Erölraffinerie bei Usinsk, Russland.
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Grundwasser - der verborgene Schatz


30.3.2009
Sauberes Grundwasser ist nicht nur für die Trinkwasserversorgung von entscheidender Bedeutung. Grundwasser speist auch die Flüsse und gelangt letztlich ins Meer. Ist es verschmutzt, werden die Schadstoffe über den Wasserkreislauf weit verbreitet.

Besucher betrachten ein Modell zur Reinigung von Grundwasser durch direkte Gasinjektion am Stand der Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH auf der Internationalen Fachmesse für Umwelttechnik und Umweltdiestleistungen "TerraTec" in Leipzig 2005. Mehr als 550 Aussteller aus 17 Ländern präsentieren in hier ihre Produkte, Dienstleistungen und Know-how.Modell zur Reinigung von Grundwasser durch direkte Gasinjektion des Umweltforschungszentrums Leipzig-Halle. (© AP)

Dem Grundwasser wird im Allgemeinen nur wenig Beachtung geschenkt, obwohl es das größte Süßwasserreservoir der Erde ist. Ohne das in Gletschern und Polkappen enthaltene Wasser macht das Grundwasser über 97 Prozent unserer Süßwasservorräte aus. Die verbleibenden 3 Prozent entfallen hauptsächlich auf Oberflächengewässer (Seen, Flüsse, Feuchtgebiete) sowie auf die Bodenfeuchte (Wasser, das sich in den Hohlräumen des Bodens befindet). Wir sehen das Grundwasser in der Regel nicht, weil es – wie der Name schon sagt – fast immer im Untergrund verborgen ist und nur an relativ wenigen Stellen zu Tage tritt. Sichtbar wird es in einigen Baggerseen, den großen Braunkohletagebauen, etwa am Niederrhein oder in der Lausitz, sowie in Quellen, an denen sich der natürliche Übergang vom Grundwasser zum Oberflächenwasser vollzieht.


In Deutschland stammen rund 74 Prozent des Trinkwassers aus dem Grundwasser, bezogen auf ganz Europa deckt es den Bedarf von mehr als zwei Dritteln aller Menschen. Die Grundwasserförderung schätzt man weltweit auf jährlich 600 bis 700 Kubikkilometer. Im Vergleich dazu beträgt der Verbrauch der Massenrohstoffe Kies und Sand global nur 18 Milliarden Tonnen. Der weltweite Erdölverbrauch liegt bei 3,5 Milliarden Tonnen pro Jahr. Trotzdem wird der Ressource Grundwasser in der Regel (bislang) kein besonderer (ökonomischer) Wert zugemessen.

Grundwasser als Teil des Wasserkreislaufs



Anders als die Rohstoffe Erdöl, Erdgas und Erzvorkommen ist Grundwasser eine Ressource, die sich als ein Teil des Wasserkreislaufs (Abbildung 1) in vielen Fällen wieder erneuert. Dieser Kreislauf besteht aus den vier Hauptkomponenten Verdunstung, Niederschlag, Abfluss und Grundwasserneubildung.

Wasser, das aus dem Meer, aus Seen, Flüssen oder den Pflanzen verdunstet, gelangt in Form von Niederschlägen wieder auf die Erdoberfläche. Ausgehend von einem mittleren jährlichen Niederschlag von 859 Millimeter in Deutschland, verdunsten davon 532 Millimeter, 192 Millimeter fließen oberirdisch schnell in Oberflächengewässer ab und nur 135 Millimeter gelangen in das Grundwasser. Die klimatischen Bedingungen in Deutschland führen dazu, dass die Grundwasserneubildung vorwiegend in den Wintermonaten erfolgt. Innerhalb eines Jahres wird allerdings nur ein geringer Teil der Vorräte erneuert, sodass Wasserentnahmen, die die Neubildung überschreiten, dazu führen können, die Grundwasserstände kontinuierlich abzusenken.

Bedeutung für den Naturhaushalt



In den letzten Jahrzehnten hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass Grundwasser mehr ist als nur eine Ressource für Trinkwassergewinnung und Industrie. Grundwasser ist ein wesentlicher Teil der Umwelt und damit ein eigenständiges Schutzgut. Als Bestandteil des Wasserkreislaufs hat es eine grundlegende Bedeutung, um Feuchtgebiete zu erhalten sowie bestimmte Mindestabflüsse in Gewässer sichern. Damit wirkt es als Puffer in Trockenperioden. Es liefert in den trockenen Jahreszeiten den Basisabfluss für die Oberflächengewässersysteme, also jenes Wasser, das die Flüsse das ganze Jahr hindurch speist. Bei vielen europäischen Flüssen stammen mehr als 50 Prozent des Jahresabflusses aus dem Grundwasser. In Niedrigwasserperioden kann dieser Anteil auf über 90 Prozent ansteigen. Werden die verfügbaren Grundwasservorräte verringert und verschlechtert sich die chemische Grundwasserbeschaffenheit, so hat dies direkte Auswirkungen auf die mit dem Grundwasser verbundenen Oberflächengewässer- und terrestrischen Ökosysteme.

Ein eigenes Biotop



Im Grundwasser beziehungsweise im Grundwasserleiter sind die Lebensbedingungen recht karg und das Nährstoffangebot folglich in der Regel recht gering. Es ist ein Raum völliger Dunkelheit, und die Porenräume, in dem die Organismen leben, sind sehr klein. Daran müssen sich alle Organismen anpassen. Im Vergleich zu den oberirdischen Gewässern ist dieser Lebensraum deswegen eher dünn besiedelt, also relativ arm an Zahl und Vielfalt der einzelnen Arten. Zu den kleinsten Organismen im Grundwasser gehören Bakterien, Pilze und Protozoen, also einzellige Tiere.

Neben der vielfältigen Mikroflora leben im Grundwasser Tiere, die sich in den wassergefüllten Lücken und Klüften des Untergrundes bewegen. Das große Spektrum umfasst Arten, von denen es oft Verwandte im Oberflächenwasser gibt. Die wichtigsten Gruppen sind die Krebstiere. Hinzu kommen Asseln, Schnecken, Würmer und Muscheln. Auch die Grundwassertiere sind meist mikroskopisch klein, sie haben ihren Körperbau und ihre Stoffwechselregulation an den Lebensraum angepasst. Dadurch können sie bis zu 15-mal älter werden als artverwandte Organismen im Oberflächenwasser.

Die Beschaffenheit des Grundwassers resultiert aus Wechselwirkungen zwischen dem Niederschlagswasser und den durchflossenen Boden- und Gesteinsschichten. Welche Stoffe das Wasser mitnimmt und wie groß die Menge dieser Stoffe ist, hängt von einer ganzen Reihe verschiedener Faktoren ab. Von größter Bedeutung ist die mineralogische Zusammensetzung der Gesteine, durch die das Wasser fließt. Weitere wichtige Faktoren sind der pH-Wert des Wassers und seine Aufenthaltsdauer im Boden, Untergrund und Grundwasserleiter selbst. Da die verschiedenen Gesteine in Deutschland sehr unterschiedlich verteilt sind, kann die Grundwasserbeschaffenheit in Deutschland regional sehr stark variieren.

Zustand des deutschen Grundwassers



Um die europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) umsetzen zu können, haben die Bundesländer 2004 erstmals eine umfassende Bestandsaufnahme über den Zustand des Grundwassers in Deutschland durchgeführt (Literatur). Bestimmt wurden diejenigen Grundwasserkörper, für die das Risiko besteht, dass sie die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie – den so genannten guten Zustand – bis zum Jahr 2015 nicht erreichen. Es wurde für jeden Grundwasserkörper geprüft, ob er gefährdet ist, da man zu viel Wasser entnimmt (schlechter mengenmäßiger Zustand) oder weil zu viele Schadstoffe darin enthalten sind (chemische Beschaffenheit).

Insgesamt hat die Bewertung gezeigt, dass rund 52 Prozent aller Grundwasserkörper 2015 in einem schlechten Zustand sind, wenn keine geeigneten Maßnahmen ergriffen werden. Da Deutschland insgesamt ein sehr (grund-)wasserreiches Land ist, gibt es in nur sehr wenigen Grundwasserkörpern (5 Prozent) Wassermengenprobleme. Ursachen für einen schlechten Zustand sind also ganz überwiegend Einträge von Schadstoffen in das Grundwasser.

Gefährdet und...



Messdaten aus dem EUA-MessnetzMessdaten aus dem EUA-Messnetz
Auch wenn das Grundwasser von mehr oder weniger mächtigen Boden- und Deckschichten überlagert wird, so können doch die verschiedensten (Schad-)Stoffe bis zu ihm vordringen und es verunreinigen. Weitaus am häufigsten sind Verunreinigungen durch Stickstoffverbindungen, am bekanntesten ist das überwiegend aus der Landwirtschaft stammende Nitrat. Nur ein Teil des Stickstoffs in Düngemitteln kann tatsächlich von den Pflanzen aufgenommen werden. Der Rest verbleibt im Boden und wird langsam in den tieferen Untergrund und ins Grundwasser verlagert. Unbelastetes beziehungsweise nur geringfügig belastetes Grundwasser enthält zwischen 0 und 10 mg/l Nitrat. Enthält Grundwasser mehr als 50 mg/l Nitrat, so kann es nicht mehr direkt genutzt werden, um daraus Trinkwasser zu gewinnen. In Deutschland wiesen im Jahre 2006 rund 11,7 Prozent der Messstellen Nitratgehalte von mehr als 50 mg/l auf (Messstellen des repräsentativen EUA-Messnetzes zur regelmäßigen Berichterstattung an die Europäische Umweltagentur (EUA) in Kopenhagen) (Abbildung).

Auch durch Pflanzenschutzmittel kommt es zu nennenswerten Belastungen. Sie stammen aus der Landwirtschaft, aber auch dem privaten und öffentlichen Bereich, wie zum Beispiel Gärten, Grünanlagen, Sportplätzen und Gleisanlagen.

Daneben gibt es eine Reihe weiterer Ursachen, durch die unser Grundwasser verunreinigt werden kann, etwa durch Versauerung. Die Schadstoffe, vorwiegend Schwefel- und Stickstoffverbindungen, werden über die Luft in den Boden und weiter ins Grundwasser eingetragen. Sie stammen meist aus Verbrennungsprozessen (von Kraftwerken oder Kraftfahrzeugen) und können über große Entfernungen transportiert werden. In den letzten Jahrzehnten hat man jedoch viel unternommen, um diese Schadstoffeinträge zu vermindern, zum Beispiel Entschwefelungsanlagen gebaut. Die Versauerung führt dazu, dass der pH-Wert des Grundwassers deutlich unter einen Wert von 7 (Neutralpunkt) sinkt und so zum Beispiel deutlich mehr Schwermetalle im Wasser gelöst werden können.

Daneben gibt es Einträge, die aus alten Industriegebieten, Deponien oder Altlastflächen stammen. Häufig findet man je nach früherer Nutzung Verunreinigungen durch Lösemittel, Kraftstoffe, Schwermetalle und vieles mehr. Daneben kommt es durch undichte Kanalsysteme zu einem Eintrag der verschiedensten Schadstoffe ins Grundwasser. Dazu gehören unter anderem Sulfat und Chlorid. Letztere können entlang von Straßen allerdings auch auf den Einsatz von Streusalz zurückgeführt werden. In Küstenregionen sind sie oft ein Hinweis auf den Zustrom von Meer- oder salzhaltigen Tiefenwässern. Dazu kann es zum Beispiel dann kommen, wenn die verfügbaren Grundwasservorräte zu stark genutzt werden und dadurch angrenzendes Salzwasser in die Brunnen gezogen wird.

... lange nachtragend



Da sich Grundwasser nur langsam im Untergrund bewegt, können die Auswirkungen von Schadstoffeinträgen eine geraume Zeit nachwirken. Verschmutzungen, die vor mehreren Jahrzehnten erfolgten – sei es durch die Landwirtschaft, Industrie oder andere menschliche Tätigkeiten –, können noch heute und teilweise auch noch über mehrere Generationen die Grundwasserqualität gefährden. Dies wird sehr deutlich an großflächigen Altlasten, etwa Industriestandorten, bei denen es schwierig oder gar unmöglich sein kann, die Verschmutzungen mit dem derzeitigen Stand der Technik und den verfügbaren finanziellen Mitteln zügig zu beseitigen.

Außerdem haben die Erfahrungen mit solchen Sanierungen aus den letzten 20 Jahren gezeigt, dass die Schadstoffbelastungen meistens nicht vollständig beseitigt werden konnten. Selbst wenn die Verschmutzungsquellen teilweise beseitigt werden, setzen diese über mehrere Generationen weiterhin Schadstoffe frei. Verschmutzungen zu vermeiden hat folglich für den Schutz unseres Grundwassers eine elementare Bedeutung.

Literatur



Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU – Hrsg.) (2008): Grundwasser in Deutschland (im Druck), Berlin.

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU – Hrsg.) (2006): Wasserwirtschaft in Deutschland. Teil 1 – Grundlagen, Berlin.

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU – Hrsg.) (2005): Die Wasserrahmenrichtlinie - Ergebnisse der Bestandsaufnahme 2004 in Deutschland, Berlin.

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU – Hrsg.) (2003): Hydrologischer Atlas von Deutschland. Kap. 5.5 Mittlere jährliche Grundwasserneubildung, Bonn.

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) (2003): CoMillimeterodity Top News, Grundwasser, No. 21, Hannover.

Länder Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) (2004): 2. Bericht zur Grundwasserbeschaffenheit – Pflanzenschutzmittel.

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