung des WasserkreislaufDer Wasserkreislauf beschreibt den Transport von Wasser aus den Meeren, durch die Atmosphäre, auf das Festland und von dort wieder zurück in die Meere. Das Wasser wechselt bei dieser Reise mehrfach seine Aggregatzustände, d.h. es bewegt sich als f...s zu schließen. 

Text: Dr. Julian Haas, GFZ

• Daten zur Grundwasserspeicherung auf der G3P-Website
• Grundwasser (G3P) auf dem GravIS-Portal
• Faktenblatt Gesamtwasserspeicher und Grundwasser (PDF)