Forschung

Wassersuche in der Nordsee auf Langeoog

Anhand von Langeoog erarbeiten Forscher ein Modell zur Bewirtschaftung küstennaher Grundwasservorräte. Ziel ist es, auf anderen Inseln lebensspendende Trinkwasserressourcen zu erhalten.

Langeoog/Hamburg. Eine ostfriesische Insel soll helfen, an Küsten oder auf anderen Inseln, etwa in tropischen Regionen, lebensspendende Trinkwasserressourcen zu erhalten. Seit eineinhalb Jahren untersuchen Forscher der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR, Hannover) eine Süßwasserlinse im Untergrund von Langeoog, erheben deren Größe und Tiefe, die Altersstruktur des eingelagerten Wassers und die Grundwasserneubildung. Unterstützt durch historische Niederschlags- und Temperaturdaten wollen die Wissenschaftler ein Computermodell erarbeiten, mit dem sich die Vorgänge im meeresnahen Grundwasser modellieren lassen. In ein bis eineinhalb Jahren soll es weltweit einsetzbar sein und die wissenschaftliche Grundlagen für ein nachhaltiges Wassermanagement schaffen.

„Dank einer Kooperation mit dem Oldenburg-Ostfriesischen Wasserverband dürfen wir die Trinkwasser- und Beobachtungsbrunnen auf der Insel nutzen und haben dadurch ideale Bedingungen für die Datenerhebung. Langeoog dient uns als ideales Naturlabor, um unsere Grundwassermodelle zu eichen“, sagt Projektleiter Prof. Thomas Himmelsbach. Mehrfach betont der Hydrogeologe, dass es auf Langeoog nicht an Süßwasser mangele, die Nutzung der Ressource dort absolut nachhaltig sei. Dennoch seien die Forschungsergebnisse auch auf andere Inseln und Küstenstreifen, die potenziell oder jetzt schon Wasserversorgungsprobleme haben, übertragbar.

Um sich einen ersten Überblick über die Grundwasservorkommen der ostfriesischen Inselwelt zu machen, schickten die Forscher vor gut zwei Jahren den BGR-eigenen Mess-Helicopter ins Rennen. Unter ihm hängt an einem 45 Meter langen Kabel eine zehn Meter lange Sonde. Sie sendet ein elektromagnetisches Feld aus und erzeugt dadurch im Untergrund ein zweites elektromagnetisches Feld. Die von diesem Sekundärfeld abgestrahlten Wellen empfängt eine Antenne am hinteren Ende der Sonde. Aus den Daten lässt sich der elektrische Widerstand der unterirdischen Wasserkörper errechnen und daraus deren Salzgehalt. Himmelsbach: „Wir haben ein hervorragend aufgelöstes Bild von der Süßwasserverteilung.“

Es zeigt: Drei Süßwasserlinsen erstrecken sich unterhalb der Urlaubsinsel, fast über die gesamte Fläche. Die größte Linse liegt unter dem Ort Langeoog. Nur aus ihr wird Trinkwasser gewonnen. Bereits in drei bis vier Meter Tiefe steht süßes Grundwasser. In ihrem Zentrum ist die Linse bis zu 30 Meter mächtig. Darunter befindet sich Salzwasser. Das hat eine größere Dichte, ist also schwerer. Deshalb schwimmt das Süßwasser oben. Himmelsbach: „Der Wasserverband fördert bewusst in geringen Tiefen von zehn bis 15 Metern. Denn wenn das Wasser aus deutlich größeren Tiefen entnommen würde, bestünde die Gefahr, dass das darunter liegende Salzwasser in die Süßwasserlinse eindringt – damit wäre die Ressource für Generationen beeinträchtigt oder gar nicht mehr nutzbar.“

Vor fast 300 Jahren wurde auch die Süßwasserlinse auf Langeoog versalzen. Anno 1717 teilte eine Sturmflut die Insel östlich des Hauptortes und mit ihr die Trinkwasserressource. Erst jetzt ist die beschädigte Linse fast wieder zusammengewachsen. Das zeigt die Verletzlichkeit der unterirdischen Lebensgrundlage. Dabei sind die Bedingungen auf Langeoog eigentlich recht günstig, denn der Nachschub für die Süßwasserlagerstätte ist aufgrund der vergleichsweise hohen Niederschläge gesichert.

„Es bildet sich sehr schnell junges Grundwasser aus. Aber das heißt auch: Die Ressource ist besonders sensibel gegenüber menschlichen Einflüssen an der Oberfläche“, sagt Himmelsbach. „Zu Beginn des Projekts hatten wir mit einem deutlich höheren Anteil an altem Grundwasser gerechnet.“ Das Alter des Wassers bestimmen die Forscher anhand zweier seltenen Formen (Isotope) von Wasserstoff und Helium, dem Tritium (Wasserstoffkern mit einem Proton und zwei Neutronen) und dem Helium-3. Tritium zerfällt mit einer Halbwertszeit von zwölf Jahren zu Helium-3. Anhand des Mengenverhältnisses der beiden Isotope lässt sich das Alter des Wassers ermitteln.

Ähnlich funktionierte die Bestimmung der Wassertemperaturen während der vergangenen 100 Jahre anhand von Proben. Hier fahnden die Forscher nach dem sogenannten schweren Sauerstoff und schweren Wasserstoff (Deuterium) im Wassermolekül. Die Moleküle mit den schweren Isotopen der beiden chemischen Elemente verdunsten etwas langsamer als die normalen Moleküle mit den gängigen, leichten Sauerstoff- und Wasserstoffatomen. Anhand des Verhältnisses zwischen leichten und schweren Wasserstoff- und Sauerstoffisotopen stellten die Hydrogeologen fest, dass sich das Inselgrundwasser seit 1900 um rund 1,5 Grad erwärmt haben muss. „Erst der Blick in die Vergangenheit erlaubt es uns, ein so komplexes System zu verstehen und eine Vorstellung für die Zukunft zu entwickeln“, sagt Himmelsbach.

Der Blick in die Zukunft ist vor allem für jene Regionen weltweit interessant, die angesichts des sich wandelnden Klimas mit geringeren Niederschlägen oder vermehrt auftretenden Wetterextremen wie Wirbelstürmen oder Sturmfluten rechnen müssen. Letztere seien für flache Inseln und Küstengebiete schon heute eine reale Bedrohung, betont der Forscher. „Bei einem asiatischen Zyklon kann es schnell zu Luftdruckunterschieden von 80 Hektopascal kommen. Das heißt, dass ein entsprechendes Tiefdruckgebiet den Meeresspiegel um mehrere Dezimeter nach oben zieht.“

Übernutzung des Grundwassers kann zum Eindringen von Meerwasser führen

In der Gegenwart und nahen Zukunft seien jedoch veränderte Konsumgewohnheiten und das Bevölkerungswachstum die entscheidenden Ursachen für Grundwasserschäden, so Himmelsbach. Lange vor dem Einfluss des Meeresspiegelanstiegs hätte etwa auf manchen tropischen Inseln der Malediven oder Polynesiens die Übernutzung des Grundwasser dazu geführt, dass salziges Meerwasser in die ursprünglichen Süßwasserlinsen eingedrungen sei. Als weiteres Beispiel nennt Himmelsbach die vietnamesische Küste und das Mekong-Delta: „Mehr Viehwirtschaft und der Anbau von Feldfrüchten für die stark wachsende Bevölkerung und den zunehmenden Export haben dazu geführt, dass immer mehr küstennahe Landwirtschaftsflächen mit Grundwasser künstlich bewässert werden. Durch die Übernutzung der Grundwasservorkommen können auch sie weiträumig versalzen.“

In naher Zukunft könnte das Hannoveraner Computermodell, für das die Insel Langeoog Pate stand, dabei helfen, Trinkwasser besser zu bewirtschaften. Und damit das Risiko mindern, dass kommende Generationen dürsten müssen, unabhängig vom Klimawandel.

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