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Verborgene Quellen

Unter dem Meeresboden liegen enorme Süßwasservorkommen, die bisher nur wenig erforscht sind. Ein interdisziplinäres Projekt unter dem Dach von Kiel Marine Science bündelt die Expertisen zu deren Erkundung.

Kabel im Wasser
© Ercan Erkul

Ein Wasserkabel mit Multielektroden wird vom Boot über das Untersuchungsareal gezogen und misst die elektrische Leitfähigkeit im Grund. Auftriebskörper am Kabel halten es etwa einen halben Meter unter der Wasseroberfläche, so dass die Elektroden des Kabels mit dem Wasser in Kontakt sind.

Genau wie eine frische Quelle im Wald aus dem Boden sprudelt, kann auch am Meeresboden Süßwasser austreten. Denn grundwasserführende Bodenschichten (Aquifere) enden nicht vor den Küsten. Sie gehen weiter. Je nach geologischer Beschaffenheit tritt dann das Grundwasser entweder direkt an der Küste ins Meer oder wird entfernt von der Küste in großer Tiefe abgegeben. Neben diesem frischen Grundwasser gibt es auch altes Süßwasser unter dem Meeresboden. Es stammt aus früheren Zeiten, als der Meeresspiegel niedriger war. »Dass es Frischwasser unter dem Meeresboden gibt, sogenanntes Offshore Freshened Groundwater, ist seit vielen Jahren bekannt«, sagt der Geophysiker Dr. Amir Haroon vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. »Wir haben zum Beispiel Süßwasservorkommen vor der Südinsel Neuseelands erkundet und viele Messdaten erhoben, die zeigen, dass die Porenflüssigkeit im Ozeanboden ,süßer' ist als Meerwasser.«

Um im Meeresboden Gesteinsschichten aufzuspüren, die Grundwasser führen, nutzt man unter anderem die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften von Süß- und Salzwasser wie die geringere Leitfähigkeit von Süßwasser. »Die elektrische Leitfähigkeit der Gesteine können wir durch geoelektrische Messungen sehr gut erfassen und damit Süß- und Salzwasser unterscheiden«, erklärt Professor Wolfgang Rabbel, der am Institut für Geowissenschaften die Arbeitsgruppe Angewandte Geophysik leitet.

In einem Forschungsprojekt des meereswissenschaftlichen Forschungsschwerpunkts Kiel Marine Science (KMS) kooperieren Rabbel und sein Mitarbeiter Ercan Erkul von der Uni Kiel mit Dr. Amir Haroon und Professor Nils Moosdorf, um unterschiedliche Methoden und Ansätze zur Erforschung der Grundwasservorkommen zusammenzuführen und zu einem grundlegenden Systemverständnis beizutragen. Dabei geht es nicht nur darum, die Ausdehnung der Grundwasserreserven zu erfassen und deren Salzgehalt zu analysieren. Von Interesse ist auch, wie die Grundwasservorkommen unter dem Meeresboden mit denen an Land verbunden sind und in welchem Umfang über das Grundwasser Nährstoffe ins Meer transportiert werden.

»Das Grundwasser bringt Nährstoffe mit und unterhält damit die Küstenökosysteme. Es kann diese damit aber auch in Gefahr bringen, wenn zu viele Nährstoffe wie etwa Nitrat eingetragen werden«, erklärt Moosdorf, der Professor für Hydrogeologie in Küstengebieten an der Uni Kiel ist und gleichzeitig eine Arbeitsgruppe am Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen leitet. Für die Nutzung der Süßwasserreserven im Ozean ist wichtig, ob sie isoliert vorkommen oder mit dem Grundwasser an Land verbunden sind. »Wenn man zum Beispiel an Land zu viel Grundwasser abpumpt, birgt das die Gefahr, dass der Grundwasserleiter an der Küste versalzt. Das ist ein Problem von großen Küstenstädten. Dort fließt dann nicht das Grundwasser ins Meer, sondern das Meer fließt ins Grundwasser«, so Moosdorf.

Daher sei es so wichtig, die Dynamik zwischen den terrestrischen und den marinen Grundwassersystemen gut zu verstehen. Bei dem Erkunden der Wasserreservoire ergänzen sich die geophysikalischen Arbeitsgruppen von Uni und GEOMAR optimal. »Das GEOMAR benutzt ein bodengeschlepptes elektromagnetisches Messverfahren, um die Leitfähigkeit bis in eine Tiefe von mehreren hundert Metern unter dem Meeresboden zu bestimmen«, so Haroon. Diese Messungen werden von dem schwimmenden Geoelektriksystem der Uni Kiel ergänzt. »Wir messen mit einem Multielektroden-Wasserkabel, das von der Kieler Firma GEOSERVE entwickelt wurde. Damit bestimmen wir die elektrische Leitfähigkeit des Untergrunds bis in eine Tiefe von circa 30 Metern«, erklärt Erkul. Das 200 Meter lange Kabel wird an der Wasseroberfläche hinter dem Schiff hergeschleppt und misst dabei die elektrische Leitfähigkeit in der Wassersäule und im Meeresgrund. »Mit dieser geoelektrischen Tomographie können wir die Ausbreitung des Süßwassers in den geologischen Schichten verfolgen. Dabei sehen wir nicht nur die Austrittstellen, sondern auch, welche Untergrundschichten grundwasserführend sind und welche salzwasserführend«, ergänzt Rabbel. Mit dem neuen Messsystem wird aktuell die Eckernförder Bucht abgefahren, um Wasseraustrittsstellen zu kartieren.

Autorin: Kerstin Nees

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